030603未来的太阳能车-陈全世-第1章

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　　陈全世，清华大学汽车工程系教授，中国汽车工程学会常务理事。长期从事特种汽车技术研究。目前承担国家“863”电动汽车专项中“燃料电池城市客车整车技术研究”课题。

　　内容简介

　　随着全社会对汽车排放控制、能源利用问题的日益关注，清洁、环保、节能的新能源汽车已成为世界汽车工业发展的热点。各种燃气汽车、电动汽车、混合动力汽车技术在近几年得到了快速发展。因此太阳能电动汽车被人们称作“未来汽车”。清华大学汽车工程系陈全世教授从三个方面谈到大家目前所关注的太阳能汽车问题。

　　第一个就是风靡全球的太阳能电动车比赛，介绍了“２００２中国太阳能电动车友谊赛暨巡回展”　比赛的一些情况。

　　再一个就是太阳能的利用，太阳不断地向宇宙空间辐射出巨大的能量，其内部的热核反应现在统计，足以维持6×1010年，相对于人类来说它是“取之不尽，用之不竭”的巨大能源。所以我们可以充分利用。最后陈教授谈到了太阳能在汽车上的应用问题，也就是解答了观众目前所关注的太阳能车能不能代替燃油车的问题。它的应用主要是在传统汽车身上做辅助电池用。什么叫辅助动力系统呢？不是作为汽车的驱动力，它不能带动空调里面的压缩机，因为空调里的压缩机好几个千瓦，只可以带动空调里面的电扇。做一些辅助动力用。第二个太阳能可以做充电站，就是在一个房子上搭很多的太阳能板，把那个太阳能收集起来给电动汽车充电。

　　第三个就是利用太阳能制氢，太阳能先发电，电解水的电把那个氢气制出来以后，存在一个大罐子里头，给汽车里的燃料电池加氢，氢和氧气再化合生成水同时放出电，这样供汽车使用。节目最后陈教授提出太阳能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，最有发展前景的绿色环保汽车，所以它的推广还是非常有前景的。

　　全文

　　女士们、先生们，今天我来给大家讨论这个目前比较热点的一个问题，名字叫《太阳能车代替燃油车能实现吗》。我先把这个背景介绍一下，为什么太阳能电动车会在目前引起大家的关注呢？我想里面有三个背景，我先从大的开始，第一个是第二届联合国召开的《世界环境与发展大会》，也号称《地球大会》，已经在南非的约翰内斯堡开幕。第一届十年以前在巴西的里约热内卢开始的，这是第二届，这是一个唤起全球人对环境、　对可持续发展的一个关注，关心地球，这是一个很大的热点，我们中国也不例外。第二个由我国人大常委会通过的《科技普及法》已经正式颁布了，要在全国实施。因此崇尚科学、反对迷信、崇尚真理、摈弃邪教，变成人们生活中的一个大事，也就是说要提高我们民族的科学素质，要建设我们富强的国家。

　　首先在科学方面我们要有很深厚的底子，因此这个事我觉得是个很关键的问题。第三件事就是由中国汽车工程学会和美国EDS公司共同发起和主办的“2002中国太阳能电动车友谊赛暨巡回展”于8月3号到8月12号，在上海、天津、南京和北京四个城市已经举办结束了，取到了很好的效果，我也是这一次中方参赛的一个队伍的清华大学教练兼领队，这个车就是我们做的。下面再介绍一下我今天的提纲；第一个就是风靡全球的太阳能电动车比赛，会介绍一下我们中国这次比赛的一些情况，一些图片。大家说你搞这个干什么？这个太阳能能不能进入家庭，也就是提出太阳能车能不能代替燃油车，这个问题这么提出来的。第二个大问题我讲一下太阳能及其利用，太阳能利用大概讲这么三个小问题，一个是清洁硕大的太阳能，第二个太阳能的热量利用，太阳能可以利用热，可以做饭，可以加热，第三个讲太阳能发电装置。第三个大的问题就是太阳能在汽车上的应用问题，就是正面回答这个太阳能车能不能代替燃油车，一个是在传统汽车身上，太阳能车做辅助电池用。第二个，就是太阳能可以做充电站，我们这个电动车的充电站，不是用网上的电充，而是搭一个房子，那个房子上相当多的太阳能板，把那个太阳能收集起来给电动汽车充电，也就是说它用的能量是从太阳过来的；用太阳能的。第三个就是目前大家可以清楚地叫燃料电池汽车，用太阳能制氢，太阳能怎么制氢呢？太阳能先发电，电解水的电把那个氢气制出来以后，存在一个大罐子里头，给燃料电池加氢，这样可以解决这个问题。

　　我先讲一下全球太阳能车比赛的情况，也就是第一个讲一下这次“2002年中国太阳能电动车友谊赛暨巡回展”的情况。它的发起单位是中国汽车工程学会和美国EDS公司，参赛的代表队一共有三个，从美国邀请了两个；一个是美国密苏里…罗拉大学，就是University　of　Missouri　Rolla这个学校，这个学校是2001年全美大学生比赛的第二名，另外一个是美国普林学院Principia　College，这个是2001年的第七名，另外就是我们清华大学自己做的一个车，这个车曾经参加过日本能登的太阳能比赛。到香港回归的时候，1997年的7月份我们在香港去参加过展览。先来介绍一下，这是他们一个队的，这是美国密苏里大学他们的车和他们整个代表队的情况，后边的帐篷是他们2001年参加全美比赛的时候，每一个学校是有一个帐篷的。也是在一个地方进行比赛，一共四十几个大学参加。这是普林学院这个太阳能队，普林学院是一个教会学校，这个学校比较小，大概一共教职工加起来和学生加起来有七百人，但是他们心很齐，做这个车还做得很好，可贵的他们不是学工程的，是学文的，基本是以文科为主的，但是他们做的车还是做得不错的。这是我们清华大学这个队，这是我们组的核心队员。这个是我们在上海进行比赛的那个开幕式，这是开幕式完以后，我们这几辆车在它那个浦东的科技会展前面进行展示。前面这个是我们清华的车，中间　后面跟的是另外一个车，这是这个车在南京的高速公路上进行走，这是高速公路上一个站，那有南京的标志，它就和别的车一样在马路上走，在南京一共走了六十多公里，比赛了一段，又另外展示了一段，我后面要讲，在最热闹的新街口那地方走了几十公里，大概沿途有十几万人观看这个情况。这是在天津，天津的大街上，绕着河北工业大学校园走了有5。5公里，这是在北京的情况，北京在进行比赛，有三个车都排成一队，发令员一发就开始进行比赛的情况，这是在清华大学主楼前广场进行闭幕式，这是闭幕式的会场，也展了三辆车，闭幕式完以后，这三辆车在清华校园里头进行巡展，那三辆车排着队在那里面开给大家进行看。这是我想讲的第一个问题，就是太阳能车这一次比赛的一些情况。

　　第二个问题太阳能及其利用，太阳能确实大家都知道了，第一个我觉得是清洁硕大的太阳能，　这个是我从一些科普杂志里面得到的一些，也是我们学生编的教材里面的。太阳内不断地向宇宙空间辐射出巨大的能量，其内部的热核反应现在统计，足以维持6×1010年，这时间是很长的，太阳什么时候没有呢，那恐怕是6×1010，这个拿年来统计的，相对于人类来说它可以是“取之不尽，用之不竭”的巨大能源。第二点是太阳表面平均每平方米所发出的热量相当于一个6300千瓦的发电量的能量，每1平方米，太阳是非常之大的直径，它比地球大几百倍，但是每一个平方米发出的热量却相当于6300千瓦的一个发电站，地球离太阳有1。5公里之遥，很远的。从太阳获得的热量，只是太阳总辐射能量的22亿分之一，就是很少的一部分到了地球上面，但是这个能量是非常之大的，太阳的能量中35％被反射回去了，也就是有一种臭氧层保护着地球。如果太阳全部照射在地面上，可能就像我们嫦娥奔月那里面讲的，九个太阳照着地球，根本就没法活了。我国陆地面积内每年接收的太阳能的总量在3。3×103到8。6×106千焦耳每平方米每年，1平方米一年所烧的能量在这个范围，为什么呢？有的地方光照好，有的地方光照差，特别是我们的西部地区，光照比较好，东部地区有些地区光照比较差，到达地球表面的功率大约有每平方米在1千瓦左右，也就是太阳能的密度怎么样，看它挺热的，它1平方米只有一个千瓦，再加上它转化率比较低，我们现在转化率变全成电的话，大概的转化率在15％20％之间，也就是六分之一到五分之一转化为电能，因此你想1平方米才多少，才几百瓦，一个汽车有多大呢，因为它的能量密度是比较低的，

　　第二我们看一看太阳能热的利用，就是从热量上要利用太阳能，怎么利用，热量这个大家遇见得比较多，有太阳能热水器，利用太阳能供热的方法，常见的太阳能热水器，太阳能灶还有太阳能房。太阳能供热最大的关键部件就是集热器，怎么把这个热能收集起来。它的基本原理，就是把密度稀疏的阳光“浓缩”起来产生高温。它的分类第一种就是像一把伞一样叫“聚光型”的集热器，另外就是像平板一样，我们用的大部分都是平板，而且有的平板是像向日葵一样有跟踪的功能，它还可以随着太阳的转向，它转变那个方向，这种是有的。另外像排管一样把它排起来，这种我们家里用的可能都有。最复杂的就是把太阳能变成一个发电的装置。太阳能发电有两种，就是把太阳的辐射能转变化电能，这个在很早以前就做过这方面工作。典型的一个例子就是利用太阳能的热发电，就是把太阳能的热集中起来进行热力发电，把热再转化为电。比较好的就是太阳能光发电，把太阳能直接变成光，制造太阳能电池，直接进行光电的转换，也就是有些材料，当太阳能照在上面去以后，它就把它的光转变为电，就有电子的流动，就有电动势，不过有外界的负荷就有电流产生，因此我们这儿主要介绍一个太阳能发电的两种形式。第一种形式叫做光生伏打电池，一般是在电子型硅单晶小片上，用扩散法渗进一薄层的硼，再加上电极制成这个太阳能板，当受到光照射时两极间产生电动势，另外就是光化学电池，化学电池就是在电解液里加入两个电极，当阳光照射其中一个的时候，两极之间就产生电动势，这种是最早用的太阳能电池，现在基本上不用了，没有多少发展前途，现在我们讲的主要就是利用太阳能制造太阳能电池，用半导体材料进行。

　　平常我们指的所谓太阳能电池就是光生伏打电池，在一平方米面积上铺满了硅太阳能电池的话，可以得到100瓦的电力，人造卫星和宇宙飞船多用这种电池供电，当然现在的转化率可以到20％，甚至可以到25％。你看我们卫星上用的基本上都是太阳能电池，过几年卫星不能用了。为什么呢，就是电池已经失效了，它也有一定的寿命，过一段时间性能要衰退，要脱落，个别的线就断掉了，因为电池制出来以后，一片一片地把它焊起来，把它收集起来电流，如果焊线一断掉以后，那个电池就失去作用了，时间一长那个电池就失效了，这是我们看到的太阳能电池板，有各种各样的，一个是单晶硅的我们以前用得比较多的，另外就是非晶硅的太阳能电池，这都是比较硬的。现在一种新的可以把这个东西涂在这个塑料薄膜上，薄膜可以卷起来。大家看看多晶硅的太阳能电池。还有一个树胶脂封的太阳能电池，这是一种树胶的电池，它足以把一个树胶作为一个载体，把那些硅晶的材料经过扩散的方法，沉积在上面，这个好处就是可以卷起来，不像我们那个是很硬的，不能动，要一动就会有许多问题，这种电池也用得比较多。

　　第三个我就回答一下我们这个问题，就是太阳能在汽车上的应用问题。太阳能在汽车上怎么去用。为什么呢？这个汽车的能源问题是非常严重的。我举一个例子，我们国家2001年石油的产量，大概有2。1亿吨石油，7000万吨是进口的，1。5亿吨是我们生产的，也就是三分之一是进口的，不到三分之二是我们国产的。而且我们国产的油质量比较差，大家说那个为什么汽车的排放里有问题呢？我这里也会讲，我们油的品质不好，含的杂质太多，我去考察了大庆　大港　辽河油田和胜利油田，我们国家产的油基本上都是黑的，沥青占的比例很大；只有新疆油田，我去过新疆的塔克拉玛干大沙漠，那里头边的油是清亮的；类似于比较差的柴油，原油出来就是很好的油，因此我们国家是非常缺油的，大家说车增长得很快，车烧什么，很明显的例子。即使我们的油是有的，但是烧完以后它是一个碳氢化合物，烧完以后就有一个污染的问题。过去我们把二氧化碳不看做是有害气体。现在把它叫温室气体，也就是二氧化碳的大量排放，使地球的温度越来越高。最典型的是我到德国去过，德国大家知道阿尔卑斯山里面是旅游胜地，是滑雪的。2001年的1月份到德国去的时候，德国人到处找不着滑雪的地方。为什么呢？气温一变暖，阿尔卑斯山的积雪不够五十厘米，只有十几厘米，也就是雪把有些地方挡不住，没法滑。这个已经很危险了，德国人、欧洲人已经强烈地感到温室问题的影响，因此探索太阳能在汽车上的应用，已肯定是我们搞汽车的人和每一个有汽车的人，和没有汽车的人，都想像的一个办法。如果太阳能能利用，那我们就还是取之不尽，用之不竭的，它那么多能量。能不能被我们利用呢？这自然会提出这个问题。

　　因此我现在这儿讲三个问题，第一个问题是在传统的汽车上就是太阳能怎么利用它，这个人们已经有许多办法。第二个问题太阳能做充电站，这个已经国外用得比较多了，特别是美国的西部和中西部有一大片的沙漠地区，亚利桑那那个地方有沙漠，沙漠里那个太阳能是非常充分的，它们在利用这个，当然美国不缺油。但是它们也得研究这个，作为能源安全问题，在研究这个问题。第三个问题就是我们现在比较热的燃料电池汽车。国家花了很大的钱，国际上很大的热点，就是认为燃料电池车能够代替现在的燃油车，作为21世纪后的半期主要电汽车的能源。它是烧氢的，那个氢从哪儿来？可以从太阳能制取。因为太阳能无论是干什么，它都不能把它存起来，太阳一下山就没有了，因此怎么把太阳能给存起来，用蓄电池现在价格比较贵。因此把太阳能怎么变成一个别的燃料，把它存起来，这是我们也要想像的办法。

　　我们先来看第一个，传统的车上太阳能的利用，它是作为辅助动力系统用的。什么叫辅助动力系统呢？不是作为汽车的驱动力。一个小轿车，我们最简单的一个夏利车，它大概有35千瓦的动力，你想我们太阳能有多少，夏利的那个动力很差，不过看我们的桑塔纳，那大概有七十个千瓦，最差的我们212吉普车过去也是六十个千瓦。你这太阳能有多大的面积呢？一般都是在五十千瓦左右，而太阳能发的功率比较小，因为1平方米才有一个千瓦，转化率就算是20％　，最高的才200瓦。一个桑塔纳汽车上也就是3到4平米，所有