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Windarcar Blog

2013-07-04
〔特別企劃〕組裝太陽能電動輔助腳踏車

前就有打算把家中的老舊二行程機車給汰換掉。正在查看電動車的相關資訊。電動車有三個分類:電動機車、電動自行車及電動腳踏車。個人是喜歡電動自行車,主要是有三點的考量:一、汽油貴,所以要電動車。二、電動機車要收牌照稅,電動自行車不用。三、電動腳踏車有限速25公里/小時,電動自行車可以騎快一點。

在此先感謝某電池專賣店的龍老闆,借給我一塊太陽能板來玩玩。還有我的一個在屏東當老師的同學,他組裝了二台腳踏車電動套件,每天都騎著上下班。於是乎,心中浮現了計劃!在油價、電價都漲,本人又對政府及台電的核能政策相當反感的情況下,做了一個決定!就是要組裝一台太陽能輔助電動車。不吃油,也不插電的一台代步車。

上網查了幾天的資料,發現雖然國內也有人玩這樣的組合,但是都沒有詳細的技術資訊說明。比方說:電動馬達要多大?太陽能板要多大?電瓶要多大?…之類的。雖然有腳踏車廠商己經開發商品化的實體車出來了,可是當我打電話去詢問,回覆說該產品仍在研發中!因此只好自己摸索,不確定的部份就用保守的估算來測試。在這裏發佈我的組裝數據,給有打算DIY的朋友們參考。小弟沒錢,所有的零件部品買了就只能直接裝上去用!沒有後悔的機會。

首先,就是車輛的選擇。
要在車輛上加裝太陽能板,二輪車是無法穩定的固定太陽能板,所以是以三輪以上的車輛為考量。原本是要以〔三輪斜躺車〕為底盤。那是首選的車架,大家有興趣的話可以在網路上查看看。不過實在是太貴了!不確定計劃會不會成功的考量下,只好以最常見的三輪腳踏車來改。以輪胎大小來分,有20吋及24吋兩種規格。價格差不多,我選擇20吋是因為重心比較低(加上太陽能板會讓重心變得很高,穩定性會變差),而且由於機電馬達是同一顆(後面會再說明),扭距小一點,出力會較大,要拖動過重的車體以20吋輪胎是最佳考量。
說明圖示
說明圖示

馬達機電方面,有24V、36V、48V的選項。此外還有200W~500W甚至更高功率的選擇。電壓值愈高,出力愈大,但電瓶就裝愈多、太陽能板也要增加數量,重量就會一直往上加!
功率(W)愈大,車速及加速都會較佳,但是耗電也會很快,行駛距離就會減短。
我買的是36V、400W的馬達。後續估計須要安裝三顆電瓶及三塊太陽能板。這是考量重量及出力下所做的決定。
說明圖示
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再來就是太陽能板。
雖然太陽能板是愈大愈好,相對的功率(W)愈高,體積就愈大、重量就愈重!市面上有一種軟性太陽能板,重量輕是它的優點,但是成本貴、發電量小,實在是不合用。正常硬板的太陽能板,我的選項從10W~100W的範圍中,以40W為最終選擇。
以一般電動馬達來說,消耗電流(A)約在1~3A(安培)左、右。在不知道馬達的耗電量,我以2A的平均耗電量來推算,太陽能板也要有2A的發電量。40W的規格在閉迴路中,最大發電量有2.14A,重量約4.2KG。請注意,前面說到要三塊太陽能板才能作動,換算下來光是太陽能板就要12.6KG。多重呢?差不多是一顆國產小汽車用的電瓶重!
說明圖示
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順便再談線路的接法。
電瓶是12V,太陽能板也是12V。充電的方式很簡單,就只是並聯而已,正接正、負接負。中間再多加個充電控制器(太陽能板販售者有,可一併購買),避免過充。
而馬達機電是吃36V,也就是12V電瓶須要三顆串聯。
也就是這三顆電瓶是串接成36V,但單一電瓶是並聯太陽能板,讓單塊太陽能板充電單顆電瓶。有人是將太陽能板串聯成36V再並聯到36V的電瓶,可是那顆36V充電控制器又是太貴了!我只好買三顆12V充電控制器還比較便宜。
說明圖示

電瓶是比較沒什麼選擇。原先是打算以別人車上換下來的舊汽車電瓶來裝,不想花錢另外買。可是實際上裝上三輸車後,發現光是單顆電瓶就約重13KG,三顆就39KG。空車的情況下,我還沒坐上去,輪胎就扁得有一點可怕!想到再加上我6~70KG的體重、太陽能板的重量和其它支架的重量,只好乖乖的去買〔正常〕的電瓶。
電瓶有分:鉛酸電池、鋰電池、鋰鐵電池。因為我是電動腳踏車及太陽能共用,查問後,以鉛酸電池比較合用。規格是12V、12AH,單顆重量約4.03KG。

好啦!所有的東西都到了,是不是裝上去就OK呢? 錯!最大的挑戰現在才開始。
三輪腳踏車和馬達機電大約花了二個小時就組裝完畢。因為那本來就是腳踏車組裝套件,所有的東西只要裝在它應該要到位的地方就可以了。較麻煩的是要如何把太陽能板裝到三輪車上!
說明圖示
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首先面對的就是要裝在那裏,再來是必須不會影響車輛的操作,還有人員的乘坐、重量控管。這部份就不說太多,最後決定是裝在車頂、以白鐵方管材質,總高度壓在190公分以下。
在架構圖畫好後,找了好多間店,不管是做鋁門窗的、賣鐵管的、作焊接的、三輪車鐵架加工的…都沒人願意做!!
我只好分別去裁管、加工、焊接,多跑幾間店,將材料變成品。

完成!!
說明圖示

我想大部份的人開頭一定會問:它能跑多遠? 能跑多快? 充電要充多久?
在剛組裝好的時候,我有用電流錶測量。起步的瞬間,電流達到20幾安培(A)。起步後,在巡航速度則是在1~2A的耗電量。以電瓶的容量12AH(安培小時)來說,如果耗電量是2A,那就是可以騎6小時。但是實際上,我們不可能騎到完全沒有電!大約剩下一半的電量,車輛〔可能〕就沒力囉!

400W的馬達,36V的電壓換算最大消耗電流量為11.1A。起步時的20多安培耗電感覺上是滿大的,不過我在線路中有裝一個15A保險絲,使用到現在倒是還不曾燒掉。
說明圖示

太陽能板的充電更是很難說明。在沒有陽光直射的大晴天,發電量不到0.05A。而在大太陽底下時,有約1.7A的發電量。然而當您用一片葉子大小遮住太陽能板,發電量馬上掉到0.5A左右。在路上跑的時候,當然不可能四周都是空曠地,只要有電線桿或店家招牌的影子晃過去,那電流的變化量就很大了。

說那麼多,還不如實際去跑一跑!
是的,於是我找了個星期天,從高雄火車站前站附近,用我候鳥般的方向感,再加上一台臨時加上去的導航機,目標設定在高雄左營的世運主場館。為什麼要挑〔世運主場館〕,因為它是有裝太陽能板的屋頂啦!來回大約20公里。
說明圖示
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有了導航機,我可以知道車速。感覺上,最佳的行駛速度約在10~15KM/H,約是一般腳踏車滑行的速度。而最快的車速是在世運大道上測出的27KM/H。我還到蓮池潭去晃一下,共花了3個小時。
說明圖示
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測量電壓,單顆在出發前約12.7V。回來後,電壓約在12.4V。電門把手上的電瓶容量燈號則是都沒有降,滿格!!
說明圖示

如果您也有興趣要自己組裝一台太陽能車來玩玩,在這裏有幾個要點必須說明一下。
一、太陽能並不是完全環保的!在生產太陽能面板時,它還是會產生對環境有害的物質。但是和核能比較起來,生產太陽能面板所生成的汙染是可被控制的。
二、三輪車的騎乘駕駛方式和一般二輪的腳踏車有很大的不同。轉彎時重心的偏移會讓不曾騎過三輪車的人無法轉向。
三、驅動輪是放在前面,當路面不平而發生跳動,蠕行的現象會很嚴重。必須先鬆電門,等車輛穩定後再加速。
四、由於腳踏車沒有避震器,完全是靠輪胎在作緩衝。真的不適合跑太快!
五、40W的太陽能板後來覺得可以再小一點就夠用,大約30或20W。因為重量及體積真的大了一點。
六、太陽能板的安裝重心原本是放在中間,以增加前輪的下壓力。測試後發現還是放在靠後方的位置,前輪的操控才會比較穩定。

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