浅谈汽车用太阳能发电遮阳装置范文

摘要：车辆在高温中停放会使内部温度升高达60℃，对车内各部件都会产生不同程度的损伤，并减少车辆使用寿命。文章结合“车罩”的概念，通过隔层减少太阳直射汽车的面积，以此达到有效降温；通过添加柔性太阳能电池板以获取能量，利用半导体制冷片进一步加大降温效果。实验使用了等效模型法，将形状相似的纸盒替换成汽车，降低了实验所需的时间和金钱成本。最终获取了新装置可以实现的效率及最适安装距离。

关键词：汽车内部降温；太阳能电池板；半导体制冷片；安装距离

引言

随着人们生活水平的提高，小汽车走进了千家万户。由于汽车数量的大量增加，车库车位短缺的问题大大加剧，大部分汽车只能露天停放在路边[1]。由于没有遮蔽物，汽车难免会受到太阳的直射。美国一项研究表明，当环境气温为35℃时，阳光照射15min便能使封闭车厢内的温度达到65℃。如此高的车内温度不仅会对人体产生危害，还会加速车内设施的老化[2]。这些本可造福人类的太阳能因未被利用，而对我们的生活造成巨大的危害[3]。因此，设计出能够携带的，便利的汽车遮阳装置非常有实际意义。现有的汽车遮阳装置只能遮挡部分阳光，降温效果不尽人意，同时也未将太阳能有效利用[4]。柔性非晶硅薄膜太阳能电池板近年来发展迅速，其质量轻、成本低、延展性好、容易加工的特性也越来越引起人们的关注[5]。本文利用柔性非晶硅太阳能电池板一方面阻挡太阳光，一方面利用其产生的电能，对半导体制冷片进行供电，使其对车内降温[6]。我们通过实验，得出了电池板距离车最合适的距离，以便在利用太阳能时还能给予人们最舒适的出行体验。

1实验原理

太阳能电池板所形成的车衣可以吸收光能转变为电能，同时具有遮光作用，可以有效降低车内温度。同时所产生的电能可供给半导体制冷片，对车内起降温作用。根据研究表明，在其他条件相同时，光强越强，输出电压不变，但输出电流增大。但温度升高，输出电流又减小。所以需要尽量保持太阳能电池板温度不要太高[7]。且光照强度越高，外阻值较小的话，最大输出功率就会较大[8]。因此利用柔性非晶硅太阳能电池板做成的车衣，在距车身距离合适时，既能起到遮阳作用，产生的电能又能给半导体制冷片供电，从而起到降温作用。我们所设计的车载遮阳发电装置，所使用的主材料为柔性非晶硅太阳能电池板[9]，生产单位为美国的联合太阳能公司，其相较于传统太阳能电池板具有重量轻、可折叠和不易破碎的特点。

2结果与讨论

2.1太阳能电池板距车身距离的选择

太阳能电池板对紫外线有一定的遮蔽作用，可以在一定程度上减少车内温度的上升。且随着阳光强度的升高，差异愈加明显[10]。本实验采用纸盒代替车壳，测量电池板到纸盒的距离对纸盒内温度的影响。采用如图1所示实验仪器，用两个等大的尺寸为154x84x65（mm），体积约为840立方厘米的纸盒作为研究对象。做如下实验：（1）纸盒1做空白对照，和纸盒2放在相同光照条件下，纸盒2被太阳能电池板完全遮蔽，并且电池板离纸盒2的距离为0mm。（2）太阳能电池板距离纸盒2的高度分别设置为0mm、2mm、4mm、6mm、8mm、10mm、12mm、14mm、16mm和18mm，稳定后记录纸盒内温度。第一个实验中纸盒1与纸盒2的稳定温度分别是39.4℃和38.6℃。第二个实验的温度变化如图2所示。由图2可知，太阳能电池板距离纸盒过低时，由于电池板的传热作用，纸盒内温度较高；距离纸盒过高时，遮蔽作用不明显，盒内温度也较高。当太阳能电池板距离盒子8-12mm时，盒内温度最低。实验模拟图如图3所示。

2.2半导体制冷片制冷

只采取柔性太阳能电池板遮阳降温，车内温度达不到预期目标。因此我们选择半导体制冷片来加强降温。半导体制冷片工作时无噪声，并且无需氟利昂制冷，非常环保，简单易操作[11]。根据半导体材料的Peltier效应，两种不同半导体材料串联成的电偶，当直流电通过时，电偶的两端可分别放出热量和吸收热量，从而制冷[12]。并且两个极板也会通过空气与半导体材料进行逆向热传递[13,14]。我们设计了两套方案。一是分散放置（见图4），将制冷片均匀分布在车顶、车身四周；二是集中放置（见图5），将制冷片集中放置在车顶。由于制冷片一面制冷、一面制热，第一种方案的散热不好制作，没有深入研究。在进行集中放置实验时，我们发现一个有趣的现象，模型内的温度一开始降的很快，一段时间后却又迅速回升。最终我们发现了问题所在：实验所选用的半导体制冷片，属于大功率制冷片，该制冷片工作时一面致冷一面发热，在其工作时必须确保制冷片的热面有良好散热。两面的温差将影响制冷片的效率[15]。我们效仿电脑CPU散热提出了铜管散热和水冷两种解决方案。由于铜管散热装置制作复杂，使用不方便，最后被放弃。水冷装置如图6所示，实验中，在制冷片热面紧贴吸水滤纸，一侧滴加冷水，一侧用脱脂棉吸走热水，来降低热面温度。采取此方案后，模型温度得到了有效降低。

3结语

利用柔性非晶硅薄膜太阳能电池板所制成的“车衣”，既可以起到一定的遮光降温作用，也可以吸收光能转化成电能，供电给半导体制冷片，给汽车降温。实验发现，当太阳能电池板距离车身8-12mm时，车内温度最低。半导体制冷片在一定条件下，具有良好的辅助散热效果。本研究为开发新型太阳能车衣提供了有益参考。

参考文献

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作者：李童馨 李周正 陈亮 高黎明 郭灵柔 刘勇 单位：北京化工大学机电工程学院