欧阳元星

摘要：海洋作为孕育生命的摇篮，为人类发展所提供的资源异常丰富，不仅是天然宝库，也能够提供最为经济的方法来运输大量货物。海上运输为各国人民之间的文化交流创造了良好条件，再加上是天然的交通大道，当下航运事业发展迅猛，在海洋的帮助下极大的促进了全球经济的发展。当下，随着工业技术的发展与人口的快速增长，海上货运量逐年增长，由此极大的扩大了船舶的吨位与尺度。然而，船舶作为耗能单户，其柴油机排气也会严重污染大气环境，研究发现因其所造成的大气污染在全球范围内大约占5%-10%，局部地区已经到达30%-40%。太阳能资源不仅丰富，且清洁、无污染，太阳能船舶能够实现对能源的节约、避免地球大气气温升高，避免对海洋环境造成不必要的污染与破坏。

关键词：太阳能;船舶技术;展望

1太阳能在船舶技术上的现状分析

在我国、英国、德国等出现的太阳能船，是一种小型的游船，主要航行在内河或内湖上，在旅游区比较多见，主要用于载客对景区进行游览。船的驱动可以完全依赖太阳能，但是设计简单且航速低，太阳能船本身所具有的旅游价值明显比实用价值高很多。

关于太阳能船舶方面的研究，瑞士起步时间早，太阳能船最早投入运行，且取得一系列显著的研究成果。“星球太阳号”的动力完全源自于太阳能，不管是其动力，还是船形参数与船体形状，其都可以称作为真正意义上的太阳能船。日本側重于在大型船舶上利用太阳能来提供辅助电力，在整艘船舶中提高太阳能发电量所占的比重。澳大利亚侧重于混合动力船的研究，其太阳能电池板能够保持竖立，可以发挥风帆的作用，借助风力助航，为提供源源不断的动力还可以借助燃料。

2太阳能应用对船体结构的适用性分析

2.1太阳能在船舶上的应用

现如今，各种小型太阳能动力船艇在国内外已经建造起来，如游艇、小型渡船等，但是太阳能动力船舶可用于范围更广的目标船型，可以应用于除去游艇、小型渡船之外的各种运输船舶中。

2.2太阳能动力系统在船舶上的可行性

关于研发太阳能动力船的关键一步在于研发适用于太阳能动力船的船体平台，针对砌太阳能动力系统的体积、空间分布特性和重量，可知太阳能动力船体平台更适用于太阳能动力系统的布置，主要是因为其具有良好的多体船稳性、快速性、耐波性。同时，需要深入的研究多体船型水动力性能，便于更好的应用到太阳能动力船中。

2.3太阳能动力船舶实船建造方法与思想

大型实船在建造之前有必要开展样船试制，这也是最高技术的船舶，能够对各种风险进行有效规避。为分布建造船舶实船可以严格按照分布实现的思路，在太阳能动力船舶发展到实船建造阶段时，或者改系统的某种装置不符合装船使用的技术水平，但是可以运行实船，此时可以在“分步实现”思路中将模块化设计方法的优越性再一次体现出来;若装置还没有达到装船水平，则装船工作需要暂停，或者用重量及其空间分布模块所替代，以此可确保船舶总体重量与设计要求相符。若该装置一旦研发成熟，其虚设模块就可以用实际装置所代替。

2.4光伏电池在船舶上的设计和布置

在阳光的照射下，太阳能电池的电流、电压均为光强温度、环境湿度的函数，因此在布置船舶上的薄膜光电池时需要有较多的光能作保障，当时相比较于陆地上的交通工具，这方面的应用更有利。一方面，具有更加广阔的空间、较大的受光面积，且设计安排更为自由;另一方面，在船尾设置机舱，因此空间小、轴承简单，与其他动力船相比也会增加有效载客面积。

在设计安排电池方阵时需要严格按照基本平衡原则。（1）在排列各方阵时，需要尽可能的减少相邻方阵电压差，以此可有效预防短路事故;（2）串联电池小方阵电压应该比电机额定电压稍微高一点;（3）电池方阵发电总量必须满足直流电机工作的耗电量[2]。

3太阳能在船舶技术上的展望

受船体结构各种因素的影响，导致适用于不同船型的太阳能光伏系统存在的差异较大，如布置形式、运行工况、负载大小、航行区域等。

3.1小型游船

对于这类游船而言，其发展方向在于离网型光伏系统和电力推进装置，如在航行模式下“星球太阳”号双体船的系统总负荷大约为20kW，而动力系统与通讯导航系统的负载大约为17kW、3kW，针对光伏系统容量匹配问题可以通过侧移式电池阵列安装结构实现，以此能够对甲板空间进行不断优化;为有效的平衡该船电力推进系统，满足电能需求，就需要对蓄电池容量进行合理设置。

3.2大型远洋船舶

针对大型远洋船舶，近年来为促进主要技术的实现，可以充分借助离网型光伏系统这一船舶辅助电源，如“Emerald Ace”号汽车船甲板上的使用空间较大，但是受成本控制与技术风险等因素的影响，光伏系统总容量尽管较高但是不能满足该船主动力系统的负荷要求，为充分满足全船非动力的负荷需求，在停泊工况时必须与MW·h级蓄电池相匹配。

3.3清洁能源

在船舶上清洁能源能够对各种技术方案或设计概念进行有效应用，为采用最优化的应用模式，就不能只利用单一能源，如太阳能或风能等。为促进新能源船舶的发展，就需要结合各种不同要素实现对各种能源的综合利用，如电气系统、动力系统、甲板布置、船型结构、船员配置、港口物流以及航行区域等。

近年来，随着光伏系统容量的增加，光伏电-船电并网电力系统、电力推进装置的匹配集成，所具有的技术发展潜力较大，一些系统具备与船舶电网共同并网运行的能力，如“COSCOTENGFEI”汽车船光伏系统，这能够直接用于研究整个系统的稳定性[3]。

4太阳能在船舶上的应用关键技术分析

为了在蓄电池中更好的储存太阳能电池所发出的电能，就需要使用功率点较大的跟踪器。而太阳能电池发电会随着阳光的强度与负荷大小产生相应的变化，由此也会改变输出电压，而蓄电池能够有效的稳定电压。相比较于蓄电池电压，太阳能电池的输出电压缺乏稳定性，即时能够相互连接，但是也不能给蓄电池进行有效的充电。基于此，为将太阳能电池的电压转变为给电池充电的电压，然后再给电池充电，就需要使用最大功率点跟踪器。

为在船舶上吸收、储存更多的太阳能，需要对以下几点进行充分考虑。一方面，确保太阳能电池板能够吸收全部的太阳能光谱，当太阳电池上有太阳光的照射时，可以向电、热分别转换，由此会提高太阳电池的温度，对其性能产生一定影响。因太阳能电池板只能吸收一部分太阳光谱，因此许多公司已经将彩色太阳能电池板研制出来，能够对不同颜色的太阳光光能进行吸收，工作时无需与太阳正对。另一方面，促进太阳能电池板成本的不断降低，以此更好的制造纳米太阳能电池，该电池只有一层薄薄的涂料，可将光能转化为一种电能，保证在屋顶、窗户表面上都能够采集到的太阳能。除此之外，在船舶上为保证太阳能电池板吸收到的太阳光能多，就需要根据自身所处位置对最适合接受的角度进行不断调整，并联合使用最为先进的科学装置。

结束语

综上所述，太阳能在船舶中的发展研究意义与理论意义重大，对于研发可再生能源船舶具有十分广阔的前景，需要逐步实现，因此这项研究具有一定可信性。船舶特别是以太阳能为航行动力的，在各种交通工具中具有显著优势，对于大型化与远洋航行十分有效，且适用于多种目标船型、军船和民船之中。而对于太阳能动力船舶的发展，特别是大型船舶，还需要进一步的解决、改进、完善各种关键技术。

参考文献

[1]黄炼.太阳能在船舶动力领域的应用及前景[J].科技创新与应用，2020（03）：183-184.

[2]于全虎.太阳能动力船舶研究与发展综述[J].船电技术，2018，38（02）：30-34.