導(dǎo)語：柔性太陽能電池板與車身一體化設(shè)計一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

【摘要】設(shè)計一種由柔性太陽能電池板和水滴形流線車身組成的節(jié)能車身。太陽能電池系統(tǒng)采用柔光電轉(zhuǎn)化效率高性單晶硅太陽能電池板。車身設(shè)計成水滴形以滿足采光面積與車身風(fēng)阻系數(shù)之間的平衡，通過流體力學(xué)軟件fluent分析車身在模擬件下氣體流速、壓力分布情況。試驗結(jié)果表明，在陽光充足的情況下，節(jié)能車續(xù)航15公里。

【關(guān)鍵詞】柔性太陽能電池；水滴形車身；一體化；流體力學(xué)

1引言

近年來，隨著世界能源消費的迅速增長，能源危機與環(huán)境壓力已經(jīng)成為全球的焦點。在中國政府的推動下，我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)增長迅猛，目前國內(nèi)純電動汽車的現(xiàn)總數(shù)量已突破80萬。且國家把節(jié)約能源和新能源汽車作為重點發(fā)展工作。目前市場上銷售的新能源汽車，純電動汽車還占據(jù)著主導(dǎo)地位，因目前電池容量以及充電樁問題還未完全解決，因此遠距離行駛是阻礙其發(fā)展的主要因素。太陽能是取之不盡的清潔能源，將其用于汽車動力源，通過整車鋪設(shè)的太陽能板以及控制元件將太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?。相比于傳統(tǒng)電動汽車續(xù)航里程短，太陽能汽車將不插電遠距離續(xù)航行駛成為現(xiàn)實。大眾汽車、遼寧太陽能研究應(yīng)用有限以及杭州華鼎太陽能科技有限公司都涉足過太陽能電池汽車。本課題設(shè)計與制造的柔性太陽能電池板與車身一體化的節(jié)能車，主要任務(wù)是對傳統(tǒng)太陽能車進行優(yōu)化設(shè)計，以太陽能電池板與車身一體化為核心，進一步提高太陽能節(jié)能車的續(xù)航性能，為未來太陽能汽車發(fā)展提供方向。

2選型

2.1太陽能電池板的選擇。本項目的流線形車身的太陽能電池采用可彎曲一定程度的單晶硅太陽能電池板。上述所介紹的市場常見的三類太陽能電池，由于單晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)化效率居于榜首，且柔性足夠能滿足與車身一體化的要求，因此本設(shè)計選用此種柔性單晶硅太陽能電池板可在保證一定彎曲性能的前提下實現(xiàn)較高的光電轉(zhuǎn)換效率，從而達到滿足彎曲度的同時實現(xiàn)較高發(fā)電功率的目的。單晶太陽能電池光電效率為15%～24%，多晶硅太陽能電池為12%～15%，非晶硅太陽能電池為10%左右。本節(jié)能車采用的柔性單晶硅太陽能電池板[1]。2.2車身形狀的選擇。在車身外形設(shè)計過程中，從降低車輛運行過程中的氣動阻力出發(fā)，根據(jù)人體工程學(xué)知識，綜合性設(shè)計汽車整體外形，確保車身造型能夠滿足實際的使用需求，并給人們美好體驗和視覺享受[2]。為降低太陽能車身的風(fēng)阻系數(shù)，根據(jù)查詢獲得不同外形的CD值：圓形的為0.47，半圓形的為0.42，三角形的0.50，水滴形的0.04，菱形的0.80[3]等?？梢娝蔚娘L(fēng)阻系數(shù)極低，僅為0.04；將水滴造型應(yīng)用于車身設(shè)計，可實現(xiàn)車身的低風(fēng)阻化。同時，基于水滴形對車身實際造型，使太陽能電池板覆蓋面積最大化，達到太陽能電池板面積與風(fēng)阻系數(shù)之間的平衡。

3理論分析

將太陽能電池板與車身一體化需要對上述選形分析，滿足電池板和車身貼合的目的。柔性太陽能電池板與車身一體化的流線形車身流體動力學(xué)分析使用的是具有網(wǎng)格生成功能和3D物體幾何建模功能的ICEMCFD網(wǎng)格劃分軟件，然后利用非結(jié)構(gòu)化四面體的形式將劃分好的車身網(wǎng)格導(dǎo)入Fluent軟件，對其進行前處理的數(shù)值設(shè)置后進行數(shù)值計算模擬，最后在ANSYSWorkbench中的后處理分析軟件CFD-Post中得到壓力云圖、速度矢量圖。圖1所示，太陽能車身表面的壓強范圍為-719～535Pa，車身前端部位所受到的壓強最高，前端側(cè)面和車頂處壓強最低。由于水滴形車身前臉部位阻礙Y軸流向的空氣流動，導(dǎo)致流線形車身前部的計算部分壓強最大，在車身尾尖處出現(xiàn)流動分離，導(dǎo)致臨近車身尾端部分的計算部分底出現(xiàn)的壓強波動呈逐漸減小趨勢。圖2所示水滴形車身頭端部位將阻擋的空氣分流為上、下兩部分，由伯努利原理可知，車身上端凸起的曲面造型使得車身上部的氣流速度比車身底部的氣流速度快，使水滴流線形車身上下兩端的空氣流不相等，上下面的氣流會在都到達車身尾部的中間部位時會形成渦流。根據(jù)選型和理論計算，通過成型抽空工藝，最后形成如圖3所示的柔性太陽能電池與一體化車身。

4試驗驗證

將上述柔性太陽能電池板與車身一體化樣品與轉(zhuǎn)向系、傳動系、行駛系、制動系組成節(jié)能車，進行整車測試。節(jié)能車在良好光照條件下充電2小時，記錄充電前后蓄電池電壓。隨后斷開充電電路，節(jié)能車在標準測試條件下以25km/h車速持續(xù)行駛，直至蓄電池電壓降至46V，用碼表記錄續(xù)航里程。重復(fù)實驗10組，平均續(xù)航里程15公里。

參考文獻

[1]劉海金.晶體硅太陽電池的應(yīng)用及發(fā)展[J].電子世界,2014(18):435．

[2]王瑞麗.汽車車身造型設(shè)計方法[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè),2016(34):500-501．

[3]李彥龍.低風(fēng)阻分體式電動汽車造型設(shè)計[J].同濟大學(xué)學(xué)報,2017(9):1359-1365．

作者:沈佳斌 梅光輝 伍溟 錢文文 田玉榮 張軼男 姚喜貴 單位:寧波工程學(xué)院