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只是百家讲坛

    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，所有的地方都贴上，3到4平米就算5平米，那才一个千瓦呢，这一个千瓦是不足以推动这个汽车用的，因此说我们在传统的目前的汽车上，贴上太阳能板能干什么，这一个千瓦能干什么呢？第一个它可以做辅助动力用，例如可以给我们那个电池可以充电，辅助电池可以充电，12伏的电池。第二个车停在那儿的时候，如果有太阳的话，那个车里头温度很高，它可以带动风扇排风。另外由于太阳能的作用，它里面的温度就没那么高了。因为太阳能毕竟把百分之十几—百分之二十的热量已经吸收掉了。因此可以起这些作用，我们的意思是做辅助动力用的，带动风扇，带动空调里面的电扇，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。这是可以做一些辅助动力用，它不能作为主动力用，主要就是它的面积太小。因此要在传统的汽车上，用太阳能作为动力，那是不可能的，只能做辅助动力用。或者在一些特殊的车上，因为大家知道，德国的大众公司，它那个前总裁在下台之前，说他一定要实现一升车这个梦想，什么叫一升车呢？百公里油耗一升，那么大家想这个几乎是不可能，但是他已经实现了，那个车做出来，从他的总部狼堡开到汉堡，开了将近两千公里，平均油耗百公里0.96升，做到这个东西了，但是它的能耗是很低的。当然发动机的效率也比较低。这个车很轻只坐一个人。因此这个能量再加上一些电池，我估计是有可能实现的，但是不是传统的车，肯定不是我们现在车改装一下就可以作为这个用，这肯定是不可能的，这一点我可以明确地回答，就是不可能做到这一点。因此我们有时候到一个地方，有些人就说你们这个车怎么能才坐一个人，怎么进入家庭，我说这个车不是进入家庭的，要进入家庭那咱们另当别论，另外再设计，目前的车贴上太阳能板这个车不能进入家庭。

    第二个问题，大家看一看这个车上，就是我们奥迪公司生产的一种车顶配有太阳能发电系统的一辆车，这个车的一些原理是什么呢？就是欧洲现在要取消空调，为什么呢？氟里昂不能用了，因为氟里昂是破坏臭氧层的，发达国家已经不让用了，中国还可以再用两年，因此它要在空调系统做改动，它很复杂，它干脆给上面贴个太阳能板，这个太阳能板干什么呢？就是带着风扇在进行通风，车停在那儿，太阳能板在发电，发电带动里面的抽风机，就把里面的热量就抽出来了。这样的话就可以使这个车温度保持比较低，这是用这个用的，这是传统的汽车上用太阳能板的。还有一个就是概念性的电动车，这是日本的一个教授设计的，这个名字叫Luciole，这实际是一个萤火虫的意思，它的颜色像萤火虫，它的顶儿上帖的是太阳能板的，它的太阳能板是干什么用的？给它的电池充电。这个车在北京展览过，它上面有大概将近一平方米的那个太阳能板，当然那个太阳能板可能转化率是比较高的，因为它做的概念车，钱是比较多的，它能够产生一定的电，主要是它给它的辅助12伏的电池充电的，当12伏电池满了以后，12伏电池反过来会给它那个主电池充电，这就是太阳能电池在车身上贴的，用做以辅助电池充电的一个系统，你看这个车很细长，它那个位子是两个座，是前后坐的，不是一排能坐两个人的，为什么呢日本这个车是有用途的，有些挺小的日本的东京和京都一些小街道，那个街道很窄，这个车过不去，那个地方也不许一般的车走，为什么呢，那都是文物，好多建筑是我们唐朝时候，那个鉴真和尚在那儿去住的，那是不许车进的，但是它这个车可以进去，为什么呢？它是电动车不排放废气，这个车的宽度大概将近一米，它可以进去很小的胡同，这个里面有太阳能。

    第二个我们看一下太阳能充电站的应用，因为太阳能虽然供应密度大，但是充电站的房子是很大的，例如我做一个30平方米的一个太阳能板，它发出的电可以为一个电动汽车充电，有太阳的时候把车搁那儿，直接给那个电池充电或者现在做的这个电动汽车，有两套电池，一套电池在用，一套电池就搁在充电站那个地方。这样的话就可以用换电池的办法，使太阳能给电池充电，给蓄电池充电。当你用完以后把这个电池搁在这儿，把另外一套充足以后给它，这样的话就是这个电动车用的是太阳能，它是电能，但是这个电能是从太阳过来的，但是我们还把它不叫太阳能车，还叫电动车，它的电源是太阳能的，当然如果天气不好，连续的阴雨天气，它可以在墙上充电，我们这个前提是太阳比较好的时候，特别是美国的西部，那个地方和我们的塔克拉玛尔干大沙漠一样，我在沙漠呆了一个月，没有看见阴天和下雨。我是7月20号进去的，8月20号出来的，那一个月的时间里没有降一滴雨，我的印象里面。再一个是好像也没有阴天，太阳一直是非常好的，那里的温度是非常高，因此沙漠地区可以做这个，电动汽车从性能上完全可以达到汽车的要求，但为什么现在不能推广呢？就还是电池的问题，一个电池充一次电最多跑到两百公里，那还是不够的，对中国人是够的，对美国人是不够的，美国人两百多公里才一百多英里，美国人是不够的，它觉得距离还不够，上班有时候距离很长，另外它还不是很方便，加一次油就几分钟，你充一次电得好几个小时，这就很啰嗦。另外电池目前的价格比较贵，价格还是贵的，因此一般的还用不起，更重要的是没有遍于各地的充电站，你不能说我走哪儿就能加油，你走哪儿能充电吗，不行。因此你走哪儿就没电了怎么办？因为我到首都机场那儿没充电站，到那没有电你怎么回来呢，你就回不来了。因此电动汽车现在也碰到很多问题，当然电动汽车可以用各种各样先进的电池，如果电池有突破的话，这还是很容易把电动汽车给普及的。

    关于电动汽车问题我后面还要讲，这就是一个太阳能板给电动汽车充电的一个例子，你看我盖这个面积挺大的，实际这个是干什么的呢？里面的那个东西是电解水的，就是你这个电池要充满了以后怎么办？我电池充满就别再充了，我把剩下的这个电就去电解水去了，电解水出来的氢气存在旁边的那个罐子里头去，它有两种办法，你有车来充电，我就充电，没车充电我就干脆去电解水去了，电解水把氢气可以存起来，可以压缩到35个兆帕，就是350个大气压或者250个大气压存起来，这是一个例子。