与太阳竞速 — 2025年世界太阳能车挑战赛如何突破效率与可靠性的极限
每两年，来自世界各地的富有创新精神的年轻人都会齐聚澳大利亚，参加一场别开生面的赛事。普利司通世界太阳能车挑战赛并非比拼车速 — 它旨在突破太阳能、电力电子技术与人类智慧所能达到的极限。
这项已有38年历史的赛事将于2025年首次在冬季举行。“在阳光充沛的夏季驾驶太阳能汽车似乎理所当然，”赛事首席科学家John Storey教授表示，“但这次比赛并非在十月举行，而是定于八月进行。”这项变更促使规则进行了重大更新：现在允许各车队安装六平方米的太阳能板（原为四平方米），以补偿较低的太阳辐照度。
面板背后的技术实力
太阳能车是工程学的奇迹，每一瓦的能量都弥足珍贵。“功率变换对于这些汽车来说绝对至关重要，”Storey解释道，“车上配备了最大功率点跟踪器、电池充电系统、电机驱动系统，以及为低压系统供电的附加DC-DC变换器。所有这些组件的关键在于可靠性，这是首要的，其次是效率。”
现代电力电子部件已具备惊人的效率，通常超过98%。但即使只有1%的提升，也可能产生显著影响。“电子部件效率越高，所需散热就越少，散热器就能做得越轻。这样一来，汽车的整体重量就会越轻。”
Storey回忆起自己曾嘲笑过各车队的散热片过大。“有时我会问：‘既然你们的电子部件如此高效，为什么还需要那么大的散热片呢？’”一支车队甚至配备了水冷电子部件 — 在每克重量都至关重要的比赛中，这无疑是个大胆之举。
在连续参加的第二场赛事中，苏黎世联邦理工学院aCentauri车队采用Power Integrations提供的基于PowiGaN技术的DC-DC变换器，为其太阳能赛车内的所有12V电子系统供电。他们的无散热片设计在比赛中给许多评委留下了深刻印象。它采用车规级的InnoSwitch3-AQ反激式开关IC，在轻载和满载条件下均可实现95%的效率，输出功率范围为5W至60W。
电池：战略核心
虽然太阳能板备受关注，但电池才是这场竞赛的战略核心。“这些汽车主要依靠太阳能驱动，但约10%的能量来自电池。”Storey表示。这10%的供电正是车队做出关键决策的依据 — 究竟要加速穿越云层，还是减速停留在阳光下。
自1987年赛事启动以来，电池技术已取得巨大进步。“那时，电池界的顶尖技术是银锌电池，”Storey回忆道，“它们被用于导弹，循环寿命仅有五次。基本上，这些电池只设计为一次性使用。”
如今，锂离子电池占据主导地位，但即便在这个类别中，能量密度也在快速提升。“当磷酸铁锂电池的能量密度从每公斤120瓦时跃升至200瓦时时，我们完全措手不及，”Storey表示，“现在我们改用能量值 — 11兆焦耳 — 而非重量来表示电池容量。”
鳍片的兴起
今年最令人振奋的发展之一是空气动力学创新。2023年，比利时的一支车队以一款可展开的鳍片震惊了整个赛场，这款鳍片的作用类似于帆，可以利用侧风来提高速度和稳定性。“那辆车后来被称为鳍式赛车，”Storey表示，“今年有四五辆赛车都装了鳍片。”
Storey是这种设计的粉丝。“个人而言，我非常喜欢鳍片设计。现代交通面临的挑战之一，是如何在不消耗大量能源的情况下实现人员运输。轻型车辆是解决方案，但它们容易受到侧风的影响。鳍片或许可以提高车辆的稳定性。”
一场塑造未来的赛事
普利司通世界太阳能车挑战赛不仅是太阳能汽车的试炼场，更是可持续交通未来的缩影。“这本质上是电动汽车领域的一级方程式赛事，”Storey表示，“在此测试的技术将影响我们未来出行的交通方式。”
尽管太阳能车可能永远无法成为主流通勤工具 —“从固定太阳能板充电比从车载太阳能板充电更容易。”Storey指出 — 但这项赛事催生的创新将产生涟漪效应。从无刷电机到高效风扇，再到像Tritium这样的电动汽车充电公司，挑战赛的技术影响无处不在。
正如Storey所言：“这场活动关乎希望。这是一场技术冒险，为我们指明通往可持续世界和可持续未来的道路。”
