科技制作：　　

【高中组一等奖】太阳能风力驱动环保小车　　

——未来清洁能源展望　　

南岸区11中  殷婕　　

一．课题简介　　

随着时代进步，科技发展，能源的缺乏成为了人类生存发展中不得不面临的严重问题。目前我们所需要的能源大部分来源于煤、石油和天然气等矿物资源。但从长远考虑，因为他们是不可再生的，终究会枯竭。而且作为燃料使用，对环境有危害，所以不能成为人类长久依赖的资源。如今随着它们的大量使用，地球的环境承受能力已不堪重负，人类的生存正处于威胁中。这是在警告人类：必须要寻找新的清洁能源！秉承坚持可持续发展的观念，作为一名普通的高中生，虽不能做出何般丰功伟绩，但我可以通过一些科技制作来呈现与对这方面问题的关心和一些想法。　　

汽车尾气的大量排放，造成了许多环境污染问题。我不禁想到如果对这一交通工具进行改善，让其成为环境友好型新能源汽车，结果会怎么样呢？于是我动手制作了太阳能风力驱动环保小车。　　

二、具体制作　　

1、制作材料　　

太阳能电池板       肖基特二极管       两节七号电池盒　　

130电机            　340mm　车轮         支架条　　

螺旋桨             通用安装板         2*　100mm　轴　　

2*　75mm　轴           2*　60mm　轴          2*　55mm　轴　　

m2.3*10自攻螺丝    m2.3*7自攻螺丝    m2.5*10螺丝　　

m2.5螺母           3*150尼龙扎带     杜邦接线柱　　

2、拼装方式　　

主要采用螺丝紧固，少数地方用尼龙扎带捆绑，结构比较牢固。　　

3、成品展示　　

  三、原理分析　　

1、电路原理图

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　2.部分零部件原理　　

（1）太阳能电池板　　

太阳能电池可以直接将太阳能转变成电能，硅、锗等半导体在其中发挥着核

　 　心作用。硅的最外层电子为4，像碳一样形成四面体结构，硅原子之间以共价键结合。当硅晶体中参入比硅最外层电子多的磷元素，可以得到富电子的N型半导体；参入比硅最外层电子少的硼元素，可以得到缺电子的P型半导体。将N型半导体与P型半导体相互叠加就构成了一个PN结，它是现代电子和信息产业的主要基础元件。当太阳光照射到PN结上，用导线连接起来形成闭合回路，被太阳光激发的电子在PN结的电场作用下定向移动而形成电流。可见，太阳能电池中的转变过程只消耗太阳能，没有其他物质损耗，没有噪音，没有污染。　　

（2）肖特基二极管　　

肖特基二极管肖特基二极管是贵金属（金、银、铝、铂等）A为正极，以N型半导体B为负极，利用二者接触面上形成的势垒具有整流特性而制成的金属-半导体器件。因为N型半导体中存在着大量的电子，贵金属中仅有极少量的自由电子，所以电子便从浓度高的B中向浓度低的A中扩散。显然，金属A中没有空穴，也就不存在空穴自A向B的扩散运动。随着电子不断从B扩散到A，B表面电子浓度逐渐降低，表面电中性被破坏，于是就形成势垒，其电场方向B→A。但在该电场作用之下，A中的电子也会产生从A→B的漂移运动，从而消弱了由于扩散运动而形成的电场。当建立起一定宽度的空间电荷区后，电场引起的电子漂移运动和浓度不同引起的电子扩散运动达到相对的平衡，便形成了肖特基势垒。　　

此次使用是将其作为放反充二极管与太阳能电池板串联。防反充二极管的作用之一是防止太阳能电池组件或方阵在不发电时，蓄电池的电流反过来向组件或方阵倒送，不但消耗能量，而且会使组件或方阵发热甚至损坏。作用之二是在电池方阵中，防止方阵各支路之间的电流倒送。这是因为串联各去路的输出电压不可能绝对相等，各支路电压总有高低之差，或者某一支路故障、阴影遮蔽等使该支路的输出电压降低，高电压支路的电流就会流向低电压支路，甚至会使方阵总体输出电压的降低。　　

3、小车工作原理　　

该小车采用太阳能与风能相结合的新能源驱动方式。在有风而无阳光的天气采用风力驱动，在阳光明媚的天气采用太阳能发电带动螺旋桨转动进而实现驱动，速度约为　1m　/s。可以把螺旋桨看成是一个一面旋转一面前进的机翼进行讨论。流经桨叶各剖面的气流由沿旋转轴方向的前进速度和旋转产生的切线速度合成。在螺旋桨半径r1和r2(r1<r2)两处各取极小一段，讨论桨叶上的气流情况。V—轴向速度；n—螺旋桨转速；φ—气流角，即气流与螺旋桨旋转平面夹角；α—桨叶剖面迎角；β—桨叶角，即桨叶剖面弦线与旋转平面夹角。显而易见β=α+φ。空气流过桨叶各小段时产生气动力，阻力ΔD和升力ΔL，合成后 总空气动力为ΔR。ΔR沿飞行方向的分力为拉力ΔT，与旋螺桨旋转方向相反的力ΔP 阻止螺旋桨转动。将整个桨叶上各小段的拉力和阻止旋转的力相加，形成该螺旋桨的拉力和阻止螺旋桨转动的力矩。　　

四、实际意义　　

汽车工业是国民经济的支柱产业，它与人们的生活息息相关，已成为现代社会必不可少的组成部分。但是，以石油为燃料的传统的汽车工业，在为人们提供快捷、舒适的交通工具的同时，增加了国民经济对化石能源的依赖，加深了能源生产与消费之间的矛盾。随着资源与环境双重压力的持续增大，发展新能源汽车已成为未来汽车工业发展的方向。　　

太阳能作为一种新能源，它与常规能源相比有三大特点：第一：它是人类可以利用的最丰富的能源。据估计，在过去漫长的11亿年中，太阳消耗了它本身能量的2%。今后足以供给地球人类，使用几十亿年，真是取之不尽，用之不竭。第二：地球上，无论何处都有太阳能，可以就地开发利用，不存在运输问题，尤其对交通不发达的农村、海岛和边远地区更具有利用的价值。第三：太阳能是一种洁净的能源。在开发利用时，不会产生废渣、废水、废气、也没有噪音，更不会影响生态平衡。绝对不会造成污染和公害。现在，人们越来越认识到太阳能的重要价值。特别是在当前世界各国面临能源日益紧缺的情况下，人们已把太阳能作为开发利用的现代主要新能源之一，因此，向太阳这个取之不尽的能源宝库索取能量，实现人类历史上的能源变革，已成为今后能源开发的主要趋向。  　　

风能是太阳能的一种转换形式，地球接受到的太阳辐射能约有2％转化为风能。据估计，全球的风能总量有2．74万亿千瓦，其中可利用的约为200亿千瓦。这是一个巨大的潜在能源宝库，是一种取之不尽，尚未得到大力开发利用的新能源。我国地域辽阔，蕴藏着非常丰富的风能资源。据计算，全国风能资源总量约每年16亿千瓦，其中可开发约为每年1．6亿千瓦。我国东南沿海岛屿以及西北牧区、西南山区严重缺电，但风能资源较大，有着发展风力发电的优良条件。因此，在我国因地制宜地开发利用风能，不仅可以扩大能源，而且有助于解决边远地区用电需要，有着现实的重要意义。　　

开发利用新能源，坚持可持续发展，为我们的子孙后代留一个美丽的绿色地球。　　

教师评语：　　

    时代发展，科技进步，环境问题却日趋严重，我们的地球母亲已不堪重负。一个泱泱大国的崛起更离不开对能源的有效开发和利用。如何在能源开发和利用的同时又不对环境造成威胁，成了各个国家发展中一个的难题。　　

殷婕同学心系国家发展和世界环境问题。对现代使用最为广泛的交通工具——汽车进行大胆设想。但这并不是纸上谈兵，她把思想与实践相结合，将其改进为新能源环境友好汽车并动手制作出实物模型，这是对未来清洁能源利用的展望，也是对怀揣可持续发展理念的充分体现　　

                                         指导老师：朱习江　　

                                              2015.2.28