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x 要：叙述了太阳能光伏发电应用于汽车空调用电装置的重要意义。具体来说本装置安装在汽车车顶上，在汽车车顶安装一块大型的太阳能电池板，主要用于夏季高温季节，汽车的降温问题。利用太阳能吸收光能发电装置供给汽车的内置独立式空调设备，在不发动车的情况下一样可以使用空调，保持汽车内的合适温度。同时多余的电还可以用来汽车照明、播放MP3、以及充当移动式电源等。
关键词：光伏组件；太阳电池；光伏充电；汽车空调设备
0 引言
研发以太阳能供电的汽车空调系统，能把太阳能光伏电源储存于电池内， 即将太阳的光能转化为太阳能电池的电能加以利用并将多余的电能存储起来供汽车空调系统使用。电流经过MPPT和控制系统进入蓄电池或者直接驱动电动机，也可以以二者结合的方式进行。在一定的阳光照射下，电能将直接进入蓄电池，进而将电能主要供给空调使用，调节汽车内的温度，特别适合在炎热的夏天使用，解决了夏天中午出入汽车内就像“蒸笼”的问题，持续供有冷气输入，使汽车内始终保持恒温状态。并且平日里多余的电还可以用来汽车照明、播放MP3、以及充当移动式电源等。该方法每年能使每辆汽车减少四吨二氧化碳的排放量，为建设环保节约型社会创造了良好的条件。
1 太阳能光伏发电原理与系统
1.1 硅太阳能电池工作原理
太阳能电池发电的原理主要是半导体的光电效应。半导体具有热敏性，光敏性和掺杂性。表现为半导体在环境温度上升，受到的光照强度增强，纯净的半导体中掺入杂质的情况下，半导体的导电能力会显著增强。本征半导体半导体主要为高纯度的硅和锗，为正四棱锥结构，正电荷表示硅原子，负电荷表示围绕在硅原子旁边的四个电子。当硅晶体中掺入微量3价元素如掺入硼时，硅晶体中就会存在着一个空穴，它的形成可以参照下图1：
图中，正电荷为Si，负电荷为Si周围的4个价电子。硼原子最外层有3个价电子，这3个价电子与周围4个Si原子形成共价键时缺少一个电子，即共价键结构中产生一个空穴，Si原子周围的电子很容易填补这个空穴，因此在原来的位置上产生新的空穴，而此时硼原子变为负离子。形成P型半导体。同样的道理，在Si中掺入5价的磷原子以后，因为磷原子周围有五个价电子，其中4个与硅原子形成4个共价键，多余的一个自由电子，形成N型半导体，多子为自由电子。N型半导体中的多子为空穴，这样，P型和N型半导体结合在一起，空穴和电子相遇复合而消失，就会在接触面形成电势差产生内电厂，这就是PN结。
当半导体接受光照后，在PN结中，N型半导体的多子（空穴）的扩散运动加强，而P型区中的多子（自由电子）往N型区移动，从而形成从N型区到P型区的电流结中形成电流。
1.2 太阳能发电系统组成部分
一般地，太阳能发电系统由电池组、太阳能控制器以及蓄电池组成。其各自作用如下：
（1）太阳能电池板：太阳能电池板是本装置中的核心部分，其作用是将太阳的光能转化为蓄电池的电能，并存储到蓄电池中，实现光电转换。在当今传统能源日渐枯竭的形势下，这是一种非常清洁的能源利用方式。而太阳能电池板吸收光能的效率也对此系统起到了决定性的作用。
（2）控制器：控制器的作用顾名思义是对整个系统起到控制的作用。例如当蓄电池过充电或过放电时可以及时的起到保护作用。而当太阳能电池板处于温差较大的工作状态时，控制器也可以及时进行温度补偿，除此之外，控制器还可以在安装光控开关或时控开关时可以自动控制系统的工作与否，时整个系统不可缺少的一部分。
（3）蓄电池：时起到存储电能的作用，将有光照时产生的电能存储起来，供系统随时使用。
（4）逆变器：将太阳能电池板产生的直流电转换为交流电供空调系统使用。
2 汽车空调特点与现况
汽车空调原理大致和家用空调原理差不多，按动力来源分，可分为独立式空调和非独立式空调。由图3可知，非独立式空调和发电机绑定在一起运转空调。在此基础上会消耗发动机10%-15%的动力来源，这将直接对汽车的加速和爬坡能力有很大的影响，使我们所不愿看到和避免的。而且汽车不能保证在停止运行时还能继续供给空调电力。
然而，对于独立式空调，需要具备专门的动力源来驱动整个空调系统的运作，打比方，独立式空调可能需要两台发动机，占用一定的空间，燃油用量巨大，成本难以控制，且难以维护。
3 太阳能光伏发电供给汽车空调用电装置可行性分析
首先了解并掌握好太阳能光伏发电原理和空调运作的基本原理，其次考虑将上述两样完美地嵌在汽车内，进而保持良好的运作。
设计太阳能电池板在汽车车顶上的安装，将太阳能的光能转化为电能，将电能与汽车内的独立空调相连，主要由太阳能发电供给空调用电。同时将一部分太阳能另一部分电力接入汽车内其他用电设备，在汽车内电力不足时供给上足够的电能。
光伏充电系统运作时间从早上8：00开始，到晚上21：00结束，充电时间主要为8：00-18：00，夜晚18：00-21：00只放电，不充电。考虑到晴雨天气，晴天多余的电量储备在蓄电池内，雨天也可以继续放电。
4 市场效益分析
太阳能汽车取代了一部分燃料汽车，一方面节约了能源，一方面减少了污染，既缓解了能源危机，又减缓了温室效应。由于市场广泛，本装置的实用性和创意性会让其拥有不错经济效益。本装置安装在汽车车顶，主要利用太阳能发电供给空调用电，同时给汽车其他用电设备供电，经济效益高，减少了汽车对于汽油的依赖。由于在汽车内设置独立式空调，不用发动机供给动力，增加了安全性和舒适性。特别是在炎炎夏日，不用担心不用车时车内气温的上升问题，长期的恒温空调为畅享一个舒适凉爽的夏天创造了很好的条件。
参考文献：
[1]太阳光电协会编，宁亚东译.太阳能光伏发电系统的设计与施工（日）[M].科学出版社，2006（04）.
[2]吕芳主编.太阳能发电[M].化学工业出版社，2009（09）.
[3]冯垛生，王飞编著.太阳能光伏发电技术图解指南[M].人民邮电出版社，2011（05）.
航空科学基金项目，201328R3001、槽腔耦合形貌表面新型机械密封机理及优化设计研究、2013/10-2015/09、10万元、在研、主持。
作者简介：孙瑞泽（1994），女，江苏人，本科，研究方向：能源与动力工程。 |
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发表于 2022-2-27 19:59:40