用太阳能给汽车装上恒温空调
随着又一波冷空气来袭，北京城正一步步朝着冬天靠近。在寒冷的冬天，开车的市民最痛苦的莫过于早晨上班赶路时坐进冰窖般的车厢里。毕竟在寸土寸金的北京城，独立车库是奢侈的愿望，露天停车位才是多数车辆的待遇。同样在夏天，钻进暴晒过的车厢，那种“酣畅淋漓”也足以令人记忆深刻。
虽然车里有空调，但“弱小”的汽车电瓶根本无法支撑它脱离发动机长期运转，怠速运转则伤车费油也不环保。那到底有没有一种办法可以经济高效地让车辆在停驶时车厢内部也能维持一个舒适的温度呢？来自北京工业大学的“汽车迷”尤琦和同学一起研发出了一种“太阳能供电式车内温度调节装置”，可以利用太阳能驱动半导体制冷片调节车内的温度，夏季制冷，冬季供热。这项成果在今年的“挑战杯”首都大学生课外学术科技作品竞赛中获得了三等奖，并且获得了国家专利。
冬夏坐车成了痛苦经历
1998年，三岁的尤琦第一次认识了汽车——父亲开回了一辆“面的”。他开心地坐在驾驶室里，握着方向盘不肯松手，“也许就是从那个时候开始，我喜欢上汽车了。”尤琦说，此后家里的车从面的一步步更新到夏利、伊兰特，自己对汽车也越来越熟悉，越来越喜欢，“上学以后，发动机、变速器、挡位这些词儿就能脱口而出了。”
在小时候的尤琦眼里，汽车是一件奇妙的玩具，能带他去一个个神秘的地方。但有两个时候，他畏惧坐车。一是盛夏，二是寒冬。“冬天还好，家里人会等车热好了再让我上车，但夏天就顾不上那么多了。”他说，记得有一次坐进暴晒的车厢里，热浪扑面而来，差点儿没憋过去，然后哇哇大哭，“这种体验，一辈子都不会忘记。”尤琦说。
读高中时，他就开始萌生一种想法：能不能利用太阳能给车里装一个“电风扇”，让车内外的温度经过通风实现尽可能的均衡。只可惜因为功课繁忙，一直没有机会将这个想法付诸实施。
2013年9月，“汽车迷”尤琦考入北京工业大学环境与能源工程学院，就读于他喜欢的热能动力工程（汽车方向）专业。入学后不久，他参加北工大组织的新生研讨课，班主任张红光鼓励学生积极参与科技创新。在课上，尤琦提出了自己高中时萌发的“太阳能车辆通风”构想，得到了张红光的支持。“老师鼓励我大胆想象，大胆实践，不要怕失败。他还提出了建议，让我关注一下半导体制冷。”
泡沫箱里见证降温奇迹
半导体制冷，对于刚刚完成高中学业的尤琦来说完全是一个陌生的领域。此前他只知道金属能导电，非金属不导电。他开始泡图书馆，从书中寻求答案。
通过自学，尤琦明白了“热电制冷”这一全新的概念——热电制冷是具有热电能量转换特性的材料,在通过直流电时具有制冷功能，由于半导体材料具有最佳的热电能量转换性能特性,所以人们把热电制冷称为半导体制冷。
尤琦说，半导体制冷有一种效应，当两种不同材料构成电流回路时,回路的一端吸收热量,另一端则放出热量。吸收和放出的热量与电流强度成正比，“这样就实现了热量的交换，某种程度上起到了空调‘压缩机’的作用。”尤琦恍然大悟，明白了老师当初提示自己的用心。
他申报了北工大的“星火基金”重点项目，很快得到了学校最高3000元额度的支持。用这笔钱他购买了三个半导体散热片、水泵等一系列实验材料，王皓轩等同学也加入进来，拧成了一股团队科技攻关的力量。
进入2014年上半年，团队在能源楼一层的实验室开始了模拟实验。“因为太阳能面板供电技术已经非常成熟，我们专注的是如何让半导体材料发挥制冷、制热的效果，所以实验室里我们采用了直接电源供电的方式。”尤琦说，他们在半导体散热片上抹导热硅纸，然后贴上水冷贴片，串上金属片，连接上水泵，装出了第一代版本的“汽车空调”。
装完后，他们就迫不及待地在一个泡沫箱里验证“空调”的效果。当时室内的温度是23摄氏度。接通电源后，半导体散热片迅速开始发挥作用，半个小时后，他们取出泡沫箱里的温度计，温度显示箱内温度只有5摄氏度，“降温效果也太好了，可以当水果保鲜箱了。”尤琦高兴地和同伴们开玩笑。
冬季半小时能升温9摄氏度
第一代版本的“汽车空调”试验成功后，尤琦和伙伴们没有沾沾自喜，立即投入开发第二、第三版本的研发，“一是让系统运行更稳定，二是改进用于热量交换的水泵储水罐，以方便加水。”尤琦说，他们还有一个目标，让这套系统装上真正的汽车，来降一次温。
2014年10月，团队购买了太阳能电池板，进入实车验证环节，“一块电池板982块钱，这是我们最贵的实验材料，所以数字我记得特别清楚。”尤琦说。这块太阳能电池板的存储电量相当于普通的汽车蓄电池，并且只要有阳光，就可以源源不断地发电，足以承载三块散热片总计216瓦的运行功率。尤琦说，太阳能电池板将太阳能进行收集并转换为电能进行储存，释放的电流通过半导体散热片，只需通过改变电流方向，就可以达到制冷或者制热的目的。调节电流量的大小还可以用来调整制冷或者制热的速率。
他们借来了学院里一辆燃烧甲醇的实验轿车，在车顶铺上太阳能电池板，然后连接防水线缆到汽车的后备箱。后备箱里装上太阳能控制器和蓄电池。后保险杠挂载车外散热器，然后让线缆通过车底开孔进入乘员舱内,驾驶舱前部安装散热器。整套设备安装完成，已经是夜里的12点。兴奋的他们毫无困意，当场在车内加装温度计，开始做制热实验。
太阳能电池板在白天已经充满了电，直接放电即可激活半导体散热片。试验前的车厢内温度是7摄氏度。半小时后，一位同伴取出车内的温度计，上面显示车内已经升温到了16度，“快接近咱们屋里的温度了，终于不会被冻死了。”尤琦说。
今年上半年他们还进行了实车“降温”测试。从11点至13点这个时间段，汽车暴晒50分钟，未启动装置时车内温度从26.2摄氏度升高为48.3摄氏度，启动装置后车内温度从28.6摄氏度升到了42.5摄氏度，升温幅度从22摄氏度降至了14摄氏度，效果非常明显。
期待实现手机智能操作
尤琦说，半导体制冷优点有以下几个方面：装置尺寸小、重量轻、无机械传动、工作中无噪音、制冷参数不受空间方向以及重力影响等。他们做了一项测算，安装了“太阳能供电式车内温度调节装置”后，汽车停放状态下车厢内温度明显趋于舒适范围，并且由于全部使用了太阳能所以并不会耗费燃油。若每年冬季、夏季各工作4个月,每月工作20天，每天工作5小时计算，全年可节省70升汽油。
研究期间，指导老师张红光、主管实验车辆的张彦琴、学校物理实验中心的刘敏蔷都给予了这个团队巨大的帮助。今年5月份，他们的装置获得了“挑战杯”首都大学生课外学术科技作品竞赛三等奖。8月份，装置正式获得了国家专利，随后在北工大的科技节上亮相，引起众人关注。
在许多人看来，这项研究可以顺利结束了。不过尤琦告诉记者，研究还要持续，“老师们给我们提了很多意见”。他说，目前的整个装置还比较分散，推向市场的话需要进一步整合成一个模块。另外他还在考虑引入手机智能操作，这样车主在家里就可以随时查看车内的温度，在出门前先启动太阳能“空调”，最终实现舒适行车。
当记者问尤琦是否会以此为项目开始创业时，尤琦坦言目前还没有这样的打算，“我这人属于技术狂热型，对于管理一窍不通，也没有什么兴趣。”他说。
2013年尤琦拿到了驾照，开始摇号。尽管到目前离中签还遥遥无期，但他已经有了打算，中签后买一辆车，开始全面整合自己的这套太阳能“空调”，努力把它做出成品，“童年的热浪经历应该要彻底结束了。”
