太阳能在汽车上应用.doc

第一章 太阳能在汽车上应用的总述 随着经济的增长和科技的进步,以及人口的增加,人们对能源的需求越来越大。目前,世界上能源消费的增长率远高于人口增长率,石油、天然气、煤炭等常规能源已不能满足人们日益增长的需要。世界各国都感到化石燃料的蕴藏量正在日益减少,甚至有用竭的可能。我国《可再生能源法》于2006 年1月1日起实施，《节约能源法》于2008 年4 月1 日起施行,随着国家“十一五”能源发展规划的规定，《可再生能源中长期发展规划》的出台,各级地方政府不断加大促进循环经济发展的力度,进一步提高资源利用率,保护和改善环境,实施可持续发展。在这种情况下,必须重视再生能源的利用和发展,其中最突出的是太阳能的研究和应用。随着科学技术的发展,太阳能的利用在某些方面已显示出其经济性,因而引起许多国家对太阳能研究的重视。 1.1 太阳能 1.1.1　太阳能的特点 太阳能之所以受到人们如此的重视,是因为它具有许多优点:太阳能是一种巨大的能源,每天到达地球表面的太阳辐射能大约相当于215 亿万桶石油;太阳能可以再生;在工业越来越发达而环境污染越来越严重的今天,太阳能却是清洁能源;太阳能可以在当地取得,大大节省了在使用矿物燃料时所需的运输费用。我国幅员辽阔,有着丰富的太阳能资源如图1。 图1 　我国太阳能日照分布图 根据全国700 多个气象站长期观测和积累的资料表明, 中国各地的太阳能辐射资源总量大致在3135 ×103 ～ 8140 ×103 MJ / m2 之间, 其平均值约为5186 ×103 MJ / m2 ,该等值线从大兴安岭西麓、内蒙东北部开始,向南京北京西北侧,朝西偏南至兰州,然后径直朝南至昆明,最后沿横断山脉转向西藏南部。在该等值线以西和以北的广大地区,除天山北面的新疆小部分地区年总量约为4146 ×103 MJ / m2 ,其余绝大部分地区的年总量超过5186 ×103 MJ / m2 。来自太阳的能量在整个白天期间传到地球。不过,能量的大小随着时间的变化,天气情况和地理位置的不同而变化。在北美洲,明亮晴朗的下午太阳能密度将在大约1 000 W/㎡,但是在早上和晚上或者天空阴暗的时候,太阳能密度将降至0 W/ ㎡(参阅图2) 。为了获取尽可能大部分的可得到的能量,必须了解可得到的太阳能密度变化规律。 图2 　晴天日照量曲线图 1.1.2 　太阳能利用过程中的问题 太阳能是一种低密度、间歇性能源,这就对太阳能的收集与应用提出了更高的要求,成本问题也是太阳能推广应用中的重要障碍之一。同时,太阳能应用是一门综合性的科学技术,因为受到各种条件的限制,目前还有许多课题等待解决。总的来说,需要解决三个问题:提高太阳能的收集效率与集光比的问题;降低太阳能应用装置成本与提高使用寿命的问题;解决低成本、高效率的贮能手段问题。就集热效率而言,应从太阳能的光热转换、光电转换、光化学转换三种转换形式分别考虑。光热转换所用的平板集热器,提高收集效率的潜力不大,目前最高热效率已经很高,若能将成本降低一半及使用寿命延长一倍,效果是可观的。光电转换是太阳能利用中非常有发展前途的一种形式。当前的工作是提高转换效率和降低光电转换器的成本。如果能像科学家们预言的那样,向太空发射贴有大量太阳能电池片的人造卫星太阳能电站,把光能转换为电能,然后用微波形式将电能输送到地球上,那么太阳能作为一种巨大而廉价的能源将有美好的前景。在光化学转换方面,植物的光合作用就是一种形式,一直为人类提供生活和生产资料。太阳能的贮存是解决太阳能间歇性的不可缺少的手段。由此可见,太阳能在非常规能源中很有发展前途,包括用于生产和生活方面。但是关于能量转换和贮能的技术以及提高经济性的研究,无论作为空间电源还是地面应用,都有待进一步探讨,并为继续扩大应用范围而努力。 1.2 太阳能汽车 汽车的发明改变了人们的生活。在为我们带来方便的同时,汽车排出的尾气也成为空气污染的主要来源。汽车尾气中主要含有一氧化碳、氧化氮以及对人体产生不良影响的其他一些固体颗粒,尤其是含铅汽油燃烧后的尾气,对人体的危害更大。这些有害物质会引起头晕、失眠、食欲不振、恶心、贫血等多种疾病。汽车制造厂商进行了大量研究,进行“清洁燃料”汽车的研制,如电动汽车、混合动力汽车和燃料电池电动汽车等。太阳能汽车由于其零污染、能源丰富,代表了汽车发展的新水平,因此被人们称为“未来汽车”。和传统汽车不同,太阳能汽车已经没有发动机、底盘、驱动、变速箱等构件,而是由电池板、储电器和电机组成,但因其造价昂贵、动力受太阳照射时间限制及承载能力差等特点而无法普及。这些太阳能汽车普遍采用质轻价贵的航空、航天材料,力求达到车体轻、速度快。 太阳能汽车真正走进大众生活,还有很多难题需要解决。首先是太阳能的采集与转换问题。根据一般的材料应用与技术能力,太阳能转换率