太阳能为什么很少应用在汽车产业上？

现今太阳能与汽车结缘，主要还是在概念车上，比如汉能集团在早前发布的四款太阳能汽车（Solar A、Solar O、Solar L和 Solar R ）、荷兰新创公司Lightyear太阳能汽车原型「LightyearOne」（获得2018年CES展的「气候变迁创新奖」）以及据称2019年开始销售的Sion太阳能汽车等等。

在通常理解上，太阳能作为清洁能源，既方便获取，后期投入又小，是再合适不过的汽车动力源之一了。但其问题也不是没有，比如大家最常吐槽的能量转换率低的问题。

面对质疑，汉能在其官网上发布过名为《首款太阳能汽车亮相广州车展太阳能「全动力」渐行渐近》的文章解释这一问题。

截取其中一段：

「对此，中国能源网首席信息官韩晓平也给大家分享了一组数据：目前技术条件下，电充到电池里的效应是90%，再把电能转化为动能的效应是90%，一个国家平均水平的燃煤电厂发电效应在38%，也就是说从燃煤发电到提供给汽车动力整体转化效率约为30%。事实上，目前汉能薄膜太阳能发电在理想状态下也能达到这个转化率，而且太阳能发电并不像燃煤发电过程中会产生污染问题。」

这里面有两个问题：

1. 事实上，目前汉能薄膜太阳能发电在理想状态下也能达到这个转化率；

2. 太阳能发电并不像燃煤发电过程中会产生污染问题。

我们知道汉能使用了汉能的砷化镓薄膜发电技术，能量理想转化率达31.6%。事实上汉能所说的理想状态是指通过1000倍阳光聚光直射才达到的转化效率，也就是说这是理论值，真实水平能达到20%就谢天谢地了。

目前能量转换率最高太阳能板为25.6%，按每辆车5m2的太阳能板覆盖面积来计算，在天气良好条件下（太阳照射的能量为1KW/m2），为1.28KWh，按年平均光照时间5h算（已经算很多了），大约每天能获得6.4度电。目前电动车的百公里耗电量为15度左右，这么算下来，每天平均可以跑42.7公里左右。

就市区使用而言，42.7公里显然是够用了。但要知道这是按25.6%能量转换率、5m2太阳能板覆盖面积和年平均光照5h计算的。如果按15%能量转换率、3m2太阳能板覆盖面积和年平均光照4h计算，这个数据将为1.8度电，也就是12公里，这个表现显然是不够看的。

另外，确实太阳能发电并不会像燃煤发电一样，在发电过程中产生污染，但并不是说它不会产生污染。以砷化镓为例，虽然砷化镓成品是没有毒副作用的，但是其成分砷是有剧毒的，而镓是重金属，长期接触也并不是好事。这还不提加工砷化镓过程需要注意的一系列隐患。

除此之外，太阳能板的回收至今也没有找到行之有效的方案，而且裸露在外的太阳能板能否经受剐蹭（开车必然会经历），维修成本太高等问题都不是一时能解决的。

总之，就目前来看，太阳能汽车还将以概念车的状态持续很久，毕竟像锂电池、燃料电池等还有进一步深挖的空间，完全没必要浪费在性价比低的太阳能电池上。

如果未来太阳能电池会以什么样的方式与汽车结合，我想多会是辅助电源，比如日产Leaf上加装的太阳能电池板，奥迪将使用的太阳能车顶等。

据外媒报道，奥迪希望能将太阳能面板整合到它的全景玻璃天窗上，很明显，这家公司想要借此让电动汽车能够获取额外的能源。为此，奥迪已经跟中国的薄膜太阳能电池制造商汉能的子公司Alta Devices展开合作。获悉，这些将在美国加州展开生产的太阳能电池其效率值可以达到25%。

奥迪计划将这种太阳能面板全景天窗作为选配推向市场，不过未来它将几乎覆盖该公司所有车型。

与传统电池板相比，这种电池不仅非常薄而且用起来也非常灵活。Alta表示，他们的这种太阳能电池产生的能量比市场上任何一种太阳能材料都要多，部分原因是从反射层出来的光线能够反射回来并二度穿过电池。

奥迪表示，虽然这种电池一开始只用于为空调、座椅加热等车内设备供能，但未来它将能够扮演起为电动机充电的角色进而增加汽车的续航里程。

据悉，奥迪和Alta的第一款原型车将在今年年底完成，目前并不清楚这项技术将何时能真正投放到量产车中。此前，该家公司曾表示在2020年之前推出三款全电动汽车，所以这很有可能会是一个问世的时间点。

太阳能汽车作为纯电动汽车具有独特优势

　　太阳能汽车通过将太阳能发电晶元集成在汽车天窗、车顶、车身或扩展面板，直接利用太阳能发电，驱动汽车行驶，并可「边开边充」，使汽车中短途「不插电无限行驶」成为可能。相关资料显示，我国传统燃油乘用车平均耗油量为每百公里8.76升，以用户年行驶2万公里计，年油耗约为1750升，费用超过1万元。而对于一般电动汽车来说，以每行驶10公里需要耗费1度电来计算，每年行驶2万公里需要的电费约为2389元（谷时电费）—3608元（峰时电费）。此外，市场常见的电动汽车充满电约需要5—6个小时，每辆车每年充电大约67次，因此每年要占用335—402个小时的充电时间，成为电动汽车用户的「痛点」。

　　全太阳能动力汽车可以完全免去车辆的油耗花费，大幅降低充电时间成本及费用，更具环保意义。一辆全太阳能动力汽车一天可发8—10度电，全年发电量至少可达到2400度，完全可以保障用户日常使用。统计显示，每24度清洁电力的减排效果相当于多种一颗树，假设我国每年新增30万辆全太阳能动力汽车，相当于每年多种3000万棵树，经济和环保效益突出。

　世界各国持续研究太阳能在汽车上的应用，各大汽车厂商纷纷布局

　　太阳能电池在汽车上的应用研究有相当长的历史。早在1978年，世界上第一辆太阳能汽车在英国研制成功，时速达13KM。1999年，巴西设计出一款新型太阳能汽车，最高时速超过100KM。2003年，由荷兰制造的太阳能汽车创造了太阳能汽车最高时速170KM的世界纪录。

　　近年来，世界各大汽车厂商积极探索太阳能在汽车上的量产化应用。2011年，美国Fisker公司推出Karma太阳能混合动力超级跑车。2014年，福特公司推出Ford C-max Energi太阳能概念车。2015年，奥迪推出Audi e-tronquattroconcept纯电动版本的豪华运动SUV，配置太阳能车顶。高配丰田普锐斯配置了太阳能车顶，为驱动风扇供能。2016年，特斯拉并购了美国太阳能公司SolarCity，探索太阳能与电动汽车的结合应用。

　　我国发展太阳能汽车已具备技术和经济可行性

　　太阳能汽车应用以往主要受制于太阳能电池的光电转化效率低、刚性及重量大等因素，影响了汽车的实用性、外形美观和车身重量。随著高效柔性薄膜太阳能电池转化效率的提升和汽车更加轻量化、智能化的产业趋势，发展太阳能汽车已经成为现实。

　　目前，我国企业已拥有完全自主知识产权的高效柔性砷化镓薄膜发电技术，可生产世界上最薄、最轻、转化效率最高的柔性薄膜电池晶元，并已成功开发了4款全太阳能动力动态样车。这种砷化镓双结电池转化率已达31.6%，单结电池转化率达28.8%，且正在以每年平均1%的速度提升；砷化镓电池产品还兼具形状可塑、寿命长以及可修复等特性，并拥有独特的金属有机物化学气相沉积（MOCVD）和全自动磊晶移除（ELO）等设备及工艺，可以实现大规模生产应用和不断降低成本。

「解构」太阳能汽车

1955年，第一台配备太阳能板的电动汽车萌发于通用电器一名工程师「太阳移动」的构想。不久，美国、日本、以色列、澳大利亚和英国相继出现了太阳能车型，但是性能还不稳定。近几年，世界各地聚集了数十个幻想家和发明家的团队正致力于太阳能汽车的研究，渴望设计出能够用于正常出行并投入商业化量产的太阳能汽车。

然而，对于普通民众来说，太阳能汽车仍然是个谜团。人们普遍认为，造价昂贵的光伏电池板成本高，太阳能汽车这种「猎奇之物」注定是有钱人的专属。此外，太阳能蓄电容量有限，行驶里程短，输出不稳定，只能在晴天使用，一旦遇到阴雨天气、楼宇遮挡、雾霾等就毫无用武之地。

事实上，太阳能汽车利用光伏电池采集阳光后，会直接将光能转化成电能，供给发动机边开边蓄电，多余的电量可以用来备用。许多太阳能汽车可以通过太阳能和其它能量混合驱动。以汉能的Hanergy Solar A为例，每天在充足的阳光下日照5~6小时，大约可以发8~10度电，能够保证太阳能汽车行驶80公里左右。

汉能SOLAR-O全太阳能动力汽车

太阳能汽车已经走出了实验室，能够满足日常城市通勤需求。「边开边充」将使汽车在中短途实现「不插电无限行驶」，同时节约能源及燃料费。我国传统燃油乘用车平均耗油量为每百公里8.76升，以用户年行驶2万公里计，费用超过1万元。一般电动汽车每年行驶2万公里需要的电费为3000元左右。太阳能动力汽车则完全免去了车辆的油耗花费，大幅降低充电时间成本及费用，减少了对电网电能的消耗和对固定充电桩的依赖。

若是碰上了阴雨天，一方面太阳能汽车将启动弱发电及智能化系统，可以利用常规锂电池或充电桩充电。另一方面，只要在手机上下载「车联网」智能出行APP，无论身处何地都可以知道近期天气情况和太阳辐射光照指数、汽车的充电状态、汽车储能电池电量、附近充电站等信息。在太阳能汽车的「物联网」化技术方面，汉能迈出了第一步。

在能源领域，太阳能汽车前景光明。随著技术水平的提高及太阳能电池板成本的降低，太阳能汽车的售价会进一步降低，续航里程也会大幅提高。去年，法国计划在道路上安装太阳能电池板，Colas SA子公司设计出可铺路的太阳能电池板并进入测试阶段。这一技术不仅可以直接储电，还可给太阳能汽车无线感应充电，解决充电难问题。

汉能薄膜太阳能电池晶元

随著汉能薄膜发电转化率的不断提升，太阳能汽车不插电无限行驶只是时间问题。新材料应用后车身重量的进一步减轻以及储能技术的突飞猛进等都将大大提升太阳能汽车的续航能力。未来，全太阳能汽车不仅是辆代步工具，还能成为移动的电站。如果平时不用车，完全可以把车接入电网，让多余的电能提供家用，甚至还能发电挣钱。届时，每辆车都是一个产生能源的载体，均可以为他人、为社会贡献能源。

太阳能汽车的先行者

目前在国际上太阳能汽车还没有大规模量产，仍然从属于新能源汽车。2016年，新能源汽车销量达到了77.4万辆，较2015年增长40%。中国是最大的新能源汽车市场，新能源汽车的狂飙突进为太阳能汽车创造了更广阔的前景。如今，在日益成熟的新能源汽车行业中，特斯拉、苹果、汉能、福特等能源科技巨头都瞄准了太阳能汽车。

2014年，福特展出了C-MAX太阳能插电式混合动力的概念车；2016年，特斯拉收购了太阳能应用企业Solar City ，CEO伊隆?马斯克宣布，计划在下月推出一款集成了电池和特斯拉汽车充电器的新款太阳能面板。同年，丰田推出了搭载太阳能充电系统的普锐斯插电式混合动力汽车，处于熄火停车状态时太阳能电池板继续为汽车充电，电能可直接用于驱动电机，延长了续航里程。搭载了该电池板后，普锐斯动力效能将提高10%。

日产汽车公司的纯电动、零排放新车Leaf也正考虑在其电动汽车上运用太阳能，在其车顶后半部安装太阳能电池板，为车载空调和其他部分车载设备提供辅助能源，从而提高电动车的续航能力。今年，特拉斯将与日本松下大规模生产光伏电芯和储能电池，转型为提供一站式服务的能源公司，倾力打造光伏发电、储能、电动车乃至新能源家庭应用的闭环。特斯拉Model S2016年销量约5万辆，新能源汽车市场占有率7%，在所有车型中排名第二。

以创新著称的苹果公司，早有进军新能源汽车领域的计划，甚至将对未来的赌注押在了太阳能汽车上，投资布局太阳能发电领域，在总部研发中心大规模应用了太阳能薄膜电池。据媒体报道，苹果计划在2019年发布首款电动汽车，汽车将配备太阳能电池板和苹果自动驾驶系统，一次充电可行驶400-500公里。

新能源汽车市场占有率第一的中国企业比亚迪也正布局太阳能汽车领域。2016年比亚迪与加拿大最大太阳能开发商Sky Power携手竞投印度750兆瓦光伏项目，世界多地的太阳能发电站也都可见比亚迪组件的身影。太阳能汽车研发新星汉能，在掌握了核心薄膜发电技术的同时也迈出了「太阳能汽车」这一步。去年，汉能发布了4款以太阳能为核心动力的电动汽车，宣布正式进军汽车产业，凭高转化率的砷化镓薄膜太阳能电池技术领跑行业。

谁掌握了太阳能汽车的未来？

中外科技巨头争分夺秒抢占太阳能汽车先机，在这一全新领域国内外行业有和不同？谁能在未来时代稳坐新的宝座，成为新能源汽车行业的领头羊？

技术上，国内太阳能汽车产业主要采用薄膜发电技术，通过大规模投资、规模化生产降低价格。以汉能为例，砷化镓薄膜太阳能电池转化率已经达到31.6%，领先国际。凭借这一技术，汉能提出了摆脱对充电站依赖的「移动充电」新概念，全太阳能动力汽车每天单纯依靠太阳能发电就能实现100公里左右的续航里程。「光伏车棚」则预想未来一个太阳能车棚将安装约3kW的太阳能系统，年发电量可以达到3600度，完全抵充汽车的电费。

国外太阳能汽车行业主要以特斯拉为代表。西方行业认为新的薄膜太阳能发电无法媲美当今主流的晶体硅技术，然而中国制造商却通过大规模投资规模化生产降低了价格。英国《金融时报》认为，下一步更好的办法是，同时利用电池和太阳能发电方面基本上为渐进式的技术进步。电池方面，特斯拉利用松下的技术，将把全球锂电池产量提升一倍。国外太阳能汽车行业也正在学习这一点：在当前的主流技术中找到即使很小的技术优势，快速扩大规模，压低成本曲线，从而实现世界性主导。

政策上，国内对电动汽车有一定补贴，但是比起2013-2015年，2016年的补贴力度有所减小。按照国务院印发的《节能与新能源汽车产业发展规划》，在技术路线上，要以纯电驱动为新能源汽车发展和汽车工业转型的主要战略取向。到2020年，纯电动汽车和插电式混合动力汽车生产能力计划达到200万辆、累计产销量超过500万辆。比亚迪电动汽车2015年得到的补贴总额就高达3.29亿元人民币。

国外政府对太阳能汽车同样有较大的补贴力度。在美国，2008年金融危机后，奥巴马政府投入了数十亿美元的刺激资金，试图在美国打造先进的电池产业。联邦政府对新能源发展有一系列包括税收减免和优惠、贷款担保等举措，太阳能电池板以及电动汽车的买家一直依赖政府的慷慨补贴。Solar City下的赛昂电力将得到政府2.25亿美元支持在纽约州建设一家工厂，而特斯拉自身也是美国能源部一项贷款保证的受益者。

在法国，政府对国产的纯电动乘用车企业，补贴则高达6万欧元，汽车制造企业生产成本大幅削减；同时消费者在购买使用新能源汽车时，还可再获得5000欧元的电力补助。但是补贴政策能持续多久还是个问题。例如，美国的特斯拉买家将很快将不再享受电动汽车税收抵免。太阳能发电也面临不确定的未来，联邦税收抵免将在2021年年底之前逐步取消，一些州开始将传统电力公司的部分固定成本转嫁到太阳能用户身上。

战略布局上，国内太阳能汽车行业对于以充电桩为代表的能源配套体系重视程度略显不足，缺乏产业整体化思维。比亚迪、汉能这些企业多选择与相关行业链的企业进行战略合作。不过近年，国内太阳能汽车行业也开始构筑新能源汽车及产业链。比亚迪大力发展光伏电池板，其光伏组件已经走入世界各地，为比亚迪发展太阳能汽车打下坚实基础。汉能将其太阳能汽车定位为城市代步工具，在造车的同时，还希望成为太阳能薄膜电池的供应商，为市场上的电动车提供汉能生产的太阳能薄膜晶元，达到增加续航的目的。

以特斯拉为代表的国外太阳能汽车行业则有更大的野心。同样是以电动汽车起步，特斯拉将大量的精力与资源，放在能源体系的建设中去，打造包括太阳能能源的生产、存储与消费的全产业链垂直一体化系统。特斯拉正持续推进著它所构想的疆土，与传统的BP等巨头能源企业争夺未来时代的主导权。

中国太阳能汽车行业的突破口

面临激烈的国际竞争，中国太阳能汽车行业如何突出重围？汉能提供了一套解决方案。

汉能全太阳能动力汽车

第一，在技术创新上，汉能拥有完全自主知识产权的高效柔性砷化镓薄膜发电技术，可生产世界上最薄、最轻、转化效率最高的柔性薄膜电池晶元，为太阳能汽车商业化量产奠定了优势。去年，汉能发布了4款Solar系列全太阳能动力汽车，该车型使用的太阳能面板非常特殊：并非只是超薄和超轻板，而是一种砷化镓双结薄膜电池，它保证了两倍于传统晶硅太阳能面板平均转化率的发电效率。因此，在阳光充足的条件下，汉能太阳能汽车能够依靠太阳能作为动力来源，每年行驶两万公里，颠覆了传统电动汽车「续航里程」的概念。

第二，重视产业整体化思维，不仅要重视整车制造，也要重视能源配套体系，对于本身非太阳能汽车行业的企业来说，应扬长避短。汉能强调了自己的互联网思维，要通过共赢合作和开放共享来推广自己的产品；而且在此过程中，互相抓住合作双方的最大需求点，做到扬长避短：这实际上算是汽车和光伏两个学科的融合创新，也在促使双方思维模式的逐渐转变。比如对主机厂而言，解决产品的续航问题是刚需；而对汉能，也许通过与科技公司和供应商合作优化信息娱乐系统的优化、进行轻量化车身研发是头等大事。

汉能SOLAR-A全太阳能动力汽车

第三，太阳能汽车行业应与时俱进，发挥中国移动互联网普及程度高的优势。比如北方的雾霾天气、以及南方的阴雨天气，很可能连续一个星期都没有特别理想的光照。汉能的解决方案是通过一款已经发布了的智能出行APP，向用户提供近期天气情况、太阳辐射光照指数、汽车的充电状态、汽车储能电池电量、附近充电站、加油站等等信息。

咱们可以简单计算一下，一平米车顶面积，正午阳光强烈并垂直照射时的时候阳光功率约为1000瓦，西藏能到1300瓦，内地因为空气污染估计700瓦左右，考虑到阳光不是直射到车顶，功率还得打折，按10小时平均300w功率算吧，太阳能板接收到3000瓦的能量，目前主流的太阳能板的光电转化效率是17%，转化成电能的部分只有510瓦，充电效率按90%算，只有460瓦提供给电池。再来说说电动汽车的效率，大概是15度电跑100公里，结果是充一天电只够跑3公里。目前车顶太阳能应用意义不大。