淺談汽車用太陽(yáng)能發(fā)電遮陽(yáng)裝置范文

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摘要：車輛在高溫中停放會(huì)使內(nèi)部溫度升高達(dá)60℃，對(duì)車內(nèi)各部件都會(huì)產(chǎn)生不同程度的損傷，并減少車輛使用壽命。文章結(jié)合“車罩”的概念，通過(guò)隔層減少太陽(yáng)直射汽車的面積，以此達(dá)到有效降溫；通過(guò)添加柔性太陽(yáng)能電池板以獲取能量，利用半導(dǎo)體制冷片進(jìn)一步加大降溫效果。實(shí)驗(yàn)使用了等效模型法，將形狀相似的紙盒替換成汽車，降低了實(shí)驗(yàn)所需的時(shí)間和金錢成本。最終獲取了新裝置可以實(shí)現(xiàn)的效率及最適安裝距離。

關(guān)鍵詞：汽車內(nèi)部降溫；太陽(yáng)能電池板；半導(dǎo)體制冷片；安裝距離

引言

隨著人們生活水平的提高，小汽車走進(jìn)了千家萬(wàn)戶。由于汽車數(shù)量的大量增加，車庫(kù)車位短缺的問(wèn)題大大加劇，大部分汽車只能露天停放在路邊[1]。由于沒(méi)有遮蔽物，汽車難免會(huì)受到太陽(yáng)的直射。美國(guó)一項(xiàng)研究表明，當(dāng)環(huán)境氣溫為35℃時(shí)，陽(yáng)光照射15min便能使封閉車廂內(nèi)的溫度達(dá)到65℃。如此高的車內(nèi)溫度不僅會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害，還會(huì)加速車內(nèi)設(shè)施的老化[2]。這些本可造福人類的太陽(yáng)能因未被利用，而對(duì)我們的生活造成巨大的危害[3]。因此，設(shè)計(jì)出能夠攜帶的，便利的汽車遮陽(yáng)裝置非常有實(shí)際意義。現(xiàn)有的汽車遮陽(yáng)裝置只能遮擋部分陽(yáng)光，降溫效果不盡人意，同時(shí)也未將太陽(yáng)能有效利用[4]。柔性非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池板近年來(lái)發(fā)展迅速，其質(zhì)量輕、成本低、延展性好、容易加工的特性也越來(lái)越引起人們的關(guān)注[5]。本文利用柔性非晶硅太陽(yáng)能電池板一方面阻擋太陽(yáng)光，一方面利用其產(chǎn)生的電能，對(duì)半導(dǎo)體制冷片進(jìn)行供電，使其對(duì)車內(nèi)降溫[6]。我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)，得出了電池板距離車最合適的距離，以便在利用太陽(yáng)能時(shí)還能給予人們最舒適的出行體驗(yàn)。

1實(shí)驗(yàn)原理

太陽(yáng)能電池板所形成的車衣可以吸收光能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽瑫r(shí)具有遮光作用，可以有效降低車內(nèi)溫度。同時(shí)所產(chǎn)生的電能可供給半導(dǎo)體制冷片，對(duì)車內(nèi)起降溫作用。根據(jù)研究表明，在其他條件相同時(shí)，光強(qiáng)越強(qiáng)，輸出電壓不變，但輸出電流增大。但溫度升高，輸出電流又減小。所以需要盡量保持太陽(yáng)能電池板溫度不要太高[7]。且光照強(qiáng)度越高，外阻值較小的話，最大輸出功率就會(huì)較大[8]。因此利用柔性非晶硅太陽(yáng)能電池板做成的車衣，在距車身距離合適時(shí)，既能起到遮陽(yáng)作用，產(chǎn)生的電能又能給半導(dǎo)體制冷片供電，從而起到降溫作用。我們所設(shè)計(jì)的車載遮陽(yáng)發(fā)電裝置，所使用的主材料為柔性非晶硅太陽(yáng)能電池板[9]，生產(chǎn)單位為美國(guó)的聯(lián)合太陽(yáng)能公司，其相較于傳統(tǒng)太陽(yáng)能電池板具有重量輕、可折疊和不易破碎的特點(diǎn)。

2結(jié)果與討論

2.1太陽(yáng)能電池板距車身距離的選擇

太陽(yáng)能電池板對(duì)紫外線有一定的遮蔽作用，可以在一定程度上減少車內(nèi)溫度的上升。且隨著陽(yáng)光強(qiáng)度的升高，差異愈加明顯[10]。本實(shí)驗(yàn)采用紙盒代替車殼，測(cè)量電池板到紙盒的距離對(duì)紙盒內(nèi)溫度的影響。采用如圖1所示實(shí)驗(yàn)儀器，用兩個(gè)等大的尺寸為154x84x65（mm），體積約為840立方厘米的紙盒作為研究對(duì)象。做如下實(shí)驗(yàn)：（1）紙盒1做空白對(duì)照，和紙盒2放在相同光照條件下，紙盒2被太陽(yáng)能電池板完全遮蔽，并且電池板離紙盒2的距離為0mm。（2）太陽(yáng)能電池板距離紙盒2的高度分別設(shè)置為0mm、2mm、4mm、6mm、8mm、10mm、12mm、14mm、16mm和18mm，穩(wěn)定后記錄紙盒內(nèi)溫度。第一個(gè)實(shí)驗(yàn)中紙盒1與紙盒2的穩(wěn)定溫度分別是39.4℃和38.6℃。第二個(gè)實(shí)驗(yàn)的溫度變化如圖2所示。由圖2可知，太陽(yáng)能電池板距離紙盒過(guò)低時(shí)，由于電池板的傳熱作用，紙盒內(nèi)溫度較高；距離紙盒過(guò)高時(shí)，遮蔽作用不明顯，盒內(nèi)溫度也較高。當(dāng)太陽(yáng)能電池板距離盒子8-12mm時(shí)，盒內(nèi)溫度最低。實(shí)驗(yàn)?zāi)M圖如圖3所示。

2.2半導(dǎo)體制冷片制冷

只采取柔性太陽(yáng)能電池板遮陽(yáng)降溫，車內(nèi)溫度達(dá)不到預(yù)期目標(biāo)。因此我們選擇半導(dǎo)體制冷片來(lái)加強(qiáng)降溫。半導(dǎo)體制冷片工作時(shí)無(wú)噪聲，并且無(wú)需氟利昂制冷，非常環(huán)保，簡(jiǎn)單易操作[11]。根據(jù)半導(dǎo)體材料的Peltier效應(yīng)，兩種不同半導(dǎo)體材料串聯(lián)成的電偶，當(dāng)直流電通過(guò)時(shí)，電偶的兩端可分別放出熱量和吸收熱量，從而制冷[12]。并且兩個(gè)極板也會(huì)通過(guò)空氣與半導(dǎo)體材料進(jìn)行逆向熱傳遞[13,14]。我們?cè)O(shè)計(jì)了兩套方案。一是分散放置（見圖4），將制冷片均勻分布在車頂、車身四周；二是集中放置（見圖5），將制冷片集中放置在車頂。由于制冷片一面制冷、一面制熱，第一種方案的散熱不好制作，沒(méi)有深入研究。在進(jìn)行集中放置實(shí)驗(yàn)時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)一個(gè)有趣的現(xiàn)象，模型內(nèi)的溫度一開始降的很快，一段時(shí)間后卻又迅速回升。最終我們發(fā)現(xiàn)了問(wèn)題所在：實(shí)驗(yàn)所選用的半導(dǎo)體制冷片，屬于大功率制冷片，該制冷片工作時(shí)一面致冷一面發(fā)熱，在其工作時(shí)必須確保制冷片的熱面有良好散熱。兩面的溫差將影響制冷片的效率[15]。我們效仿電腦CPU散熱提出了銅管散熱和水冷兩種解決方案。由于銅管散熱裝置制作復(fù)雜，使用不方便，最后被放棄。水冷裝置如圖6所示，實(shí)驗(yàn)中，在制冷片熱面緊貼吸水濾紙，一側(cè)滴加冷水，一側(cè)用脫脂棉吸走熱水，來(lái)降低熱面溫度。采取此方案后，模型溫度得到了有效降低。

3結(jié)語(yǔ)

利用柔性非晶硅薄膜太陽(yáng)能電池板所制成的“車衣”，既可以起到一定的遮光降溫作用，也可以吸收光能轉(zhuǎn)化成電能，供電給半導(dǎo)體制冷片，給汽車降溫。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)太陽(yáng)能電池板距離車身8-12mm時(shí)，車內(nèi)溫度最低。半導(dǎo)體制冷片在一定條件下，具有良好的輔助散熱效果。本研究為開發(fā)新型太陽(yáng)能車衣提供了有益參考。

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作者：李童馨 李周正 陳亮 高黎明 郭靈柔 劉勇 單位：北京化工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院