太陽能汽車模型的設(shè)計與制作

（西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710089）

目前環(huán)境污染和能源危機是世界關(guān)注的兩大重要問題，而汽車尾氣則是環(huán)境污染的重點之一。目前汽車燃料以汽油和柴油為主，在石油化工能源供應(yīng)日趨緊張的背景下，大規(guī)模的開發(fā)和利用可再生能源已成為未來各國能源戰(zhàn)略中的重要組成部分，所以解決這兩難題的可行辦法，就是開發(fā)新能源，而太陽能就是這些新開發(fā)能源中的佼佼者。

太陽能發(fā)電具有無污染、零空氣廢氣排放、可持續(xù)發(fā)展等優(yōu)點，近幾年來得到了快速的發(fā)展。為此利用了太陽能技術(shù)的優(yōu)勢對目前市場上的汽車模型進行了改進，設(shè)計制作了由太陽能發(fā)電技術(shù)給汽車模型提供動力，一定程度上節(jié)約了電能，達到低碳、環(huán)保、節(jié)能的設(shè)計目的。

1 設(shè)計制作思路

太陽能汽車模型設(shè)計制作主要考慮綠色環(huán)保，車模源動力依靠太陽能電池板或太陽能板將太陽能轉(zhuǎn)化為電能存儲于蓄電池來驅(qū)動汽車模型驅(qū)動軸，主要意圖是通過簡單設(shè)計測試太陽能板驅(qū)動汽車模型的適應(yīng)氣候能力，以及與蓄電池配合驅(qū)動汽車模型的續(xù)航能力，本制作旨在為太陽能汽車的環(huán)境適應(yīng)、應(yīng)用與推廣提供有力的實驗與參考。

2 元器件選擇

（1）太陽能電池板

太陽能電池是一種用于光生伏特效應(yīng)將太陽光能直接轉(zhuǎn)化為電能的器件，是一個半導(dǎo)體光電二極管，當(dāng)太陽光照到光電二極管上時，光電二極管就會把太陽的光能變成電能，產(chǎn)生電流。太陽能電池是一種大有前途的新型電源，具有永久性、清潔性和靈活性三大優(yōu)點。太陽能電池壽命長，只要太陽存在，太陽能電池就可以一次投資而長期使用；與火力發(fā)電、核能發(fā)電相比，太陽能電池不會引起環(huán)境污染；太陽能電池可以大中小并舉，大到百萬千瓦的中型電站，小到只供一戶用的太陽能電池組，這是其它電源無法比擬的。太陽能發(fā)電方式太陽能發(fā)電有兩種方式，一種是光—熱—電轉(zhuǎn)換方式，另一種是光—電直接轉(zhuǎn)換方式。采用的是光—電直接轉(zhuǎn)換方式該方式是利用光電效應(yīng)，將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，光—電轉(zhuǎn)換的基本裝置就是太陽能電池。

太陽能電池板是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中的核心部分，也是太陽能發(fā)電系統(tǒng)中價值最高的部分。其作用是將太陽的輻射能力轉(zhuǎn)換為電能，或送往蓄電池中存儲起來，或推動負載工作。太陽能電池板的選擇考慮到應(yīng)該滿足體積小，占用空間小，重量輕、能夠產(chǎn)生足夠的電量和經(jīng)濟型高等條件，以下是常見的手機便攜式太陽能硅系列電池板。

型號：132mm×81mm×2.6mm；開路電壓6 V；最大工作電壓5 V；短路電流267 mA；最大工作電流260 mA；最大功率1.3W.

（2）蓄電池

考慮到太陽能板在天氣不好陽光不夠充足時，太陽能板轉(zhuǎn)化降低，電量變小，會導(dǎo)致汽車不能驅(qū)動，所以加裝蓄了電池保證電量充足。

（3）汽車模型

模型制作選擇體積小、重量輕、經(jīng)濟性好常見的一種玩具汽車。模型材料：塑料；規(guī)格：23mm×14.5mm；重量：0.4 kg，啟動扭矩：0.75 N·m.

（4）電動機

電動機是驅(qū)動汽車的主要源動力,因此本次設(shè)計選用電動機考慮耗電少、功率小、轉(zhuǎn)速高、重量小、經(jīng)濟性好等條件，我們選擇一種常見的小型電動機，型號為GR130；電壓為Dc3v；空載轉(zhuǎn)速為8 r/min；負載轉(zhuǎn)速為5 r/min；輸出扭矩為0.08 N·m；重量為50 g.

3 太陽能汽車模型的組裝

為了減輕太陽能汽車的整體重量，先對汽車進行拆解，取出多余零部件。電能來源采用一塊大太陽能電池以保證能夠產(chǎn)生充足的電量，用膠水將其粘結(jié)在車頂，太陽能電池板方向向上以保證能夠得到充足的日照。為了儲存能量我們在汽車內(nèi)部安裝了蓄電池，以保證太陽能汽車的續(xù)航能力，蓄電池直接粘在汽車內(nèi)部，導(dǎo)線以電池為中心布開，電機裝在汽車后部，連接后軸導(dǎo)線連接蓄電池。如圖1所示。

圖1汽車模型電路控制圖

由于太陽能電池受光照影響，電壓不穩(wěn)定，同時為了保證電流的方向，在電池與電機之間增加一個穩(wěn)壓二極管，如圖1所示。然后就在模型上進行線路連接，先用兩根細銅線分別連接太陽能電池板的正負極，三塊電池板采用并聯(lián)的連接方式，并聯(lián)電池板主要為了在輸出電壓不變的情況下增大輸出電流和輸出功率。接下來將正極一邊連接開關(guān)—電機—二極管—太陽能電池回路。

4 結(jié)束語

此次設(shè)計制作是西安航空職業(yè)技術(shù)學(xué)院汽車愛好者協(xié)會一次將節(jié)能環(huán)保活動、科技創(chuàng)新活動與人才培養(yǎng)工作緊密結(jié)合到一起的嘗試，也是學(xué)院依托學(xué)生社團為學(xué)生提供的創(chuàng)新實踐平臺來實現(xiàn)教育教學(xué)一體化、培養(yǎng)高素質(zhì)個性化優(yōu)秀人才的重要途徑和載體。通過大量實踐探索使廣大學(xué)生深刻體會到太陽能發(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)濟和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，太陽能汽車作為一個產(chǎn)業(yè)已經(jīng)不是一個神話。

[1]岑幻霞.太陽能熱利用[M].北京:清華人學(xué)出版社，1997.

[2]楊少梅，梅 林.基于GM(1,1)模型的新能源預(yù)測及分析[J].華北電力大學(xué)學(xué)報，2011，（4）：106-109.

[3]李申生.太陽能物理學(xué)[M].北京:首都師范人學(xué)出版社，1996.