太陽能電池在電動汽車上的應(yīng)用畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

畢業(yè)設(shè)計(jì)論文論文題目： 太陽能電池在電動汽車上的應(yīng)用河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) /論文摘要太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源，具有充分的清潔性、絕對的安全性、相對的廣泛性、確實(shí)的長壽命和免維護(hù)性、資源的充足性及潛在的經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)，在長期的能源戰(zhàn)略中具有重要地位。太陽能電池與電動汽車的有機(jī)結(jié)合，既為電動汽車提供電能，增加續(xù)航能力，又能為太陽能電池的應(yīng)用開辟了新的天地。本文概述了太陽能電池的現(xiàn)狀，介紹了電動汽車中電池的發(fā)展，重點(diǎn)闡述了太陽能電池在電動汽車上的應(yīng)用，并對太陽能汽車的前景進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞：太陽能電池，電動汽車，應(yīng)用ABSTRACTSolarenergyisinexhaustiblehumanrenewableenergy，withadequatecleanliness，adequacyandpotentialeconomicsecurity，therelativebreadth，reallylonglifeandmaintenance-free，resourcesetc，.haveanimportantroleinlong-termenergystrategy.Thecombinationofsolarcellsandelectricvehicles，bothtoprovidepowerforelectricvehicles，increaseendurance，butalsofortheapplicationofsolarcellsopensupnewhorizons.Thispaperoutlinesthecurrentstatusofsolarcells，introducedthedevelopmentofbatteryelectricvehicles，focusingonthesolarcellapplicationsinelectricvehicles，andtheprospectsforsolarcarprospected.KeyWords:Solarenergy，Electriccars，ApplicationI河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) /論文目錄摘要 Ⅰ緒論 . 1第1章太陽能電池的現(xiàn)狀 . 31.1概述 31.2硅太陽能電池 . 41.3多元化合物薄膜太陽能電池 .. 91.4有機(jī)物太陽能電池 91.5本章小結(jié) 10第2章電動汽車中電池的發(fā)展 112.1電動汽車簡介 112.2電動汽車用鉛酸蓄電池 112.3電動汽車用鎳金屬電池 112.4電動汽車用鋰離子電池 122.5電動汽車用太陽能電池 13第3章太陽能電池在電動汽車上的應(yīng)用 . 143.1概述 . 143.2太陽能汽車的發(fā)展 .. 153.3太陽能電動汽車的工作原理 153.4太陽能汽車的基本系統(tǒng)構(gòu)造 163.5發(fā)展太陽能汽車所面對的問題 .. 173.6太陽能汽車的技術(shù)發(fā)展趨勢 17展望 19致謝 20參考文獻(xiàn) .. .. . .. 21II河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) /論文緒論能源是人類社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)資源。但由于世界能源資源產(chǎn)地與能源消費(fèi)中心相距較遠(yuǎn)，特別是隨著世界經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、世界人口的劇增和人民生活水平的不斷提高，世界能源需求量持續(xù)增大，由此導(dǎo)致對能源資源的爭奪日趨激烈、環(huán)境污染加重和環(huán)保壓力加大。近幾年我國出現(xiàn)的“油荒”、“煤荒”和“電荒”加重了人們對能源危機(jī)的擔(dān)心，促使我們更加關(guān)注世界能源的供需現(xiàn)狀和趨勢。就汽車能源而論，用的燃料是汽油和柴油等，它們都是從石油中提煉出來的。然而，石油這種礦物燃料是不能再生的，用一點(diǎn)就少一點(diǎn)，總有一天要用完。據(jù)科學(xué)家們預(yù)計(jì)，目前世界上已探明的石油儲量將于 2020年左右被采盡。因此，汽車將會出現(xiàn)挨受“饑餓”的危險(xiǎn)，人類將面臨著能源的挑戰(zhàn)。從另一方面來說，石油本身就是一種寶貴的化工原料，可以用來制造塑料、合成橡膠和合成纖維等。把石油作為燃料燒掉了，不但十分可惜，而且還污染了人類賴以生存的環(huán)境。解決這個(gè)難題的唯一可行辦法，就是加緊開發(fā)新能源。而太陽能就是這些新開發(fā)能源中的佼佼者。太陽能一般指太陽光的輻射能量。太陽能的主要利用形式有太陽能的光熱轉(zhuǎn)換、光電轉(zhuǎn)換以及光化學(xué)轉(zhuǎn)換三種主要方式。廣義上的太陽能是地球上許多能量的來源，如風(fēng)能，化學(xué)能，水的勢能等由太陽能導(dǎo)致或轉(zhuǎn)化成的能量形式。利用太陽能的方法主要有：太陽能電池，通過光電轉(zhuǎn)換把太陽光中包含的能量轉(zhuǎn)化為電能；太陽能熱水器，利用太陽光的熱量加熱水，并利用熱水發(fā)電等。太陽能清潔環(huán)保，無任何污染，利用價(jià)值高，太陽能更沒有能源短缺這一說法，其種種優(yōu)點(diǎn)決定了其在能源更替中的不可取代的地位。無論是家庭還是企業(yè)，都能處處接觸到。太陽能屬于清潔能源，綠色環(huán)保，取之不盡。太陽能發(fā)電在汽車上的應(yīng)用，將能夠有效降低全球環(huán)境污染，創(chuàng)造潔凈的生活環(huán)境，隨著全球經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，太陽能汽車作為一個(gè)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)不是一個(gè)神話。燃燒汽油的汽車是城市中一個(gè)重要的污染源頭，汽車排放的廢氣包括二氧化硫和氮氧化物都會引致空氣污染，影響我們的健康。現(xiàn)在各國的科學(xué)家正致力開發(fā)產(chǎn)生較少污染的電動汽車，希望可以取代燃燒汽油的汽車。但由于現(xiàn)在各大城市的主要電力都是來自燃燒化石燃料的，使用電動汽車會增加用電的需求，即間接增加發(fā)電廠釋放的污染物。有鑒于此，一些環(huán)保人士就提倡發(fā)展太陽能汽車，太陽能汽車使用太陽能電池把光能轉(zhuǎn)化成電能，電能會在儲電池中存起備用，用來推動汽車的電動機(jī)。由于太陽能車不用燃燒化石燃料，所以不會放出有害物。據(jù)估計(jì)，如果由太陽能汽車取代燃汽車輛，每輛汽車的二氧化碳排放量可減少43至54%。1河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) /論文太陽能的關(guān)鍵技術(shù)主要在于太陽能電動汽車的控制系統(tǒng)，即光電技術(shù)，其中的光伏電池板是將太陽能轉(zhuǎn)化為電能；還有電動汽車的心臟部位是電源和蓄電池，而運(yùn)行系統(tǒng)基本上是由電源、電控、電極來組成的，在關(guān)鍵技術(shù)中最為重要的是太陽能電池，它是一種將光能直接轉(zhuǎn)化成電能的半導(dǎo)體器件，目前以硅太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池、有機(jī)物太陽能電池為主。到目前為止，太陽能在汽車上的應(yīng)用技術(shù)主要有兩個(gè)方面：一是作為驅(qū)動力，二是用作為汽車輔助設(shè)備的能源。作為驅(qū)動力這一應(yīng)用方式，一般采用特殊裝置吸收太陽能，再轉(zhuǎn)化為電能驅(qū)動汽車運(yùn)行。本文主要概述了太陽能電池的現(xiàn)狀，介紹了電動汽車中電池的發(fā)展，重點(diǎn)闡述了太陽能電池在電動汽車上的應(yīng)用，并對太陽能汽車的前景進(jìn)行了展望。2SO2、環(huán)境污染河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) /論文第1章太陽能電池的現(xiàn)狀1.1概述隨著時(shí)代的發(fā)展，能耗越來越大，傳統(tǒng)化石燃料，如石油、煤、天然氣等的儲量已不能滿足人類持續(xù)發(fā)展的需求，并且化石燃料的燃燒釋放出大量的CO2、NOx等有害氣體，造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，在當(dāng)今能源日益短缺，嚴(yán)重的背景下，太陽能作為一種可再生的綠色能源備受矚目。太陽能電池的發(fā)展現(xiàn)狀雖然太陽輻射的總量很大，但其能流密度很低，在北回歸線附近，全年日夜平均只有 200W左右。另外，由于受到自然條件及天氣的影響，到達(dá)地面的太陽輻射能是極不穩(wěn)定的。為了使太陽能成為連續(xù)穩(wěn)定的能源，并能成為傳統(tǒng)能源的替代能源，必須解決蓄能問題。太陽能電池的誕生實(shí)現(xiàn)了太陽能的收集，并通過光生伏打效應(yīng)把光能轉(zhuǎn)換成電能，進(jìn)行儲存。在過去的幾十年里，光伏發(fā)電的核心——太陽能電池有了很大的發(fā)展。從硅太陽能電池的發(fā)明開始，就被用于空間站為其提供能源，這已成為高性能太陽能電池的穩(wěn)定市場。19世紀(jì)70年代的第一次石油危機(jī)刺激了太陽能電池的應(yīng)用研究。按照太陽能電池使用基本材料的不同，可分為：硅太陽能電池、多元化合物薄膜太陽能電池和有機(jī)物太陽能電池。目前，硅基太陽能電池已廣泛應(yīng)用于并網(wǎng)發(fā)電、離網(wǎng)發(fā)電及商業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)域。硅基太陽能電池又可分為單晶硅太陽能電池、多晶硅太陽能電池和非晶硅太陽能電池。單晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)到16%~20%，多晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)化效率達(dá)到14%~16%，而非晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率只有5%-7%。由于多晶硅太陽能電池成本低，轉(zhuǎn)換效率較高，生產(chǎn)工藝成熟，占有主要的光伏產(chǎn)業(yè)市場，成為現(xiàn)代太陽能電池的主導(dǎo)產(chǎn)品。我國擁有十分豐富的太陽能資源，1971-2000年的近30年，太陽年總輻射量平均在1050-2450kWh/m2之間，大于1050kWh/m2的地區(qū)占國土面積96%以上。中國陸地表面每年接受的太陽能輻射相當(dāng)于1.7萬億t標(biāo)準(zhǔn)煤。按年太陽能總輻射量空間分布，我國可以劃分四個(gè)區(qū)域，四個(gè)區(qū)域的太陽能資源量及其分布見表1-1所示。3河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)/論文表1-1中國的太陽能資源劃分名稱符號指標(biāo)/kW.h/m2.a占國土面積/%地區(qū)最豐富帶Ⅰ≥175017.4西藏大部分、新疆南部以及青海、甘肅和內(nèi)蒙古的西部新疆北部、東北地區(qū)及內(nèi)蒙古東部、華北及江蘇北部、黃土很豐富帶Ⅱ1400～175042.7高原、青海和甘肅東部、四川西部至橫斷山區(qū)以及福建、廣東沿海一帶和海南島豐富帶Ⅲ1050～140036.3東南丘陵區(qū)、漢江流域以及四川、貴州廣西、西部等地區(qū)一般帶Ⅳ<10503.6川黔區(qū)注：Ⅰ、Ⅱ及Ⅲ區(qū)域，中國太陽能的豐富地區(qū)共占國土面積的 96%以上。1.2硅太陽能電池太陽能作為一種清潔、可再生的能源，對它的利用一直被人們所關(guān)注。從最簡單的陽光下曬被褥到并網(wǎng)發(fā)電的太陽能電站，都是利用太陽能的方式。在利用太陽能的各種方法中，光生伏打技術(shù)是一個(gè)重要分支，這也就是一般所說的光伏技術(shù)。從1839年法國物理學(xué)家貝克勒爾在光直接照射的電解液中發(fā)現(xiàn)的光生電壓效應(yīng)，到今天美國SunPower公司生產(chǎn)的效率為21.5％的單晶硅太陽能電池，光伏已經(jīng)從實(shí)驗(yàn)室中的一種物理化學(xué)現(xiàn)象變成一種產(chǎn)業(yè)。在能源問題和環(huán)境問題突顯的今天，它也是能同時(shí)緩解能源短缺和環(huán)境污染的有效途徑。當(dāng)今的光伏技術(shù)中，硅太陽能電池技術(shù)是主要技術(shù)。據(jù)統(tǒng)計(jì)2005年，世界光伏市場中，硅太陽能電池占據(jù)的比重為87％。硅是地殼中含量第二的元素，所以，生產(chǎn)硅太陽電池的原材料非常容易獲得。而且硅太陽電池的性能穩(wěn)定，使用壽命長。由于硅太陽電池技術(shù)是建立在半導(dǎo)體工業(yè)技術(shù)之上，所以，這個(gè)技術(shù)被普遍地接受和理解。目前，盡管硅太陽電池在光伏領(lǐng)域中占據(jù)主要地位，但是在能源供應(yīng)中并不是主要的供應(yīng)來源。無論是國內(nèi)還是國外，它還僅僅是一種輔助供應(yīng)能源的方式。與水電，火電和核電相比，硅太陽能電池的電力價(jià)格是比較高的，所以，它的成本回收周期需要很長時(shí)間。居高不下的成本是限制硅太陽電池成為主要供能方式的關(guān)鍵因素。在硅太陽電池的研究中，成本和電池效率是需要同時(shí)考慮的兩個(gè)因素。要求在降低成本的同時(shí)，保持效率不變甚至提高。4河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) /論文1.2.1 單晶硅太陽能電池單晶硅是一種比較活潑的非金屬元素晶體，是晶體材料的重要組成部分，處于新材料發(fā)展的前沿。單晶硅太陽能電池使用的硅原料主要為：半導(dǎo)體硅碎片，半導(dǎo)體單晶硅的頭、尾料，半導(dǎo)體用不合格的單晶硅。單晶硅材料制造要經(jīng)過如下過程，石英砂-冶金級硅-提純和精煉-沉積多晶硅錠-單晶硅-硅片切割。其主要用途是用作半導(dǎo)體材料和利用太陽能光伏發(fā)電、供熱等。單晶硅太陽能電池是當(dāng)前開發(fā)得最快的一種太陽能電池，它的構(gòu)成和生產(chǎn)工藝已定型，產(chǎn)品已廣泛用于宇宙空間和地面設(shè)施。這種太陽能電池以高純的單晶硅棒為原料，純度要求99.999％。為了降低生產(chǎn)成本，現(xiàn)在地面應(yīng)用的太陽能電池等采用太陽能級的單晶硅棒，材料性能指標(biāo)有所放寬。有的也可使用半導(dǎo)體器件加工的頭尾料和廢次單晶硅材料，經(jīng)過復(fù)拉制成太陽能電池專用的單晶硅棒。將單晶硅棒切成片，一般片厚約0.3毫米。硅片經(jīng)過成形、拋磨、清洗等工序，制成待加工的原料硅片。加工太陽能電池片，首先要在硅片上摻雜和擴(kuò)散，一般摻雜物為微量的硼、磷、銻等。擴(kuò)散是在石英管制成的高溫?cái)U(kuò)散爐中進(jìn)行。這樣就在硅片上形成PN結(jié)。然后采用絲網(wǎng)印刷法，將配好的銀漿印在硅片上做成柵線，經(jīng)過燒結(jié)，同時(shí)制成背電極，并在有柵線的面涂覆減反射源，以防大量的光子被光滑的硅片表面反射掉，至此，單晶硅太陽能電池的單體片就制成了。單體片經(jīng)過抽查檢驗(yàn)，即可按所需要的規(guī)格組裝成太陽能電池組件（太陽能電池板），用串聯(lián)和并聯(lián)的方法構(gòu)成一定的輸出電壓和電流，最后用框架和封裝材料進(jìn)行封裝。用戶根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可將太陽能電池組件組成各種大小不同的太陽能電池方陣，亦稱太陽能電池陣列。目前單晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為15％左右，實(shí)驗(yàn)室成果也有20％以上的。用于宇宙空間站的還有高達(dá)50%以上的太陽能電池板。單晶硅太陽能電池是研究應(yīng)用最早的硅太陽能電池，其轉(zhuǎn)換效率最高，技術(shù)也最為成熟，多用于光照時(shí)間少、光照強(qiáng)度小、勞動力成本高的區(qū)域，如航空航天領(lǐng)域等。通過采用各種不同的硅片加工及電池處理技術(shù)，國內(nèi)外各科研機(jī)構(gòu)及電池廠家都生產(chǎn)制備出了較高效率的單晶硅電池。2009年3月，全球第三大光伏電池模塊制造商無錫尚德聲稱， 采用Pluto技術(shù)己經(jīng)實(shí)現(xiàn)單晶硅電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)到19%。2010年5月，中國企業(yè)500強(qiáng)晶龍集團(tuán)核心子公司（晶澳太陽能公司）傳來喜訊：該公司研發(fā)的“超高效”電池轉(zhuǎn)換技術(shù)實(shí)現(xiàn)重大突破，單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了 18.7%，躍居世界領(lǐng)先水平。2010年5月，硅谷高科技公司 SunPower聯(lián)合新南威爾士大學(xué)發(fā)布了最新的 E19系列太陽能電池板，它能提供 19%及更高的光電轉(zhuǎn)換效率。5河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) /論文單晶硅太陽能電池轉(zhuǎn)換效率無疑是最高的，在大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)生產(chǎn)中仍占據(jù)主導(dǎo)地位，但由于受單晶硅材料價(jià)格及相應(yīng)繁瑣的電池工藝影響，致使單晶硅成本價(jià)格居高不下，要想大幅度降低其成本是非常困難的。為了節(jié)省高質(zhì)量材料，尋找單晶硅電池的替代產(chǎn)品，現(xiàn)在發(fā)展了薄膜太陽能電池，其中多晶硅薄膜太陽能電池和非晶硅薄膜太陽能電池就是典型代表（太陽能電池原理見圖 1-1）。圖1-1 太陽能電池原理1.2.2 多晶硅太陽能電池通常的晶體硅太陽能電池是在厚度350～450微米的高質(zhì)量硅片上制成的，這種硅片從提拉或澆鑄的硅錠上鋸割而成，因此實(shí)際消耗的硅材料更多。為了節(jié)省材料，人們從20世紀(jì)70年代中期就開始在廉價(jià)襯底上沉積多晶硅薄膜，但由于生長的硅膜晶粒太小，未能制成有價(jià)值的太陽能電池。為了獲得大尺寸晶粒的薄膜，人們一直沒有停止過研究，并提出了很多方法。多晶硅太陽能電池的制作工藝與單晶硅太陽能電池相近，但是從制作成本上來講，比單晶硅太陽能電池要低得多。目前制備多晶硅薄膜電池多采用化學(xué)氣相沉積法，包括低壓化學(xué)氣相沉積（LPCVD)和等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積（PECVD）工藝。此外，液相外延法（LPPE）和濺射沉積法也可用來制備多晶硅薄膜電池。多晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率相比單晶硅太陽能電池要低。20世紀(jì)末多晶硅太陽電池首次超過單晶硅太陽電池。但是單晶硅太陽電池產(chǎn)量并非止步不前一路下滑，而是仍然繼續(xù)發(fā)展，形成與多晶硅太陽電池并駕齊驅(qū)各領(lǐng)風(fēng)騷的態(tài)勢。多晶硅太陽能電池在全球光伏產(chǎn)品的應(yīng)用中占50%左右，而且其市場份額在最近幾年中不斷提高，但多晶硅太陽能電池的效率總體上沒有單晶硅的高。多晶硅薄膜太陽能電池是兼具晶體硅太陽能電池的高光電轉(zhuǎn)換效率、穩(wěn)定長6河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) /論文壽和非晶硅太陽能電池的材料制備工藝簡單、成本低并且無污染，可大面積生長等優(yōu)點(diǎn)于一身的新一代太陽能電池，具有廣闊的發(fā)展前景。多晶硅太陽能電池占據(jù)主流，除取決于此類電池的優(yōu)異性能外，還在于其充足、廉價(jià)、無毒、無污染的硅原料來源，而近年來多晶硅成本的降低更將使多晶硅太陽能電池大行其道。但是多晶硅薄膜的晶粒尺寸、晶粒形態(tài)、晶粒晶界、膜厚以及基體中有害雜質(zhì)的含量及分布方式嚴(yán)重地影響著太陽光的吸收率和載流子的復(fù)合率，從而影響著光電轉(zhuǎn)化效率，這也是多晶硅薄膜太陽能電池的性能仍落后于單晶硅太陽電池的主要原因。目前，多晶硅的生產(chǎn)工藝有多種，最常見的有改良西門子法和硅烷熱分解法。二者相比之下改良西門子法稍具優(yōu)勢，這種方法的主要技術(shù)是：（1）在大型反應(yīng)爐內(nèi)同時(shí)加熱許多根金屬絲，減小爐壁輻射所造成的熱損失；（2）爐的內(nèi)壁加工成鏡面，使輻射熱反射，減少散熱；（ 3）提高爐內(nèi)壓力，提高反應(yīng)速度等；（ 4）在大型不銹鋼金屬反應(yīng)爐內(nèi)使用100根以上的金屬絲，單位電耗由過去300kW.h/kg降低到80kW.h/kg，多晶硅產(chǎn)量由改良前每爐次100～200kg提高到5～6t。其顯著特點(diǎn)是加強(qiáng)尾氣回收，在-15～-90℃對尾氣加壓多級冷凝分離。分離產(chǎn)物再回系統(tǒng)利用且能耗低、產(chǎn)量高、質(zhì)量穩(wěn)定。隨著改良西門子法技術(shù)的不斷完善與發(fā)展，使原輔材料及能耗大為降低，產(chǎn)品成本也隨之降低。新硅烷法不斷取得進(jìn)展，除保證多晶硅純度較高的特點(diǎn)外，直徑也從原來的不足100mm增大至140mm，晶粒多晶硅已規(guī)模生產(chǎn)。多晶硅生產(chǎn)均采用閉路循環(huán)工藝流程，使副產(chǎn)物得以合理、充分的利用。多晶硅是單質(zhì)硅的一種形態(tài)。熔融的單質(zhì)硅在過冷條件下凝固時(shí)，硅原子以金剛石晶格形態(tài)排列成許多晶核，如這些晶核長成晶面取向不同的晶粒，則這些晶粒結(jié)合起來，就結(jié)晶成多晶硅。多晶硅可作拉制單晶硅的原料，多晶硅與單晶硅的差異主要表現(xiàn)在物理性質(zhì)方面，如在力學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)和熱學(xué)性質(zhì)的各向異性方面，遠(yuǎn)不如單晶硅明顯；在電學(xué)性質(zhì)方面，多晶硅晶體的導(dǎo)電性也遠(yuǎn)不如單晶硅顯著，甚至幾乎沒有導(dǎo)電性；在化學(xué)活性方面，兩者的差異極小。多晶硅和單晶硅可從外觀上加以區(qū)別，但真正的鑒別須分析測定晶體的晶面方向、導(dǎo)電類型和電阻率等。1.2.3 非晶硅太陽能電池在美國RAC實(shí)驗(yàn)室Carlson和Wronski的共同努力下，第1塊非晶硅薄膜太陽能電池于1976年問世，從此拉開了薄膜光伏技術(shù)研究與發(fā)展的序幕，目前非晶硅薄膜太陽能電池正在進(jìn)入顯著的技術(shù)進(jìn)步和規(guī)?；瘧?yīng)用階段。由于硅料的供應(yīng)緊缺為非晶硅太陽能電池（又稱薄膜太陽能電池）帶來了良7河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) /論文好的發(fā)展機(jī)遇，轉(zhuǎn)換效能上，多晶硅因其不可改變的物理特性，其最高效能為15%～16%；非晶硅薄膜可透過沉淀不同化學(xué)特性的物質(zhì)于不同段層，將轉(zhuǎn)換效能由6%提升至12%或更高，理論上最高更可達(dá)17.8%。其次，薄膜吸收較廣的陽光波長，在陰天或微弱陽光下運(yùn)作亦較佳；相反，多晶硅的效能在較暗的情況下就會急速下降，因此非晶硅薄膜在實(shí)際環(huán)境下的轉(zhuǎn)換效能比多晶硅高出10%以上。再者，非晶硅薄膜的轉(zhuǎn)換效能雖然只及多晶硅的1/2，但生產(chǎn)成本亦只有多晶硅的1/3。多晶硅生產(chǎn)過程需要1100℃高溫，不但耗能大，而且所帶來的污染問題亦十分嚴(yán)重。非晶硅薄膜只需將氣體沉淀轉(zhuǎn)化成等離子附在玻璃上即可，生產(chǎn)過程只需150℃低溫，消耗電能少，無污染，因此可以低成本大面積連續(xù)生產(chǎn)非晶硅電池。目前非晶硅電池轉(zhuǎn)換效率及穩(wěn)定性仍不及晶體硅電池，但其硅料使用量少、制程簡單且易大面積量產(chǎn)、產(chǎn)品透光性佳及應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)仍獲得市場的追捧。非晶硅又稱無定形硅，它是單質(zhì)硅的一種形態(tài)，是棕黑色或灰黑色的微晶體；不具有完整的金剛石晶胞，純度不高；熔點(diǎn)、密度和硬度也明顯低于晶體硅；化學(xué)性質(zhì)比晶體硅活潑，可由活潑金屬（如鈉、鉀等）在加熱下還原四鹵化硅，或用碳等還原劑還原二氧化硅制得。結(jié)構(gòu)特征為短程有序而長程無序的 α-硅，純α-硅因缺陷密度高而無法使用。由非晶態(tài)合金的制備可知，要獲得非晶態(tài)，需要有高的冷卻速率，而對冷卻速率的具體要求隨材料而定。硅要求有極高的冷卻速率，用液態(tài)快速淬火的方法目前還無法得到非晶態(tài)。近年來，發(fā)展了許多種氣相淀積非晶態(tài)硅膜的技術(shù)，其中包括真空蒸發(fā)、輝光放電、濺射及化學(xué)氣相淀積等方法。一般所用的主要原料是單硅烷（ SiH4）、二硅烷（Si2H6）、四氟化硅（SiF4）等，純度要求很高。非晶硅膜的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與制備工藝的關(guān)系非常密切，目前認(rèn)為以輝光放電法制備的非晶硅膜質(zhì)量最好，設(shè)備也并不復(fù)雜。采用輝光放電氣相沉積法就可得含氫的非晶硅薄膜，氫在其中補(bǔ)償懸掛鏈，并進(jìn)行摻雜和制作 PN結(jié)。開發(fā)太陽能電池的兩個(gè)關(guān)鍵問題就是，提高轉(zhuǎn)換效率和降低成本。由于非晶硅薄膜太陽能電池的成本低，便于大規(guī)模生產(chǎn)，普遍受到人們的重視并得到迅速發(fā)展，但非晶硅作為太陽能材料，盡管是一種很好的電池材料，但由于其光學(xué)帶隙為1.7eV，使得材料本身對太陽輻射光譜的長波區(qū)域不敏感，這樣一來就限制了非晶硅太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率。此外，其光電效率會隨著光照時(shí)間的延長而衰減，即所謂的光致衰退S-W效應(yīng)，使得電池性能不穩(wěn)定。在發(fā)展非晶硅作為太陽能材料上，如果能進(jìn)一步解決穩(wěn)定性問題及提高轉(zhuǎn)換率問題，那么非晶硅大陽能電池?zé)o疑是太陽能電池的主要發(fā)展產(chǎn)品之一。據(jù)世界能源組織(IEA)、歐洲聯(lián)合研究中心、歐洲光伏工業(yè)協(xié)會預(yù)測，2020年世界光伏發(fā)電將占總電力的1%，到2040年光伏發(fā)電將占全球發(fā)電量的20%，按此推算未來數(shù)十年全球光伏產(chǎn)業(yè)的增長率將高達(dá)25%～30%。可以預(yù)言，在21世紀(jì)中葉，太陽能光伏發(fā)電成為人類的基礎(chǔ)能源之一，在世界能源構(gòu)成中占有一定8河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) /論文的地位。1.3多元化合物薄膜太陽能電池多元化合物薄膜太陽能電池材料為無機(jī)鹽，其主要包括砷化鎵 III-V 族化合物、硫化鎘、硫化鎘及銅銦硒薄膜電池等。硫化鎘、碲化鎘多晶薄膜電池的效率較非晶硅薄膜太陽能電池效率高，成本較單晶硅電池低，并且也易于大規(guī)模生產(chǎn)，但由于鎘有劇毒，會對環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，因此，并不是晶體硅太陽能電池最理想的替代產(chǎn)品。砷化鎵（GaAs）III-V化合物電池的轉(zhuǎn)換效率可達(dá)28%，GaAs化合物材料具有十分理想的光學(xué)帶隙以及較高的吸收效率，抗輻照能力強(qiáng)，對熱不敏感，適合于制造高效單結(jié)電池。但是GaAs材料的價(jià)格不菲，因而在很大程度上限制了用GaAs電池的普及。銅銦硒薄膜電池（簡稱CIS）適合光電轉(zhuǎn)換，不存在光致衰退問題，轉(zhuǎn)換效率和多晶硅一樣。具有價(jià)格低廉、性能良好和工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，將成為今后發(fā)展太陽能電池的一個(gè)重要方向。唯一的問題是材料的來源，由于銦和硒都是比較稀有的元素，因此，這類電池的發(fā)展又必然受到限制。1.4有機(jī)物太陽能電池在太陽能電池中以聚合物代替無機(jī)材料是剛剛開始的一個(gè)太陽能電池制備的研究方向。其原理是利用不同氧化還原型聚合物的不同氧化還原電勢，在導(dǎo)電材料（電極）表面進(jìn)行多層復(fù)合，制成類似無機(jī)P－N結(jié)的單向?qū)щ娧b置。其中一個(gè)電極的內(nèi)層由還原電位較低的聚合物修飾，外層聚合物的還原電位較高，電子轉(zhuǎn)移方向只能由內(nèi)層向外層轉(zhuǎn)移；另一個(gè)電極的修飾正好相反，并且第一個(gè)電極上兩種聚合物的還原電位均高于后者的兩種聚合物的還原電位。當(dāng)兩個(gè)修飾電極放入含有光敏化劑的電解波中時(shí)．光敏化劑吸光后產(chǎn)生的電子轉(zhuǎn)移到還原電位較低的電極上，還原電位較低電極上積累的電子不能向外層聚合物轉(zhuǎn)移，只能通過外電路通過還原電位較高的電極回到電解液，因此外電路中有光電流產(chǎn)生。由于有機(jī)材料柔性好，制作容易，材料來源廣泛，成本底等優(yōu)勢，從而對大規(guī)模利用太陽能，提供廉價(jià)電能具有重要意義。但以有機(jī)材料制備太陽能電池的研究僅僅剛開始，不論是使用壽命，還是電池效率都不能和無機(jī)材料特別是硅電池相比。能否發(fā)展成為具有實(shí)用意義的產(chǎn)品，還有待于進(jìn)一步研究探索。9河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) /論文1.5本章小結(jié)薄膜太陽能電池是緩解能源危機(jī)的新型光伏器件。太陽能電池開發(fā)和制備過程中必須考慮的兩個(gè)因素是提高轉(zhuǎn)化率和降低成本。而電池的薄膜化無疑是降低成本的有效途徑。目前所開發(fā)研制的薄膜太陽能電池中硅基薄膜和多元化合物薄膜太陽能電池效率較高，并部分實(shí)現(xiàn)了商品化，但受材料制約，與其他薄膜太陽能電池相比成本相對較高。納米晶薄膜太陽能電池和有機(jī)薄膜太陽能電池原料易得、成本低，但目前轉(zhuǎn)化效率和穩(wěn)定性不夠好，所以研制新的低成本光電材料、開發(fā)新的大面積薄膜電池制備工藝以提高納米晶薄膜太陽能電池和有機(jī)薄膜太陽能電池的穩(wěn)定性和光電轉(zhuǎn)換效率仍是未來薄膜太陽能電池的研究熱點(diǎn)。10河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) /論文第2章 電動汽車中電池的發(fā)展2.1電動汽車簡介電動汽車一般指以車載電源為動力，全部或部分由電機(jī)驅(qū)動行駛的汽車。電動汽車以其污染小、噪聲低、能源效率高和能源來源多元化等優(yōu)點(diǎn)備受青睞，成為現(xiàn)代汽車工業(yè)發(fā)展的方向之一。目前，電動汽車在許多重要技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)取得了突破性的進(jìn)展，接近實(shí)用化階段。但是，電動汽車大規(guī)模商業(yè)化發(fā)展仍面臨技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等方面的諸多瓶頸，中長期發(fā)展存在較大的不確定性。2.2電動汽車用鉛酸蓄電池鉛酸電池最早用作內(nèi)燃機(jī)汽車的起動動力源，后經(jīng)過發(fā)展成為電動汽車蓄電池。由于技術(shù)成熟、價(jià)格便宜，它是目前在汽車領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的電池。鉛酸電池具有可靠性好、原材料易得、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，比功率也基本上能滿足電動汽車的動力性要求。但它有兩大缺點(diǎn)：一是比能量低，一次充電行駛里程較短；另一個(gè)是使用壽命短，使用成本過高。近期鉛酸電池仍將作為動力源應(yīng)用于旅游觀光車、電動叉車或一些短行程的公交車上。應(yīng)用于電動汽車的新一代閥控式密封鉛酸蓄電池不需維護(hù)，允許深度放電，可循環(huán)使用。但由于金屬鉛的高密度，仍存在比能量和比功率低的致命弱點(diǎn)，在輕度混合動力汽車中有應(yīng)用前景，但不適于重度混合汽車或純電動汽車。近期正在開發(fā)的電動汽車用先進(jìn)鉛酸電池主要有：水平鉛酸電池、雙極密封鉛酸電池和卷式電極鉛酸電池等。2.3電動汽車用鎳金屬電池目前在電動汽車上使用的鎳金屬電池主要有鎳鎘電池和鎳氫電池。與鉛酸電池相比，鎳鎘電池在比能量、比功率和使用壽命方面都占有一定的優(yōu)勢，且可以快速充電。但是鎳鎘電池由于鎘的污染，目前許多發(fā)達(dá)國家都已限制發(fā)展和使用。鎳氫電池則是一種綠色鎳金屬電池，和同體積的鎳鎘電池相比，容量增加一倍，充放電循環(huán)壽命也較長，并且無記憶效應(yīng)，適合電動汽車使用。鎳氫電池已被列為近期和中期電動汽車首選動力電池，但還存在價(jià)格高，均勻性較差，特別是在高速率、深放電情況下，電池之間的容量和電壓差較大，自放電率較高，性能水平和現(xiàn)實(shí)要求還有差距等問題，這些都影響鎳氫電池在電動汽車上的廣泛使用。11河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) /論文2.4電動汽車用鋰離子電池鋰電池最早出現(xiàn)于1958年，20世紀(jì)70年代進(jìn)入實(shí)用化，80年代趨向研究鋰離子電池，90年代后生產(chǎn)出的高容量可充電電池，比鎳氫電池能存儲更多的能量，比能量大、循環(huán)壽命長、自放電率小、無記憶效應(yīng)和環(huán)境污染，是當(dāng)今各國能量存儲技術(shù)研究的熱點(diǎn)，主要圍繞大容量、長壽命和安全性三方面進(jìn)行研究。目前在電動汽車中應(yīng)用較多的鋰離子電池是磷酸鐵鋰電池，由于熱穩(wěn)定性和安全性較好，價(jià)格相對便宜，使其成為小型電動汽車和插電式混合動力汽車動力電池的首選，但不適合大型純電動汽車，相對而言，鈷酸鋰和錳酸鋰電池等在大型電動汽車上更具優(yōu)勢。目前，鋰離子電池以小容量、低功率電池為主，大容量、高功率的鋰離子電池還在進(jìn)一步試產(chǎn)及試運(yùn)行階段。鋰離子電池大量應(yīng)用于電動汽車仍然存在問題，主要是因?yàn)槎喾N性能的限制，包括鋰離子電池的安全性、循環(huán)壽命、成本、工作溫度和材料供應(yīng)。此外，電池組的電池管理系統(tǒng)中一些技術(shù)的不成熟，如均衡充電技術(shù)，也是鋰離子電池尚未在電動汽車中廣泛應(yīng)用的重要原因之一。鉛酸電池、鎳氫電池和鋰離子電池（鋰離子電池和鋰聚合物電池）的基本性能比較如圖2-1所示。從圖中可以看出，這幾種電池技術(shù)沒有一種可以占據(jù)多個(gè)方面性能的優(yōu)勢地位。其中鋰離子電池和鋰聚合物電池除在價(jià)格和安全性方面處于劣勢以外，其他方面均處于絕對領(lǐng)先地位，在未來有進(jìn)一步研發(fā)和大規(guī)模應(yīng)用的前景。鉛酸電池的價(jià)格優(yōu)勢使其在輕度混合或者短途行駛的電動汽車中仍占一席之地；鎳氫電池是電動汽車過渡階段使用的電池，但在近期和中期仍然是非常關(guān)鍵的動力電池之一；鋰離子電池目前在電動汽車中占據(jù)著重要位置，將成為未來電動汽車電池最具前景的主流之一。價(jià)格和大功率鋰離子電池的安全性是鋰離子電池的最主要缺點(diǎn)。圖2-1三種化學(xué)電池性能比較12河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) /論文2.5電動汽車用太陽能電池太陽能清潔無污染且易獲取，但太陽能具有地域性、季節(jié)性和時(shí)域性等特點(diǎn)，同時(shí)太陽能電池能量密度小、轉(zhuǎn)化效率低（20%）及成本高，導(dǎo)致太陽能電池在汽車上還不能廣泛使用。太陽能電池作為第一驅(qū)動力驅(qū)動汽車，目前主要用在太陽能賽車和短距離電瓶車上。太陽能汽車功率普遍較小，續(xù)航里程短（最大為200km），承重能力低。目前，改善太陽能電池的性能，降低制造成本及減少大規(guī)模生產(chǎn)對環(huán)境造成的影響是未來太陽能電池發(fā)展的主要方向。作為太陽能電池材料，其中：（1）由于多晶硅和非晶硅薄膜電池具有較高的轉(zhuǎn)換效率和相對較低的成本，將最終取代單晶硅電池，成為市場的主導(dǎo)產(chǎn)品；（2）Ⅲ-V族化合物及CIS等屬于稀有元素，盡管轉(zhuǎn)換效率很高，但從材料來源看，這類太陽能電池不可能占據(jù)主導(dǎo)地位；（3）有機(jī)太陽能電池對光的吸收效率低，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)換效率低；（4）染料敏化納米TiO2薄膜太陽能電池的研究已取得喜人成就，但還存在如敏化劑的制備成本較高等問題。另外目前多沿用液態(tài)電解質(zhì)，但液態(tài)電解質(zhì)存在易泄漏、電極易腐蝕、電池壽命短等缺陷，使得制備全固態(tài)太陽能電池成為一個(gè)必然方向。目前，大部分全固態(tài)太陽能電池光電轉(zhuǎn)換率都不很理想。納米晶太陽能電池以其高效、低價(jià)、無污染的巨大優(yōu)勢挑戰(zhàn)未來，我們相信，隨著科技發(fā)展以及研究推進(jìn)，這種太陽能電池應(yīng)用前景廣闊無限。13河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) /論文第3章太陽能電池在電動汽車上的應(yīng)用3.1概述汽車工業(yè)在最近幾十年中突飛猛進(jìn)的發(fā)展，極大地提高了人們的生活水平。與此同時(shí)，也帶來的諸多的社會問題，例如能源問題日益凸顯，環(huán)境污染日益加劇，汽車工業(yè)所帶來的負(fù)面效應(yīng)也越來越引起人們的關(guān)注。傳統(tǒng)能源汽車均是以石化燃料作為能量來源，石化燃料是不可再生能源，并且在燃燒過程中會產(chǎn)生大量有害物質(zhì)（CO、HC、NOx、顆粒物等），對環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重污染，對人體呼吸系統(tǒng)會造成嚴(yán)重傷害。電動汽車是針對內(nèi)燃機(jī)車輛提出來的概念。謂之“電動”，是因?yàn)樗哪茉词切铍姵囟皇瞧停ɑ虿裼停┑仁彤a(chǎn)品。電動汽車的優(yōu)點(diǎn)是：它本身不排放污染大氣的有害氣體，即使按所耗電量換算為發(fā)電廠的排放，除硫和微粒外，其它污染物也顯著減少，由于電廠大多建于遠(yuǎn)離人口密集的城市，對人類傷害較少，而且電廠是固定不動的，集中的排放，清除各種有害排放物較容易，也已有了相關(guān)技術(shù)。由于電力可以從多種一次能源獲得，如煤、核能、水力等，解除人們對石油資源日見枯竭的擔(dān)心。電動汽車還可以充分利用晚間用電低谷時(shí)富余的電力充電，使發(fā)電設(shè)備日夜都能充分利用，大大提高其經(jīng)濟(jì)效益。電動汽車與傳統(tǒng)能源汽車對比詳見表3-1。表3-1電動汽車與傳統(tǒng)能源汽車對比電動車VS汽油車沒有尾氣排放大量溫室氣體污染環(huán)境電力公司石油公司150公里左右的里程500公里以上的里程充電需要幾個(gè)小時(shí)加油只需幾分鐘每公里僅需0.1-0.12元每公里需要0.6-0.7元太陽能汽車由于其零污染、能源豐富，代表了汽車發(fā)展的新水平，因此被人們稱為“未來汽車”。和傳統(tǒng)汽車不同，太陽能汽車已經(jīng)沒有發(fā)動機(jī)、底盤、驅(qū)動、變速箱等構(gòu)件，而是由電池板、儲電器和電機(jī)組成。但因其造價(jià)昂貴、動力受太陽照射時(shí)間限制及承載能力差等特點(diǎn)而無法普及。這些太陽能汽車普遍采用質(zhì)輕價(jià)貴的航空、航天材料，力求達(dá)到車體輕、速度快。14河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) /論文3.2太陽能汽車的發(fā)展世界上第一輛太陽能汽車早在1978年便在英國研制成功，時(shí)速達(dá)到13公里。1982年墨西哥研制出三輪太陽能車，速度達(dá)到每小時(shí)40公里，由于這輛汽車每天所獲得電能只能行駛40分鐘，所以它還不能跑遠(yuǎn)路。1999年5月巴西圣保羅大學(xué)的科研人員設(shè)計(jì)出一款新型太陽能汽車。最高時(shí)速超過100km。2003年澳大利亞太陽能汽車比賽上，由荷蘭制造的“nuna”太陽能汽車取得了冠軍，它以30小時(shí)54分鐘的時(shí)間跑完了3010公里的路程，創(chuàng)造了太陽能汽車最高時(shí)速170公里的新世界紀(jì)錄。國內(nèi)太陽能汽車發(fā)展起步較晚。1984年9月，我國首次研制的“太陽號”太陽能汽車試驗(yàn)成功，太陽號由湖北省金屬學(xué)會新技術(shù)開發(fā)公司的黃繩溥等六位中青年科技人員，僅用了56天時(shí)間研制成功。1996年，清華大學(xué)參照日本能登競賽規(guī)范，研制了“追日”號太陽能汽車。重800公斤左右，最高車速達(dá)80公里每小時(shí)，造價(jià)為7.8萬美元。其采用的電池板是我國第五代產(chǎn)品，太陽能轉(zhuǎn)化率只能達(dá)到14%。2001年全國高校首輛可載人的太陽能電動車—“思源號”在上海交通大學(xué)誕生。無需任何助動燃料，只要在陽光下曬三、四個(gè)小時(shí)，便能輕松跑上10多公里。中山大學(xué)太陽能系統(tǒng)研究所的一輛太陽能電動車，外觀上跟公園的電瓶車一個(gè)樣，可以搭乘6名乘客，但是國產(chǎn)的時(shí)速最高卻只有48公里，持續(xù)行駛時(shí)間也就1個(gè)小時(shí)。到目前為止，太陽能在汽車上的應(yīng)用技術(shù)主要有兩個(gè)方面：一是作為驅(qū)動力，二是用作為汽車輔助設(shè)備的能源。作為驅(qū)動力這一應(yīng)用方式，一般采用特殊裝置吸收太陽能，再轉(zhuǎn)化為電能驅(qū)動汽車運(yùn)行。而作為汽車輔助能源，主要用在電氣設(shè)備上的輔助應(yīng)用，大部分還是靠燃料的供給。3.3太陽能電動汽車的工作原理陽光照射太陽能電池陣列的電池，就生產(chǎn)電流，見圖3-1。能量（電流）能傳輸?shù)叫铍姵刭A存，也可以直接到電動機(jī)控制器或者兩者的結(jié)合。送到控制器的能量用來為轉(zhuǎn)動車輪并且使汽車移動的電動機(jī)提供動力。通常如果汽車在運(yùn)動中，被轉(zhuǎn)變的太陽光被直接傳送到電動機(jī)控制器，但是有時(shí)有更多的來自陣列的能量以至于超過了電動機(jī)控制器的需要。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，那些額外的能量會在蓄電池內(nèi)儲存起來供以后使用。當(dāng)太陽能電池陣列不能產(chǎn)生足夠的能量驅(qū)動電動機(jī)滿足速度要求的時(shí)候，蓄電池所儲存的能量將用來補(bǔ)充電池陣列。當(dāng)然，當(dāng)汽車不在運(yùn)動中時(shí)，來自太陽能電池陣列的全部能量被15河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) /論文儲存在電池里。圖3-1太陽能汽車的原理太陽能電池依據(jù)所用半導(dǎo)體材料不同，通常分為硅電池、硫化鎘電池、砷化鎵電池等，其中最常用的是硅太陽能電池。硅太陽能電池有圓形的、半圓形的和長方形的等幾種。在電池上有像紙一樣薄的小硅片，在硅片的一面均勻地?fù)竭M(jìn)一些硼，另一面摻入一些磷，并在硅片的兩面裝上電極，它就能將光能變成電能。3.4太陽能汽車的基本系統(tǒng)構(gòu)造我們分析組件部分由六個(gè)基本系統(tǒng)構(gòu)成：（1）駕駛控制系統(tǒng)；（2）電氣系統(tǒng)；（3）驅(qū)動器系統(tǒng)；（4）機(jī)械系統(tǒng)；（5）太陽能陣列系統(tǒng)；（6）汽車軀體和底盤。在這里我們只提到一般太陽能汽車跟普通汽車的不同之處。1）太陽能汽車的電路系統(tǒng)：一輛太陽能汽車的核心是由電池和動力電子組成的電力系統(tǒng)。電力系統(tǒng)控制和管理進(jìn)入和退出系統(tǒng)的全部動力。蓄電池在一輛傳統(tǒng)汽車?yán)锵喈?dāng)于一個(gè)油箱。一輛太陽能汽車使用蓄電池儲存電能，在以后的某一時(shí)間將被作為能量來使用。太陽能汽車使用充滿電的蓄電池啟動，但是在汽車發(fā)動之后，只有太陽能電池產(chǎn)生的能量能用來給蓄電池再充電。太陽能汽車使用的蓄電池的最大數(shù)量被每種類型電池的重量所限制，一般使用的電池類電池組由導(dǎo)線連接的幾個(gè)個(gè)別的模件組成，產(chǎn)生要求的系統(tǒng)電壓。2）太陽能汽車的車身和底盤：太陽能汽車的最特別的部分是車身。設(shè)計(jì)車身時(shí)要求空氣動力學(xué)的阻力減到最小，對太陽能吸收的面積最大化，質(zhì)量最小化和安全最大化。在什么樣的車身形狀和尺寸最有效率方面有很多理論，但需要經(jīng)過大量模擬和測試來發(fā)現(xiàn)最佳形狀。一種形狀合理的車輛能節(jié)省數(shù)百瓦特的動力并且對制造一輛最高效的太陽能汽車很重要。在發(fā)展一個(gè)高效的太陽能汽車底盤的過程中，其主要挑戰(zhàn)是使車的可靠性和安全系數(shù)最大化，但是使重量減到最小。所有額外的重量需要更多的能量使汽車在道路上行駛。這就意味著必須把重量減到最小，并且一個(gè)關(guān)鍵部位是16河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) /論文底盤。盡管如此，安全是主要關(guān)心的事，底盤必須滿足嚴(yán)格的力量和安全要求。3.5發(fā)展太陽能汽車面臨的問題太陽能汽車真正走進(jìn)大眾生活，還有很多難題需要解決。首先是太陽能的采集與轉(zhuǎn)換問題。根據(jù)一般的材料應(yīng)用與技術(shù)能力，太陽能轉(zhuǎn)換率只能達(dá)到 20％左右，難以滿足汽車高速行駛所需要的足夠動力，而 7-8m2的太陽能電池板也導(dǎo)致車身過大轉(zhuǎn)動不夠靈活，內(nèi)部空間過于狹小。除此之外，電機(jī)、電控也是太陽能汽車發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。用于電動汽車的電機(jī)有很多類型，目前太陽能車用電機(jī)通常有直流電機(jī)、交流誘導(dǎo)電動機(jī)、永磁同步電動機(jī)三種，其中交流誘導(dǎo)電動機(jī)存在效率滑落的缺點(diǎn)，永磁電機(jī)目前價(jià)錢過高，所以目前太陽能車多用直流電機(jī)，而直流電機(jī)的工作效率也有待提高。其次是制價(jià)太高。為了使車體輕、速度快，太陽能車普遍采用質(zhì)輕價(jià)貴的航空、航天材料，造價(jià)昂貴，所以開發(fā)新的、經(jīng)濟(jì)的替代材料迫在眉睫。參加2002年太陽能電動車友誼賽的幾輛車中，清華大學(xué)制作的“追日號”太陽能汽車造價(jià)200萬元人民幣，美國密蘇里·羅拉大學(xué)的SolarMinerⅢ、美國普林學(xué)院的“RaIV”都是在40萬美元以上，這主要是所采用的電池板及所用材料昂貴造成的。以清華大學(xué)的“追日號”為例，其采用的電池板是我國第五代產(chǎn)品，太陽能轉(zhuǎn)化率只能達(dá)到14％，造價(jià)很高，為得到lW的電量需要花費(fèi)100元人民幣。第三，汽車公司及石油公司缺少生產(chǎn)推廣太陽能汽車的內(nèi)在需求。因?yàn)槟壳暗脑S多汽車公司都處于高利潤期，不愿意投資開發(fā)新一代太陽能汽車。某些公司研發(fā)太陽能車也多是出于宣傳導(dǎo)向和企業(yè)形象的考慮，而沒有大力發(fā)展，投入市場的決心。據(jù)專家說，要突破科技瓶頸，使太陽能汽車正式走入人們的生活，還需要數(shù)十年的時(shí)間。但是，太陽能電動車是最清潔，最有發(fā)展前景的綠色環(huán)保汽車，所以，它的推廣還是非常有前景的。太陽能汽車作為新的事物正在不斷的貼近人們的生活，雖然它的發(fā)展仍存在著很多技術(shù)上的挑戰(zhàn)，但不可否認(rèn)的是在不可再生能源日益匱乏的今天，太陽能汽車是未來新能源應(yīng)用的佼佼者。相信在不久的將來，太陽能定會在汽車上逐漸應(yīng)用普及，在全球倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保的時(shí)代，太陽能的廣泛應(yīng)用不僅能為人們生活帶來便利，也會給我們賴以生存的地球帶來和諧的發(fā)展。3.6太陽能汽車的技術(shù)發(fā)展趨勢很多國家的汽車企業(yè)和光電企業(yè)已加大了對汽車和太陽能電池的研發(fā)投入，17河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) /論文并取得了很大進(jìn)展。主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：1）提高汽車設(shè)計(jì)技術(shù)汽車行業(yè)的整體的趨勢是向更安全、更高效、更節(jié)能的方向發(fā)展。隨著材料技術(shù)、工藝技術(shù)、設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)方法的進(jìn)步，有關(guān)汽車車身、底盤、機(jī)械系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)、蓄電池、控制系統(tǒng)等將得到進(jìn)一步的提高，屆時(shí)汽車的重量將更輕、性能更優(yōu)，從而減少對電能的需求；2）提高太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率目前，太陽能電池的最大光電轉(zhuǎn)換效率已經(jīng)有了比較大的提升。如澳大利亞企業(yè)用激光技術(shù)制成的太陽能電池，其光電轉(zhuǎn)換率達(dá)24.2%，日本企業(yè)已研制出光電轉(zhuǎn)換率達(dá)30%的太陽能電池，美國已研制成功光電轉(zhuǎn)換率達(dá)35%的高性能太陽能電池。為獲得更高效率的太陽能，目前，美國、日本、歐洲及一些國際組織已經(jīng)開展了空間太陽能電站的研究工作。所謂空間太陽能電站是指在空間通過太陽能電池將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，再通過無線方式傳輸?shù)降孛娴南到y(tǒng)。該系統(tǒng)計(jì)劃2030年前后實(shí)現(xiàn)商業(yè)化運(yùn)行。目前已實(shí)現(xiàn)了在短距離、小功率的電能傳輸。一旦空間太陽能電站成功發(fā)電。將直接推動太陽能汽車及其他利用太陽能產(chǎn)品的普及，同時(shí)也將對世界的能源結(jié)構(gòu)及能源傳輸帶來革命性的影響。18河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) /論文展望隨著國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長，汽車產(chǎn)業(yè)已成為我國的支柱產(chǎn)業(yè)，但汽車產(chǎn)業(yè)對經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生重大帶動作用的同時(shí)，也給能源與環(huán)境造成了巨大的壓力，制約了國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。高的汽車保有量，造成了不可再生能源的急劇消耗。同時(shí)，汽車尾氣廢氣是大氣、城市環(huán)境的主要污染源。汽車尾氣廢氣中含有150～200種不同的化合物，其中對人體危害最大的是一氧化碳、碳?xì)浠衔铩⒌趸衔铩U的化合物及碳的顆粒物。這些有毒有害氣體擴(kuò)散到空氣中造成空氣污染，危害城市環(huán)境，引發(fā)呼吸系統(tǒng)疾病，引起光化學(xué)煙霧，造成地表空氣臭氧含量過高，加重城市熱島效應(yīng)，使城市環(huán)境轉(zhuǎn)向惡化。根據(jù)調(diào)查顯示，汽車所造成的空氣污染占整個(gè)城市空氣污染的60%，甚至到90%。不可再生能源的日趨枯竭，城市污染的加重，世界范圍內(nèi)的溫室效應(yīng)，海平面升高等一系列環(huán)境問題都給我們?nèi)祟惖某掷m(xù)發(fā)展敲響了警鐘，促使我們必須尋求一條綠色發(fā)展之路，尋找可以代替不可再生能源的新能源，清潔能源。毫無疑問，具有清潔、高效并且取之不盡用之不竭等優(yōu)點(diǎn)的太陽能被人們列入了第一考慮對象。太陽能汽車正是使用太陽能電池把光能轉(zhuǎn)化成電能，用來推動汽車電動機(jī)的汽車。因?yàn)椴挥萌加停柲芷噷⒉粫欧盼廴敬髿獾挠泻怏w；沒有內(nèi)燃機(jī)，無需電子點(diǎn)火，只需踩踏加速踏板便可啟動，利用控制器使車速變化，不需換擋、踩離合器，簡化了汽車的駕駛，并且在行駛時(shí)聽不到汽車的轟鳴聲。太陽能汽車還有結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點(diǎn)，在其壽命周期內(nèi)除了定期更換蓄電池以外，基本上不需日常保養(yǎng)，省去了傳統(tǒng)汽車必須經(jīng)常更換機(jī)油，添加冷卻水等定期保養(yǎng)的煩惱。在可持續(xù)發(fā)展的道路上，具備無污染、無噪音、耗能少、效率高、易于駕駛、結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)越性的環(huán)保太陽能汽車引起了人們的極大興趣。在世界能源日趨枯竭，環(huán)境問題不斷惡化的今天，太陽能汽車產(chǎn)業(yè)必將得到迅猛發(fā)展。我相信，隨著人們對能源、環(huán)保意識的增強(qiáng)，以及太陽能技術(shù)的發(fā)展、新材料的開發(fā)，太陽能必將發(fā)出耀眼的光芒。新能源在汽車上的應(yīng)用必將被世界各國所提倡，得到廣大消費(fèi)者的喜愛和認(rèn)可。在節(jié)能環(huán)保的未來，太陽能汽車必將成為汽車市場上的一代新嬌!19河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) /論文致謝在論文完成之際，我首先向關(guān)心、幫助和指導(dǎo)我的賈豐春老師表示衷心的感謝并致以崇高的敬意!在學(xué)校的學(xué)習(xí)生活即將結(jié)束，回顧三年來的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，面對現(xiàn)在的收獲，我感到無限欣慰。為此，我向熱心幫助過我的所有老師和同學(xué)表示由衷的感謝!在論文工作中，遇到了許許多多這樣那樣的問題，有的是專業(yè)上的問題，有的是論文格式上的問題，一直得到賈老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)，使我的論文可以又快又好的完成，賈老師以其淵博的學(xué)識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、求實(shí)的工作作風(fēng)和他敏捷的思維給我留下了深刻的印象，感謝他為學(xué)生營造的濃郁學(xué)術(shù)氛圍，以及學(xué)習(xí)、生活上的無私幫助!值此論文完成之際，謹(jǐn)向賈豐春老師致以最崇高的謝意！20河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) /論文參考文獻(xiàn)高少鋒.中國太陽能電池的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢[J].天津化工.2012,26(4):1~2王濤.硅太陽能電池研究[D].國防科學(xué)技術(shù)大學(xué).2006[3]李懷輝,王小平.硅半導(dǎo)體太陽能電池進(jìn)展 [J]. 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