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太阳能飞机起飞了,太阳能电动车还远吗?远!

老张 老张

我想,可能每个看到阳光动力2号起飞的人,都会兴奋不已,它寄托了人类太多梦想。就像BBC环境分析者Roger Harrabin所说的:“把太阳能当做机械的动力来源真让人捏把冷汗。但是你、我、大家都期待这能够成功,也相信它能够成功------他带给我们的绝非娱乐的噱头。

阳光动力2号使用的是美国企业SunPower提供的航空太阳能板。太阳能板的厚度为135微米,与一根头发的粗细差不多,还可以轻微的弯曲。这种电池板的转化效率达到了22.7%。17248块太阳能电池,面积达到280平方米,能提供65千瓦的峰值功率。这样的动力系统,相对于阳光动能1号,有较大的升级。从外形上看,飞机翼展72米,比波音747长了4米,这么一个庞然大物,重量仅仅2.3吨,相当于一辆大型SUV的重量。而波音747-8型飞机,足有300吨重,相比阳光动力2号真是薄如蝉翼。这架飞机的使命是不用一滴油,依靠地面充电和太阳能面板充电,分数站完成环球飞行。

太阳能飞机

太阳能飞机阳光动力2号

太阳能飞机都已经来了,难道太阳能汽车还会遥远吗?

我想先简单介绍一下太阳能电池技术。太阳能发电技术分为光伏技术和光电技术两类,市场上主流的技术是光伏技术,保守而言,转化效率一般在10%以上。比如英利集团的单晶太阳能电池产品,转化效率在17.2%左右。汉能集团的MiaSole MS系列效率14~16%之间,SOLIBRO系列转化效率在10~13%之间。转化效率不同,多来自使用材料的区别。市场上也有转化效率超过20%的产品。比如GaAs(砷化镓)材料的太阳能电池,单结理论转化效率可以到达27%,多结转化理论效率可以超过60%。汉能也通过并购获得了标称转化效率突破30.8%的GaAs光伏电池技术。但是值得注意的是,与动力电池相同,能量指标绝对不是描述产品的唯一参数。虽然太阳能的转化效率、动力电池的能量密度如同数码相机的像素一样吸引眼球,但是同样重要的诸如产品的成本、安全性、稳定性、寿命、产品一致性……等诸多因素,才是最终构成产品的属性。

享受阳光,沐浴春风,在风光中获得无尽的绿色能源,是多少代人的梦想。近几年,随着光伏产业的发展,太阳能电站、风力发电站陆续落成并开始运行。虽然在运行过程中,还有很多问题需要解决,但是起码实现了人们绿色能源的梦想。

到此,不禁要问一句,我们能从太阳中获取的能量到底有多少呢?

从功率总量上看,太阳向宇宙空间上辐射功率有3.8x1023KW,能到达地球大气层的,大概是20亿分之一,再经过大气层的反射,吸收后,真正到达地球表面的辐射功率大概有80万亿千瓦,这依然是一个庞大的数字,相当于每秒钟燃烧五百万吨标煤所释放的热量。

从能量总量上看,太阳能依然是个庞大的数字。就中国而言,每年太阳能辐射的年可获得量可以达到51.3x1016MJ,折合约1.39x1016KWh,相当于2.4x1012吨标煤的能量。

所以太阳能无愧于一种取之不竭的绿色能源,那么太阳能与新能源汽车的联姻能碰撞出什么火花呢?[page]

我觉得单纯利用太阳能的新能源的常规汽车,是很难实现的。其根本原因是太阳能电池板的转换效率和太阳能本身能量密度所限制的。比如北京,太阳能的年辐射能量(水平)大约在1500kWh/㎡左右,如果一年按照360天计算,那么折合到每天的辐射能量4.17kWh/㎡,如果太阳能电池的转化效率达到25%,平均每天在一平方米获得的能量仅仅只有1度电左右。如果光伏板安装时倾角合适,可能额外获得20~30%左右的能量。

结合以上数据,看看刚刚在南京下线的国内首款太阳能大巴。这辆由金龙生产的大巴,车顶长11米,铺设了15平米的光伏板,理想情况下,这些光伏板每天可能能让汽车获得20度左右的额外电力,达到增程的效果。官方公布数据当中,也明确说明了以当前南京市的日照条件,可以增程30公里左右,成本上增加了10万元。

南京金龙太阳能电动客车

南京金龙太阳能客车

第一,长久以来,制约太阳能发电设备民用的一个重要问题就是屋顶的问题。国内的城市以高楼大厦为主,纵观北上广深,摩天大厦比比皆是。越是经济发达地区,楼层越高。在城市居住,且拥有屋顶的人少之又少。这可能是太阳能产业推进过程中的一个尴尬。光伏虽好,装在哪?所以现在大量的工程,都是集中式的光伏电站;商厦、写字楼的屋顶等等。汽车也有同样的尴尬。从车型上看,大巴车四四方方的外形,是最适合安装光伏设备的车型。但是使用太阳能电池之后,也仅仅让汽车增程13%左右。而且我猜想测试场地应该也选择了相对开阔的地方。对于轿车来说,可植入太阳能面积是非常非常有限的。比如普锐斯,用了太阳能天窗,但是导致天窗不透明,只能提供峰值56w的功率,对于汽车来说,是杯水车薪。当然,这款太阳能天窗,引入了温度调节的概念,这与建筑行业引入的光伏遮阳的概念如初一折。

普锐斯的太阳能天窗

普锐斯的太阳能天窗

第二,太阳能电池的输出并不稳定。比如阳光、安装角度、阴天、楼宇的遮挡、雾霾、温度、甚至一片云飘过,都会影响太阳能的发电输出。而且,太阳能电池也并不是免维护的,电池板上的尘土、污物都会影响太阳能电池的效率。在以前我所做的太阳能电池测试当中,发现最影响电池输出的竟然是鸟屎。一块鸟屎,遮挡了太阳能电池上的一小块,结果这一小块不但失效,同时变成电阻一样的存在,消耗了额外的电能。

太阳能本身的低能量密度,太阳能电池产品的转化效率,加之其不稳定的输出,让我相信,在相当一段时间内,除极少数特殊用途特殊设计的产品外,常规的民用纯太阳能汽车是不现实的。但是如果设计的结构巧妙,太阳能作为一种能量补充形式应该是可行的,虽然这么做在成本上未必有优势,但是确实可以给予用户一些新的体验。

那么太阳能飞机来了,给太阳能汽车带来什么有价值的东西了吗?

如果说飞机本身,有不少人吐槽。说除了并不舒适的驾驶环境外,认为他并不是飞机和太阳能的一次完美的结合。认为翼展超过747,重量却只有2.3吨,体型过于虚胖,无法商业运行。顺风时的最大时速仅为140km/h,尚不及汽车,可谓“飞机中的拖拉机”……而这一切,却足足花费了1.5亿瑞士法郎,约折合10亿人民币。

“你给我投10个亿,我做你的试验场!”这句话是对这架飞机价值的最好的诠释。即使有ABB等多家世界级顶尖企业合作,有超雄厚的研发资金,阳光动力系列太阳能飞机也还是经历了相当长的研发过程。深刻证明了很多技术,并不是通过集成可以轻松达到的。互联网思维可以解决模式的创新,却解决不了真正的技术壁垒。虽然企业发展未必靠技术,但是技术的发展则必须一步一个脚印的前进。在技术上的一切投机取巧,最终导致的后果都要自己承担。A123的陨落,证明了“资金+技术”的模式并不能保证成功,在复杂的技术面前,除了资金和技术,还需要时间和运气。汽车行业百年的积淀,并不能像PC或手机那样通过简单地集成来完成,也不是挖了大众公司的个把总监就能迅速解决的。

环境污染的压力,加速了新能源汽车的发展。但是应该承认,新能源汽车只是一个起步阶段。尤其是动力电池技术,新技术层出不穷,但是实际的产品却是发展的非常缓慢。需要相当长的一段时间去继续开发,这个时间可能是10年、20年、 50年甚至更长。太阳能汽车是非常好的概念,太阳能、动力电池乃至超级电容器的结合,可能是一个非常有话题感的技术发展方向。如果说太阳能电池本身的转化率仍有提高和想象的空间,而太阳的辐射能量密度则无疑是这个技术的天花板。在某些车型上,太阳能的引入,可以起到锦上添花的作用。增加科技感,对减排也会有些许贡献。由于道路条件的限制,太阳能汽车相比太阳能飞机有更多的局限性,所以安装了太阳能面板的新能源汽车或燃油汽车可以有,真正以太阳能作为汽车的动力的纯太阳能汽车,仍然是一个美丽的梦想。

来源:第一电动网

作者:老张

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老张 大牛作者

电池行业从业人员。长期从事电池技术的开发工作。对电池界的新技术,新思路,很感兴趣。希望能和大家多多交流。


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