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太陽能汽車或太陽能電動車是完全或主要由直接太陽能提供動力的電動車。通常，太陽能電池板中包含的光伏（PV）電池將太陽能直接轉換為電能。
術語「太陽能車輛」通常意味著太陽能用於為車輛的全部或部分推進提供動力。太陽能還可用於為通訊或控製或其他輔助功能提供電力。
目前，太陽能汽車並未作為實用的日常交通設備出售，而主要是演示車輛和工程演習，通常由政府機構贊助。然而，間接太陽能充電的車輛很普遍，太陽能船也已商業化。
土地
[編輯]太陽能汽車
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太陽能汽車是使用光伏( PV) 電池將陽光轉化為電能為汽車電池充電並為汽車電動馬達提供動力的電動車。
太陽能汽車專為太陽能汽車比賽和公眾使用而設計。太陽能汽車必須輕巧、高效，才能利用有限的捕獲功率獲得最佳行駛里程。 1,400 公斤（3,000 磅）磅甚至 1,000 公斤（2,000 磅）的車輛不太實用，因為有限的太陽能無法讓它們走那麼遠。大多數學生建造的太陽能汽車缺乏傳統車輛的安全性和便利性，因此不合法上路。
第一輛太陽能家用車 Stella 於 2013 年由荷蘭學生製造。[ 1 ]該車輛在陽光下一次充電可行駛 890 公里（550 英里）。它重 390 公斤（850 磅），配有 1.5 kWh 太陽能電池陣列。
Stella Lux是 Stella 的繼承者，打破了單次充電續航里程 1,500 公里（932 英里）的記錄。在比賽期間，Stella Lux 在白天可以行駛 1,100 公里（700 英里）。 Stella Lux 的行駛速度為 72 公里/小時（45 英里/小時），續航里程無限。這也歸功於高效率，包括0.16 的阻力係數。
每天開車行駛里程從不超過 320 公里（200 英里）的普通家庭永遠不需要使用電源充電。只有當他們想要將能量送回電網時，他們才會插入電源。[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]
太陽能賽車通常配備儀表和/或無線遙測技術，以仔細監控汽車的能耗、太陽能捕獲和其他參數。無線遙測通常是首選，因為它可以讓駕駛專注於駕駛，而對於沒有安全功能的汽車來說，這可能會很危險。太陽能電動車系統被設計和製造為易於安裝（2 至 3 小時）的整合附件系統，配有客製化模製薄型太陽能模組、補充電池組和充電控制系統。
一些建造 Stella Lux 的學生成立了一家名為Lightyear 的公司，將這項技術商業化。
美國公司Aptera Motors也已成立，為大眾生產高效率的太陽能電動車。截至 2023 年 1 月，預計將於 2024 年向第一位客戶提供服務。
在德國， Sono Motors公司正在開發一款太陽能電動車Sono Motors Sion，該車原定於 2023 年上市。
請注意，所有電池供電的電動車也可以使用外部太陽能電池陣列供電來充電。這樣的陣列還可以連接到通用配電網。
Squad Solar是一款帶有太陽能屋頂的鄰裡電動車 ，可從普通插座相對快速地充電。[ 7 ]
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太陽能公車
[編輯]太陽能公車由太陽能驅動，全部或部分太陽能是從固定太陽能板裝置收集的。Tindo巴士是一輛 100% 太陽能巴士，根據市議會的倡議，在阿德萊德市提供免費公共交通服務。 [ 8 ]中國已經推出了使用電動公車的公車服務，部分由安裝在公車車頂的太陽能電池板提供動力，旨在減少能源消耗並延長電動公車充電電池的生命週期。 [ 9 ]
太陽能公車與傳統公車不同，傳統公車的照明、暖氣或空調等電氣功能，而非推進本身，都是由太陽能供電的。此類系統更加廣泛，因為它們允許公車公司滿足特定法規，例如美國幾個州現行的 反空轉法，並且可以在不改變傳統引擎的情況下對現有車輛電池進行改裝。
太陽能拖車
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半拖車上的太陽能電池板已經過測試。 53 英尺箱式拖車的頂部和側面有超過 100 平方米或超過 1,000 平方英尺的太陽能表面積。[ 10 ] [ 11 ]
單軌車輛
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第一輛太陽能「汽車」實際上是利用自行車技術製造的三輪車或四輪車。這些在 1985 年瑞士舉行的第一屆太陽能競賽——環太陽自行車賽上被稱為太陽能汽車。一些真正的太陽能自行車被製造出來，要么有一個大的太陽能車頂，一個小的後面板，要么有一個帶有太陽能電池板的拖車。
後來，更實用的太陽能自行車配備了可折疊面板，僅在停車時安裝。甚至後來，這些面板仍留在家裡，為電源供電，自行車則透過電源充電。如今，已經有了高度發展的電動自行車，而且它們使用的電力非常少，以至於購買等量的太陽能電力的成本很低。 「太陽能」已經從實際的硬體演變為間接的記帳系統。相同的系統也適用於電動摩托車，該摩托車也是首次為Tour de Sol開發的。
應用領域
[編輯]2006 年推出的Venturi Astrolab是世界上第一輛商用電動太陽能混合動力車，原定於 2008 年 1月發表。
2007 年 5 月，以 Hymotion 為首的加拿大公司合作夥伴對一輛豐田普銳斯進行了改造，使用太陽能電池在充足的陽光下產生高達 240 瓦的電力。據報道，在陽光明媚的夏日[ 13 ]，僅使用電動馬達時， 可額外行駛 15 公里。
2005年，一位來自美國密西根州的發明家製造了一輛合法、有執照、有保險的太陽能充電電動滑板車。太陽能電池板為電池充電。[ 14 ]
輔助電源
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光伏模組在商業上用作乘用車[ 15 ]上的輔助動力裝置，以使汽車通風，從而降低停放在陽光下的乘客室的溫度。 2010 年Prius、Aptera 2、Audi A8和Mazda 929等車輛都配備了用於通風目的的太陽能天窗。
傳統設計的汽車所需的光電組件面積太大，無法攜帶在車上。一輛名為「太陽能計程車」的原型車和拖車已經製造出來。據該網站稱，使用6 m 2標準晶體矽電池，其續航里程可達100公里/天。使用鎳/鹽電池儲存電力。然而，諸如屋頂太陽能電池板之類的固定係統可用於為傳統電動車充電。
還可以使用太陽能電池板來擴展混合動力或電動車的行駛里程，如Fisker Karma中所採用的那樣，可作為雪佛蘭 Volt的選裝件、 Pontiac Fieros的“Destiny 2000”改裝車的引擎蓋和車頂上的太陽能電池板，Italdesign Quaranta、Free Drive EV Solar Bug以及眾多其他電動車的概念和生產。 2007 年 5 月，以 Hymotion 為首的加拿大公司合作夥伴在豐田普銳斯 (Toyota Prius)上添加了光伏電池，以擴大續航里程。[ 16 ] SEV 聲稱其安裝在車頂的 215 Wh 模組和額外的 3 kWh 電池每天可行駛 32 公里（20 英里）。
2008 年 6 月 9 日，德國和法國總統宣布了一項計劃，為配備「在汽車排放標準測量週期中尚未考慮到的技術」的汽車提供 6-8 克/公里 CO 信用額度2 [ 17 ]這引發了人們的猜測：光電板可能在不久的將來廣泛應用於汽車。[ 18 ]
在技術上也可以使用光伏技術（特別是熱光伏（TPV）技術）為汽車提供動力。燃料用於加熱發射器。產生的紅外線輻射透過低帶隙光伏電池（例如GaSb）轉化為電能。甚至還製造出了 TPV 混合動力汽車原型車。 「Viking 29」[ 19 ]是世界上第一輛熱光伏 (TPV) 動力汽車，由西華盛頓大學車輛研究所 (VRI) 設計和製造。需要提高效率並降低成本，才能使 TPV 與燃料電池或內燃機競爭。
個人快速交通
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一些個人快速交通（PRT）概念採用了光伏電池板。
軌
[編輯]鐵路提供了一種低滾動阻力的選擇，這將有利於計劃的行程和停靠點。[ 20 ]在歐盟 PVTRAIN 專案下，光伏電池板作為 APU 在義大利機車車輛上進行了測試。直接饋送到直流電網可避免直流電到交流轉換造成的損失。[ 21 ]直流電網僅適用於電力運輸：鐵路、有軌電車和無軌電車。據估計，將光伏電池板直流電轉換為電網交流電 (AC) 會導致約 3% 的電力浪費。[ 22 ]
PVTrain 得出的結論是，軌道交通中的光伏最受關注的是貨車，其中車載電力將允許新功能：
- GPS或其他定位設備，從而提高其在車隊管理中的使用和效率。
- 拉門汽車配備電鎖、視訊監控和遠端控制系統，降低貴重物品被搶的風險。
- ABS 煞車可將貨車的最高速度提高到 160 公里/小時，從而提高生產率。
布達佩斯附近的基斯馬羅斯 - Királyrét 窄軌鐵路建造了一輛名為「Vili」的太陽能軌道車。 「Vili」的最高速度為 25 公里/小時，由兩台具有再生煞車功能的 7 kW 馬達驅動，並由 9.9 平方米的光伏電池板供電。電力儲存在車載電池中。[ 23 ]除了車載太陽能板之外，還可以使用固定（車外）太陽能板來發電，專門用於運輸。[ 24 ]
在「Heliotram」計畫框架內也建立了一些試點項目，例如漢諾威 Leinhausen [ 25 ]和日內瓦 (Bachet de Pesay) 的電車車站。[ 26 ] 150 kW p日內瓦站點將 600 V DC 直接注入有軌電車/無軌電車電網，提供了日內瓦交通網絡 1999 年開通時所用電量的約 1% 。列車在澳洲新南威爾斯州推出。[ 27 ]列車使用車載太陽能板和車載充電電池供電。它可容納 100 名乘客，行程 3 公里。
最近，倫敦帝國學院和環境慈善機構10:10宣布了可再生牽引電力項目，研究使用軌旁太陽能電池板為火車提供動力。[ 28 ]同時，印度鐵路公司宣布打算使用車載光電來運行鐵路客車的空調系統。[ 29 ]此外， 印度鐵路公司宣布將於2016年5 月下旬進行試運行。
水
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太陽能船主要局限於河流和運河，但在 2007 年，實驗性的 14 m 雙體船 Sun21 航行於大西洋，從塞維利亞到邁阿密，再從那裡到紐約。[ 31 ]這是第一次僅由太陽能驅動的橫渡大西洋。[ 32 ]
日本最大的航運公司Nippon Yusen KK和Nippon Oil Corporation表示，能夠發電40千瓦的太陽能板將安裝在豐田汽車公司使用的60,213噸汽車運輸船上。[ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]
2010 年，Tûranor PlanetSolar揭幕，這是一艘長 30 公尺、寬 15.2 公尺的雙體遊艇，由 470 平方公尺的太陽能板提供動力。這是迄今為止建造的最大的太陽能船。[ 36 ] 2012年，PlanetSolar成為第一輛環繞地球飛行的太陽能電動車。 [ 37 ]
已經製作了各種示範系統。奇怪的是，目前還沒有一家公司利用水冷帶來的巨大功率增益。
目前太陽能板的功率密度較低，限制了太陽能推進船舶的使用；然而，使用帆的船隻（與內燃機不同，它不會發電）依靠電池為電器（例如冷卻、照明和通訊）供電。在這裡，太陽能電池板已成為為電池充電的流行方式，因為它們不會產生噪音，不需要燃料，通常可以無縫添加到現有的甲板空間。[ 38 ]
空氣
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太陽能飛艇可以指太陽能飛艇或混合動力飛艇。[ 39 ]
軍事領域對無人機（UAV）有相當大的興趣；太陽能將使它們能夠在高空停留數月，成為完成當今由衛星完成的某些任務的更便宜的方式。 2007年9月，我國首次成功實現無人機恆功率48小時飛行。[ 40 ] 這可能是飛行中光伏發電的首次商業用途。
已經建造了許多示範太陽能飛機，其中一些最著名的是AeroVironment。[ 41 ]
載人太陽能飛機
[編輯]- 薄紗企鵝
- Solar Challenger – 這架飛機利用太陽能從法國巴黎飛往英國，距離 262 公里（163 英里）。
- 聖汐二人組
- 陽光動力號– 兩架單座飛機，其中第二架環繞地球飛行。第一架飛機於 2010 年 7 月 8 日至 9 日在瑞士完成了 26 小時的試飛。它使用電池供電過夜飛行。[ 42 ]第二架飛機稍大、威力更大，於2015年從阿布達比起飛，飛往印度，然後向東穿越亞洲。然而，在經歷電池過熱後，它被迫在夏威夷停了下來整個冬天。 2016年4月，它恢復旅程，[ 43 ]並完成環球航行，並於2016年7月26日返回阿布扎比。
- SolarStratos – 瑞士平流層 2 座太陽能飛機旨在爬升到平流層。
- Solair – Solair I 和 Solair II 是兩架德國設計的電動飛機。
混合飛艇
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加拿大一家新創公司Solar Ship, Inc.正在開發可僅依靠太陽能運作的太陽能混合動力飛艇。我們的想法是創建一個可行的平台，可以在世界任何地方向非洲和加拿大北部地區運送冷醫療用品和其他必需品，而無需任何燃料或基礎設施。希望太陽能電池技術的發展和混合動力飛艇提供的大表面積足以製造一架實用的太陽能飛機。太陽能飛船的一些關鍵特徵是，它可以在沒有任何升力氣體的情況下僅靠空氣動力升力飛行，[驗證失敗]並且太陽能電池以及大體積的外殼允許混合飛艇重新配置成可以充電的移動庇護所電池和其他設備。[ 44 ]
Hunt GravityPlane（不要與地面重力飛機混淆）是美國 Hunt Aviation 提議的重力動力滑翔機。[ 45 ] 它還具有翼型機翼，提高了其升阻比並使其更有效率。 GravityPlane需要很大的尺寸，以獲得足夠大的體積重量比來支撐這種機翼結構，目前還沒有建造任何例子。[ 46 ]與動力滑翔機不同，重力飛機在飛行的爬升階段不消耗動力。然而，當浮力在正值和負值之間變化時，它確實會消耗能量。亨特聲稱，這仍然可以提高飛行器的能源效率，類似於水下滑翔機相對於傳統推進方法所提高的能源效率。[ 46 ]亨特認為，低功耗應該可以讓飛船獲得足夠的能量以無限期地保持在高空。滿足這項要求的傳統方法是在太陽能飛機中使用太陽能電池板。亨特提出了兩種替代方法。一種是利用風力渦輪機從滑翔運動產生的氣流中獲取能量，另一種是利用熱循環從不同高度的氣溫差異中提取能量。[ 46 ]
無人機
[編輯]- Pathfinder 和 Pathfinder-Plus – 這款無人機證明飛機可以在純太陽能驅動下長時間在高空停留。
- Helios – 這款太陽能電池和燃料電池驅動的無人機源自 Pathfinder-Plus，創下了 29,524 m（96,864 英尺）飛行高度的世界紀錄。
- Qinetiq Zephyr [ 47 ] – 由Qinetiq 製造，這款無人機於2008 年7 月31 日創造了最長持續時間無人飛行超過82 小時的非官方世界紀錄。 2010 年7 月23 日，ZephyrQinetiQ英國國防公司無人機打破了無人機的續航力紀錄。它在亞利桑那州的天空中飛行了兩週多（336 小時）。它也飆升至( 21,562 m ( 70,741 ft)) 。
- 中國設計和製造的無人機在西北地區試飛時成功達到20,000公尺（66,000英尺）的高度。它被命名為“彩虹”（CH），英文為“Rainbow”，由中國航太科技集團公司的研究團隊開發。[需要引用]
未來的項目
[編輯]- BAE Systems PHASA-35 [ 50 ]由BAE Systems和航空航天技術公司 Prismatic開發，將於 2019 年進行試飛。
- 谷歌收購的泰坦宇航公司旨在開發太陽能無人機，但該項目似乎已被放棄[ 51 ]
- Sky-Sailor（瞄準火星飛行）
- 各種太陽能飛艇項目，例如洛克希德·馬丁公司的“高空飛艇”
空間
[編輯]太陽能太空船
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太陽能經常被用來為太陽系內部運作的衛星和太空船供電，因為它可以長時間提供能量而無需多餘的燃料品質。通訊衛星包含多個在其生命週期內持續運作的無線電發射器。使用原電池或燃料電池來操作這樣的飛行器（可能在軌道上運行數年）是不經濟的，並且在軌道上加油也是不切實際的。然而，太陽能通常不用於調整衛星的位置，並且通訊衛星的使用壽命將受到星載站保持燃料供應的限制。
太陽能推進的太空船
[編輯]一些在火星軌道上運行的太空船已使用太陽能作為其推進系統的能源。
目前所有太陽能太空船都使用太陽能電池板與電力推進（通常是離子驅動）相結合，因為這提供了非常高的排氣速度，並且比火箭的推進劑減少了十倍以上。由於推進劑通常是許多太空船上最大的質量，這降低了發射成本。
關於太陽能太空船的其他建議包括推進劑的太陽能熱加熱，通常提出氫或有時水。電動繫繩可用於改變衛星的方向或調整其軌道。
太空中太陽能推進的另一個概念是光帆。這不需要將光能轉換為電能，而是直接依賴光的 微小但持久的輻射壓力。
行星探索
[編輯]也許最成功的太陽能驅動車輛是用於探索月球和火星表面的「漫遊者」。 1977 年的月球車計畫和 1997 年的火星探路者號使用太陽能來推動遙控車輛。這些漫遊車的使用壽命遠遠超過了使用傳統燃料時所施加的耐久性極限。兩輛火星探測車也使用太陽能。
有太陽能輔助的電動車
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瑞士的一項名為「Solartaxi」的計畫環繞地球飛行。這是歷史上第一次電動車（非自給自足的太陽能車）環遊世界，18個月內行駛了5萬公里，穿越了40個國家。這是一輛適合上路的電動車，拖著一輛裝有太陽能板的拖車，載有6 m 2大小的太陽能電池陣列。 Solartaxi 配備Zebra 電池，無需充電即可行駛 400 公里。該車在沒有拖車的情況下也可以行駛200公里。其最高時速為 90 公里/小時。汽車重500公斤，拖車重200公斤。根據發起人兼巡迴總監Louis Palmer介紹，量產車的售價為16,000歐元。
Solartaxi從2007年7月到2008年12月進行了世界巡演，以表明阻止全球暖化的解決方案是可行的，並鼓勵人們尋求化石燃料的替代品。[ 52 ]帕爾默建議電動車太陽能板最經濟的位置是建築物屋頂，[ 53 ]將其比作在一個地方將錢存入銀行並在另一個地方提取。[ 54 ]
太陽能電動車[ 55 ]正在混合動力電動車的車頂添加凸形太陽能電池。[ 56 ]
插電式混合動力和太陽能車
[編輯]電動車的一個有趣的變體是三重混合動力汽車 -插電式混合動力汽車，也有太陽能電池板來提供幫助。
2010 年豐田普銳斯車型可選擇在車頂安裝太陽能板。它們在停車時為通風系統提供動力，以幫助提供冷卻。[ 57 ]光伏發電在運輸領域有許多應用，無論是作為動力還是作為輔助動力裝置，特別是在燃料、維護、排放或噪音要求排除內燃機或燃料電池的情況下。由於每輛車的可用面積有限，當用於動力時，速度或範圍或兩者都受到限制。
限制
[編輯] | 本文的「批評」或「爭議」部分 可能會損害文章的中立性。請 （2016 年 5 月） |
在車輛上使用光伏 (PV) 電池有一些限制：
- 功率密度：太陽能電池陣列的功率受到車輛尺寸和可暴露在陽光下的面積的限制。這也可以透過添加平板並將其連接到汽車來解決，這樣可以為汽車提供更多的面板空間。雖然能量可以在電池中積累，以降低陣列的峰值需求並在無陽光條件下運行，但電池會增加車輛的重量和成本。可以透過插入電網並為電池充電來緩解功率限制。
- 成本：雖然陽光是免費的，但捕捉陽光的光伏電池卻不是免費的。然而，太陽能電池的成本在 4 年來下降了 99% [ 58 ]，其成本預計將繼續下降。[ 59 ]
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