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∙ 传统的石油资源日益枯竭，人们对石油资源的依赖性和石油储量的不断锐减形成了鲜明的反差。汽车产业的蓬勃发展也给社会环境带来了一定的压力。因此电动汽车应运而生，并在近几年迅速得到发展。纯电动、混合动力以及燃料电池汽车等相关技术已相对成熟。相比之下，太阳能汽车还很年轻。所谓太阳能汽车就是利用太阳能电池将太阳能转换为电能，并利用该电能驱动车辆行驶。太阳能汽车清洁、环保，可以说是真正“零排放”的交通工具。近年来，光伏产业发展迅速，国内外对太阳能汽车的研究方兴未艾，这都为太阳能汽车的实用化奠定了基础。
1、光伏技术的发展现状
太阳是一个巨大的能源，它以光辐射的形式向太空发射能量。太阳辐射到地球大气层的能量约3.75×1026W，每秒的辐射量相当于500万t煤。即使把地球表面0.1%的太阳能转为电能，转化率为5%，那么每年发电量也可达5.6×1012kW.h，相当于目前全世界能耗的40倍。可见，太阳能是一个极其巨大的、不可取代的能源。
1.1、太阳能电池技术
将太阳能转换为电能是大规模利用太阳能的重要手段。而太阳能电池则是实现这一过程的主要部件。1954年，美国贝尔实验室研制出世界上第一块太阳能电池，揭开了太阳能电力开发利用的序幕。在70年代以前，由于太阳能电池效率低下、造价昂贵，一般只应用于空间技术。70年代以后，人们在世界范围内对太阳能电池的材料、结构和工艺等进行了深入研究，在提高效率和降低成本方面取得了较大进展，其应用规模逐渐扩大。但与常规发电相比，成本仍然偏高。从90年代开始，太阳能电池技术不断走向成熟，并逐渐向商用化、民用化领域渗透。
根据材料不同，太阳能电池可分为：硅太阳能电池；以无机盐如砷化镓、硫化镉、铜铟硒等多元化合物为材料的太阳能电池；功能高分子材料制备的大阳能电池；纳米晶太阳能电池等。其中，硅太阳能电池以其在宽度、转换效率、环境友好性、稳定性等方面性能优越，成为最理想的太阳能电池材料。硅系列太阳能电池按晶体结构的不同可分为单晶硅和多晶硅太阳能电池。其中单晶硅电池转换效率最高，技术也最为成熟，在光伏产品家族中占主导地位。
转换效率是太阳能电池一个非常重要的指标，它表示太阳能电池将光辐射转化为电能的效率和能力。对于晶体硅电池而言，世界最高水平为：单晶硅电池24%(4cm2)，多晶硅电池18.6%(4cm2)。我国太阳电池转换效率的最高水平为：单晶硅电池20.4%(2cm2)，多晶硅电池14.5%(2cm2)、12%(10cm2)。
从80年代开始，尤其是进入太阳能汽车21世纪以后，全球的光伏产量出现了爆发性增长。在2004年，太阳能组件的年产量突破了1200MW。另外，太阳能电池的发电成本也不断下降，现阶段的单位功率发电成本已降至3—4美元，与传统能源的差距正在不断缩小，如图1所示。
由此可见，太阳能电池转换效率的不断提高及其成本的不断下降为未来发展提供了可能，同时也为太阳能汽车的实用化奠定了基础。
1.2、光伏电控技术
常规光伏系统的主要组成部分见图2。
太阳能电池阵列是整个系统中的能量转换部件。它根据光强和温度等条件，以一定的输出特性对外输出功率。DC—DC控制器是控制系统中的核心部件，其最大功率点跟踪控制(MPPT)，实现快速、准确跟踪最优工作点，可以使系统最大程度地利用太阳能，而且还能根据事先设定的控制策略实现对能源的管理。MPPT弥补太阳能电池本身性能和使用条件的不足。蓄电池的充放电控制器则能按照一定模式对蓄电池进行充放电管理，以提高其工作性能，延长工作寿命。负载则是光伏系统的用电终端。
太阳能电池最大功率跟踪控制的方法有很多。从比较简单的控制方法如：功率比较法、扰动观察法等发展到具有智能化的控制方法，如：模糊控制、神经网络控制等。在实现过程中，调节依据的变量会有不同：有依据电压的，也有依据功率的。
2、太阳能汽车的发展现状
2.1、国外太阳能汽车的发展
从20世纪70年代后半期到80年代前半期，太阳能汽车在实验室诞生。1984年，世界首届电动汽车与太阳能车比赛在瑞士举行，成为了太阳能汽车赛事的始创者。世界太阳能汽车挑战
赛是至今为止影响较大的太阳能汽车赛事之一。其规则最严格、距离最长。它始于1987年，每隔3年举办一次，赛段从达尔文(澳大利亚北部城市)到阿德莱德(澳大利亚南部城市)，全程3028km。在90年代初期，诸如“太阳能旅行”等赛事也逐步在美国蓬勃发展。日本的太阳能车赛事起步较晚，但后来居上，层出不穷，如：1989年的“朝日太阳能车拉力赛”，1991年的“北海道太阳能车赛”，1992年的“铃鹿太阳能车赛”和“能登太阳能车拉力赛”等，都在世界范围内产生了一定的影响。
针对各类太阳能车赛都有一定的规范和标准，对参赛车的定义、装备、电器、安全性等都有严格的规定，如：太阳能电池的类型、覆盖面积、蓄电池容量、辅助能源、车身尺寸、驱动器、驱动型式、制动性能、赛事时段等。
众多汽车公司、科研院所及相关大学是参赛队伍的主要组成部分。赛事一般使用公路作为比赛线路。比赛用太阳能电池几乎全是晶体硅，并以单晶硅太阳能电池为主。学生参赛队使用的太阳能电池的转换效率一般在14%-18%，企业参赛队则在19%—23%。技术和资金充裕的队伍几乎全部使用了MPPT装置。这些太阳能赛事为太阳能汽车的发展提供了良好契机，同时也为各种新技术的开发和应用提供了一个良好的载体。
2.2、我国太阳能汽车发展
我国的太阳能汽车事业起步较晚，多数太阳能汽车的研制工作主要由各院校和科研院所进行。在我国国家知识产权局与太阳能相关的专利中，有很大一部分是与太阳能并网发电和太阳能热水器相关，直接与太阳能汽车相关的专利不多。总体来说，有以下特点：
(1)太阳能在汽车上应用一般只涉及汽车的辅助电源系统。太阳能电池所提供的能量只能用于车辆的电器、仪表等，或是对车载蓄电池进行充电。现今有部分量产车在其天窗顶部添加了太阳能电池，经控制器、逆变器驱动车载空调工作。
(2)所有以太阳能作为驱动能源的专利产品中，太阳能所占的能源比例份额太少。国内有把太阳能用于电动自行车，也有用于微型车的例子，但太阳能所能提供的能量只占到所需驱动能量的30%以下。
1996年，清华大学参照日本能登竞赛规范，研制了“追日”号太阳能汽车。该车使用转换效率为14%的矩形单晶硅电池阵列，在光照条件良好的状况下(地面日照强度为1000W／m2)，向直流永磁无刷电机提供800W的动力。结构上采用前二后一的三轮式布置，后轮驱动。最高车速达80km／h。“追日”号是我国第一代参加国际大赛的太阳能赛车。
2001年，上海交通大学设计制造了“思源”号太阳能电动车。该车长、宽、高分别为2100mm、860mm、800mm，满载质量400kg。其结构、动力系统与“追日”号相仿。但由于使用的是串联电阻的调速方式，其能量利用率低，车速仅20～36km／h，续航能力也有限。在2005年举办的第九届全国大学生“挑战杯”赛上，上海交通大学的又一太阳能车参加了比赛。这些尝试都预示着太阳能汽车正逐渐走向成熟。
3、太阳能汽车的实用化对策
太阳能汽车受阳光强弱、太阳高度角、气候等因素的影响较大。不可否认其实际应用存在一定局限性。因此，为其寻一个理想应用领域就成为其实用化的关键所在。
3.1、观光游览领域
现阶段太阳能汽车的实用化必须满足以下几方面的条件：首先是工作场所必须光照充足，为驱动汽车提供足够的能量来源；其次是其本身对速度或载重的要求不高，并能通过轻量化的车身结构进一步减轻整车对功率的需求。当然，在光照条件欠佳的情况下，车辆应仍能通过与电动模式，甚至人力模式的结合进行驱动。
观光游览车基本符合现阶段太阳能汽车实用化的几点要求，是其实用化的理想切入点。本项目的方案是基于现有的人力休闲观光车，在其顶部布置太阳能电池板，在其驱动轮处加装轮毂电机，配备蓄电池、控制器、仪表板，并能在大功率需求的工况下，实现太阳能电池—蓄电池—人力混合的驱动模式。其基本参数见表1。
2m2的车顶表面搭载单位面积峰值功率130W的单晶硅光伏电池阵列后，能提供最大260W的功率。轻量化的车身结构使整车在满载情况下总重仅300kg左右。在光照条件良好的情况下，若车辆分别以正常车速、最高车速以及最大爬坡度工况行驶，其所需的功率分别为86W
、141W和393W。如图3所示，若整个系统的输出效率取60%，则在正常车速和最高车速工况下，系统完全有能力实现纯太阳能驱动。而另一部分富足的能量可通过充电方式存储于蓄电池中。对于最大爬坡度工况，太阳能电池所能提供的功率不足，而空缺的功率将由蓄电池或保留的人力传动机构来填补。
另外，通过采用具有制动能量回收功能的轮毂电机，将一部分汽车动能在制动时转化为电能储存于蓄电池中，可进一步缓解太阳能汽车能源。对车身而言，适当采用镁合金等新材料和新工艺，不仅能展现太阳能科技的前瞻性，更能在保证结构强度的基础上进一步降低车身重量。
按照现在光伏电池产业30元／W的价格估算，本车所采用的太阳能电池板成本约为7800元，占到总成本的大半。加上控制器(500元)、蓄电池(500元)、轮毂电机(600元)、车架(3000元)等，整车成本将不超过1.5万。相比普通的人力观光车，其增加的投入不多，却能带来绿的动力体验；而相比平均价格3万左右的纯电动观光游览车，其前瞻的理念、低廉的价格、轻巧的结构也具备一定的竞争优势。预计在2010年和2020年，光伏电池成本将分别下降至2美元/W和1美元/W。届时太阳能电动车将开始在成本上占有优势。
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