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HeFei Creatology Seminar(HFCS)
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基于太阳能和无线能量传输的节能环保交通系统的构想

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基于太阳能和无线能量传输的节能环保交通系统的构想

创意人:赵李頔涵  学校:合肥四十二中  指导教师:李卫平  奖项:特等奖

创意简介:在不久的将来,人类在能源枯竭的危机的面前不得不寻找新的替代能源,太阳能可能是首选的可持续利用的重要清洁能源之一。下面是基于太阳能和无线能量传输技术的城市交通能源自给系统的一些思考。

一、太阳能交通系统的主要构成

a、光伏电池板

由光伏电池板采集阳光并转化为电能,太阳能技术已经比较成熟,太阳能电站已经不难见到;该系统的太阳能电池板可以伴随新修路面同时敷设,也可在旧路面改造时敷设在路面附近,而在人口聚集区可与路面附近建筑的外墙材料相结合,实现城市交通电力自给。

b、无线输电基座

无线充电系统主要采用电磁感应原理,通过线圈进行能量耦合实现能量的传递,采用这项技术研制的充电系统所需要的充电时间只有当前的一百五十分之一。该技术已经开始在有些手机产品(如iPhone手机和黑莓手机)中得到了运用。无线输电基座与光伏电池板连接将电能转化为磁能。系统必须有两个部分:发射器,与电源连接,负责将电流转化为磁能;接收器,一般安装在用电产品上,通过内置芯片接收器将磁能转化为电流为用电设备供电。

c.无线输电机动车

普通电动汽车保留电机和传动系统,对输电系统进行改造。一是加装无线输电接收端,接收基座输送的磁能并转化为电能;二是加装适配器,用于调制电流和电压使之与汽车电机匹配。

二、太阳能交通系统的优点

a、弥补常规太阳能汽车受光面不足的缺点。当前太阳能驱动的机动车都是通过尽量扩大自身的受光面来接收尽可能多的阳光以获得尽可能多的能量。但是,增加受光面积及相应光伏电池板的同时也增加车自身重量,这部分重量造成的能耗将抵消能量的增加部分,在达到一个极限后往往得不偿失。而且,增加受光面也使汽车的结构更加复杂,从而带来诸多问题。这些相互矛盾的问题是难以解决的。然而,该太阳能交通系统将电池板敷设在路面或附近开阔场地,可以不受车身限制尽可能多地获取太阳能,同时也让机动车减轻负载降低能耗,从而很好地解决上述矛盾。

b. 改变储电方式,简化机动车结构。在常规电驱动机动车的设计过程中,蓄电池组的位置是主要难题,也是整个系统的死重部分,这极大限制了机动车的设计和空间安排。虽然当前锂电池的推广可以部分缓解这一问题,但并不能彻底解决;而且锂电池的高成本和安全风险也带来了其他问题。然而,太阳能交通系统将电能分离贮存在路网中,机动车本身只包括电机、无线输电接收端和少量备用电池组。这一设计首先隔离了电力系统和乘员,提升了安全性;另一方面减轻车重降低了能耗;同时简化机械构成可增加车辆的设计灵活性,提升乘坐舒适度。

c. 能源供应的稳定性更好。由于路面条件和天气原因,常规太阳能汽车无法始终保持稳定的能量供应;常规电动汽车由于蓄电池容量有限,电能供应会持续降低。如果该系统敷设里程足够长,且该交通系统的路面电能系统联网成为一个完整的电力系统,通过远程输电可基本解决上述问题。在此基础上,该系统还可与公用电力系统联网,彻底解决能源稳定性问题;还可将多余电力输送电网,使经济效益最大化。

三、 需要解决的问题

核心芯片是无线充电技术在产品应用的难点之一,精准辐射范围控制,磁场频率大小,其它控制等都是由芯片实现。无线输电系统中,核心无线充电技术不完善,辐射区域难以实现远距离传输。另外输电系统接收端和机动车电机的匹配、接收端和发射端在相对运动时的输电效率问题必须进行深入研究。该系统的建设施工中,需要同时进行两套设施的铺设,由此带来的技术问题需要在实践中解决。