1、目录目录第一章 绪论11.1 引言11.2 太阳能汽车21.3 太阳能汽车的发展历史41.3.1 国外太阳能汽车的发展41.3.2 国内太阳能汽车的发展61.4 本文的研究工作与意义71.4.1 研究工作71.4.2 本文的主要研究内容8第二章 太阳能汽车的基本结构和原理92.1 电力系统102.1.1 太阳能电池102.1.2太阳能122.1.3 蓄电池组132.1.4电机132.1.5电机132.2 机械系统142.2.1 车架和车壳142.2.2 底盘和悬架142.2.3 驾驶转向、刹车制动系统152.3 太阳能汽车的使用说明172.3.1特征与功能172.3.2注意事项17第三章 太阳能汽车电源系统设计183.1 设计目标183.2 动力性能分析183.2.1 汽车的驱动力183.2.2 汽车的行驶阻力183.2.3 动力性能计算193.3 设计校核203.3.1 安全性分析203.3.2 最大速度估算20第四章 太阳能汽车性能分析214.1 太阳能电池板传热模型214.2 太阳辐射的逐时计算224.2.1 太阳辐射计算基础224.2.2 太阳辐射的逐时计算模型26

　　2、4.2.3 西安夏天太阳辐射数据计算264.3 大气温度的逐时计算284.3.1 大气温度的逐时计算模型284.3.2 西安夏天逐时空气温度计算284.4 太阳辐射和大气温度的气象统计数据294.5 太阳辐射和气温对太阳能电池最大功率的影响294.6 汽车重量和外形对性能的影响314.7 提高太阳能汽车性能的因素32第五章 总结335.1 本文总结335.2 展望33参考文献35致谢36附录37第2页西安文理学院本科毕业设计（论文）第一章 绪论1.1 引言根据BP 2030世界能源展望数据：未来20年里，世界的能源需求注定继续增长，其中石油、天然气等化石燃料在能源结构中的份额将持续下降，而非化石燃料和可再生能源的份额将持续上升，至2030年，可再生能源（包括生物燃料）将占到能源消费增长的18%，可再生能源在全球能源市场的普及速度将类似于20世纪70年代和80年代核电的出现。由于各国节能减排政策的实施以及日本核事故的影响，来源广泛、环境影响较小的太阳能等新能源受到越来越多的重视。太阳能能源是来自地球外部天体的能源(主要是太阳能)。人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。正是各种植物

　　3、通过光合作用把太阳能转变成化学能在植物体内贮存下来。煤炭、石油、天然气等化石燃料也是由古代埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成的。它们实质上是由古代生物固定下来的太阳能。此外，水能、风能、潮汐能等也都是由太阳能转换来的。太阳能利用基本方式可以分为如下4大类。(1) 光伏发电。光伏发电基本原理是利用光生伏打效应将太阳辐射能直接转换为电能，它的基本装置是太阳能电池。光伏发电系统主要可以分为离网和联网两种运行方式。与公共电网相连的光伏发电系统成为联网系统，已经成为电力工业的重要组成部分，特别是其中的光伏电池与建筑结合的联网屋顶太阳能光伏系统是众多国家竞相发展的热点。离网系统主要应用于远离公共电网的无电地区和特殊场所，如通信基站、地震气象台站、海岛灯塔等，同时也是很多边远偏僻农村、牧区、海岛的生活用电来源。(2) 光热利用它的基本原理是将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能加以利用。目前使用最多的太阳能收集装置，主要有平板型电池板、真空管电池板和聚焦电池板等3种。通常根据所能达到的温度和用途的不同，而把太阳能光热利用分为低温利用(200)、中温利用(200800)和高温利用(8

　　4、00)。目前低温利用主要有太阳能热水器、太阳能干燥器、太阳能蒸馏器、太阳房、太阳能温室、太阳能空调制冷系统等，中温利用主要有太阳灶、太阳能热发电聚光集热装置等，高温利用主要有高温太阳炉等。(3) 光化利用这是一种利用太阳辐射能直接分解水制氢的光化学转换方式。(4) 光生物利用通过植物的光合作用来实现将太阳能转换成为生物质的过程。目前主要有速生植物、油料作物和巨型海藻。太阳能资源的普遍、安全可靠、无噪声、无污染等优点，使得太阳能电池是一个优良的电力来源。太阳能电池最早用于空间，至今人造卫星、空间站等飞行器仍是主要靠太阳能光伏发电系统来供给的。一个太阳能光电板能将太阳能转变为电能。光子在日光下产生能量带动电子从一个半运动的金属粒子的一层转移到另一个层面，电子的运动产生了通用的电力。目前，主要有两种类型的光电板：硅和砷化物。在这里有几个不同的等级并且有不同的效能。环绕地球卫星是典型的使用砷化合物，而硅则更为普遍的为地球（陆地）基础设备的使用。一般等级的太阳能汽车通常使用陆地级硅电池板。许多独立的硅片（靠近1000个）被组合，形成太阳能阵列。依靠电动发动机驱动太阳能汽车。这些陈列的通常工作电压

　　5、在50-200V，并能提供1000W的电力。能量的大小受到太阳、云层的覆盖度和温度的影响阵列的输出。超级太阳能汽车通常类型的太阳能光电板也能使用。但更多的是使用太空级光电板。这种板很小，但是比普通的硅片电池板要昂贵的多，然而它们的使用效率非常的高。光电池板具有很强的技术性。它们的发展和使用是随着技术的发展而发展。并有部分是用于太空旅行和卫星输送系统中。随着太阳能电池材料技术的进步和更为先进的太阳能电池生产工艺的发展，性能更稳定、转换效率更高、成本更低的的太阳能电池已被应用于人们生产生活的各个方面，其中太阳能交通工具，如太阳能飞机、太阳能汽车的发展格外引人注目。7月6日，瑞士的太阳能飞机“太阳驱动号”进行了首次夜间飞行，载有一个驾驶员，连续飞行时间能到到26小时9分钟。其最大飞行高度为海拔8564米，平均时速为大约43公里，最大时速为126公里。而在2008年星空体育官网，瑞士冒险家路易斯帕尔默驾驶一辆太阳能汽车，不用一滴油完成绕地球行驶3.2万英里(5.2万公里)的壮举。1.2 太阳能汽车传统的石油资源日益枯竭，人们对石油资源的依赖性和石油储量的不断锐减形成了鲜明的反差。汽车产业的蓬勃发展也给社会

　　6、环境带来了一定的压力。因此电动汽车应运而生，并在近几年迅速得到发展。纯电动、混合动力以及燃料电池汽车等相关技术已相对成熟。相比之下，太阳能汽车还很年轻。所谓太阳能汽车就是利用太阳能电池将太阳能转换为电能，并利用该电能驱动车辆行驶。太阳能汽车清洁、环保，可以说是真正“零排放”的交通工具。近年来，光伏产业发展迅速，国内外对太阳能汽车的研究方兴未艾，这都为太阳能汽车的实用化奠定了基础。太阳能发电在汽车上的应用，将能够有效降低全球环境污染，创造洁净的生活环境，随着全球经济和科学技术的飞速发展，太阳能汽车作为一个产业已经不是一个神话。太阳能汽车最具魅力的部分就是车身。光滑而又具有异域风情的外观是吸引眼球的部分，太阳能汽车是由若干主体部件组成。由于没有统一的标准而使得每一辆太阳能汽车各具特色。除了车子长度的强制性要求限制外。当我们设计太阳能汽车的主体时要让阻力达到最小值。而使太阳能与阳光的接触比达到最大值，重量要尽量小而安全系数尽量达到最高。在这些方面我们得到很多理论作为支撑，如在车子的形状和尺寸上我们花费大量的时间进行试跑测试。进而测出并试图得到最佳的外形效果。一个好的太阳能汽车外形能够节省几百

　　7、瓦的能量，这也是制造一辆好的太阳能汽车所必须的。最初的挑战就是如何制造出一个高效的太阳能汽车底盘，从而使其强度和安全度达到最佳，并且重量最小。每一公斤的重量都需要足够大的能量使得在路面上移动。这就意味着工作组力求使车子的重量减到最小。而这个关键的部位就是汽车的底盘。然而，安全是一个基本的要求，底盘必须具有严格的强度和安全系数要求。通常，有三种类型的底盘使用在太阳能汽车上。1、空间框架结构2、半单体横造或碳纤维3、单体横造一个空间框架使用一个焊接或保护管结构用于支撑装载或车体，这种车体重量轻，但不能装载。合成的外壳是可以将分离的底盘组装起来。半单体横造或碳横梁使用合成横梁和空间隔开达到支撑装载的能力，而整合就不能支撑装载并承受一个整体的腹部底盘。在太阳能汽车的顶部每段是经常分割成片状，从而能够附加到腹部盘的上面。一个单体横造的太阳能汽车的底盘使用躯体结构并用来支撑装载。这三种类型的太阳能汽车底盘都能制造出强劲而又轻量型的太阳能汽车出来。许多太阳能汽车使用我们以上提到的三种底盘结构的组合方法。在上面结构中有一个例子就是带有组合空间框架的半单体横造，可以很好的保护驾驶员。由于太阳能汽车中复合

　　8、材料得到广泛的应用，在这里我们需要对合成材料进行定义。这种合成材料是由象三明治夹层一样结构材料构成。碳纤维、KEVLAR和玻璃纤维，是一种普通的合成建筑材料。蜂窝状和泡沫塑料是常用的合成填充材料。这些材料用环氧基树脂保护起来。组合在具有KEVLAR和碳纤维的材料里。能够获得人需要的强度材料（相当于钢的强度），但是是非常轻质的材料。现就我们掌握的相关技术信息同有志于太阳能汽车研发和生产的单位或企业进行探讨。太阳能在汽车上的应用有以下几个途径：第一种途径：太阳能作为汽车的主要的驱动力，这也是我们通常所说的太阳能汽车。这种太阳能汽车与传统的汽车不论在外观还是原理上都有很大的不同，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、蓄电池和电机组成利用贴在车体外表的太阳电池板，将太阳能直接转换成电能，再通过电能的消耗，驱动车辆行驶，车的行驶快慢只要控制输入电机的电流就可以解决。目前此类太阳车的车速最高能达到l00km/h以上，而无太阳光最大续行能力也在80km左右。第二种途径：还有一种概念上的太阳能汽车，其实就是普通电动车。这种汽车在车体上没有安装光伏电池板，而只是配置蓄电池，而

　　9、电能全部来自专门的太阳能发电装置。优点是外观与现有车辆类似，没有另类的感觉，缺点是要经常到太阳能电站充电，当然续行能力也受到限制。太阳能可以做充电站，比如在建筑或空旷的土地上上搭很多的太阳能电池板，把太阳能收集起来给电动汽车充电。第三种途径：太阳能主要是在传统汽车身上做辅助电池用，而不是作为汽车的驱动力。电池板产生的电能足够能供给汽车的灯光、音响或其他附件设备，甚至能够作为辅助电源，为手机、笔记本电脑等充电。一种所谓的“太阳能天窗技术”已在一些奔驰和奥迪车上有了应用。目前，太阳能汽车代替燃油车在目前还不能实现，主要是因为太阳能电池能量密度小，转化效率低，价格昂贵，技术还不成熟，所以目前还不能广泛推广使用。但是太阳能电动车是最清洁的绿色环保汽车，所以它的发展还是非常有前景的。1.3 太阳能汽车的发展历史1.3.1 国外太阳能汽车的发展第一个太阳能汽车通用汽车公司的b制造的，名叫Sunmobile，在1955年8月31日在芝加哥Powerama大会上向公众展示。这个太阳能车是由12个硅电池供电，汽车后轮上的小电机驱动性行驶。Sunmobile只有15英寸长，显然是太小了。1962年，人可驾驶的太阳能汽车第一次向公众展示。国际整流器公司把一辆老式贝克电动模型车改造成太阳能供电(如下图所示)，汽车顶上安装有大约10640个太阳能电池。图1-11977年，阿拉巴马大学教授埃德Passereni建造了一辆名叫“蓝鸟”的太阳能汽车，这是一个完全尺寸的太阳能汽车。蓝鸟没有带蓄电池，其电力完全来自太阳能电池。蓝鸟在1982年世界博览会上展出过。1977年至1980年，东京电机大学教授藤田正治首先建造了一辆太阳能自行车，接着建造了一辆4轮太阳

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