清华大学博士造车（清华博士回复四年级的孩子提出的汽车问题）

女儿马上四年级开学了，这是假期她问我的一个问题，我觉得孩子很有想法，但又不知道怎样具体回答她。不过，细想问的也很有道理，汽车行驶过程，特别是高速行驶过程中产生的风能，及日常的太阳能，都是清洁能源，能否用于解决或部分解决汽车本身的用电问题。我回答孩子可能会增加阻力，不过对这个领域不太了解，希望有大神们指点，给一个可以回复孩子的最科学合理的回答，她图片的想法科学和天真的地方。谢谢大家

首先，向题主的女儿点个赞，才四年级就能提出这么有想象力的问题，还画出了图：

车上安装风能发电，乍一听只有是异想天开的小孩子的想法。实际上，我在清华读博的时候，有一位想保研汽车系的航院本科生，就向我的导师提出过类似的设想： 在车上布置风能利用装置，从原本消耗于风阻的那部分能量回收一部分。

你看，您的孩子提出的问题，和清华本科生的水平差不多了！当然，小孩子与清华本科生的着眼点是不同的。小孩子想的，应该还是永动机的思路： 汽车行驶的时候，打开窗户就发现相对风速很大，一定有很强的风能潜力可以利用吧？

实际上，这里的相对风速主要是由车速提供的，而不是由外部空气流动提供的。当直接往车顶安装一个风力发电机的时候，它发电潜力并非来源于空气流动，而是来源于汽车的运动。它每发1度电，就要消耗多于1度电的汽车动能，这是得不偿失的！

因此，这种永动机的思路是不可能实现的。当然，能提出类似下面永动机思路的小孩子，都是很聪明的，前途无量。

清华保研同学，水平再差也不可能犯这种违背能量守恒定律的错误。

他的着眼点在于：汽车高速行驶的时候都是有比较大的风阻的，这些风阻最终转化成了热能，能不能在风阻转化成热能的过程中，回收一部分呢？

就像制动能量回馈，不也正是在汽车动能转向成热能的过程中，挽回了一部分而增加了汽车续航吗？

我们还真花时间讨论了这位保研同学的想法，简单讨论之后认为： 这种想法在理论上也许有一定可行性，但工程中肯定不可行，所以否决了。

对了，这位保研同学还提出过另一个设想：利用喷气装置来实现汽车紧急制动。

这个想法就有点异想天开了，因为汽车制动力的瓶颈并不在于制动器的能力，而在于轮胎抓地力。此外，制动时向前喷气，是不是要把行人给喷上天了啊？

最终我们认为他的想象力过于丰富，更适合搞理论研究、前沿技术研究，而不适合做汽车工程师，所以没录用他。

太阳能要稍微可行一些，只是效果不大、成本很高。

2010年，丰田普锐斯推出了太阳能板的选装配置，良好光照条件下可以提供50W的功率，需要消费者多花2000美元[1]。发出的电仅能用于climate control(大概就是空调通风)，而不能用来驱动汽车。

2000美元你会买吗？要知道这车才2万多美元啊。加了钱还少了个天窗……

2019年，丰田在测试下一代电池板了，铺满车顶可以提供860W的功率（良好光照条件下）[2]，但离商用也很远，估计碰撞法规也不太好过。

国内也可以买到这样的车，小鹏P5可以花5000元选装60W的太阳能车顶，也是仅可以给车内电器用电，不能驱动汽车前进。目前我还没见过选装太阳能车顶的P5车主，5000元也是钱啊，这钱花出去后恐怕是收不回成本！

2022年4月，天津市的科学技术奖励大会亮相了「天津号」太阳能汽车，它的思路是在停车时可以展开翅膀，增加充电面积。这就与卫星展开太阳能板有像，还是挺酷的：

问题是，停车的时候也不能随便展开啊，那得多大的停车位…… 全天充电6.6度，可以行驶60公里左右[3]。Emm...怎么说呢，在战乱时期切断了电力供应时、当遇到全城限电的极限情况时，这样的车还是挺有用的！

你可能会说，现在技术不成熟，但咱们可以努力啊！

努力，也是要看上限的。我再努力，滑雪也不可能超过谷爱凌，物理学也不可能超过爱因斯坦，所以明智一些还是不努力了吧……

当然，4度电也不少，但我们要看到代价是什么： 妥协的造型设计、更难的碰撞设计、白天必须停在太阳光下……

总体上来说，汽车作为一个表面积不大的灵活出行工具，从根本上就无法做到「边充边跑」的。太阳能车顶永远只能作为锦上添花的选装，而不可能作为主力能量来源。

尽管哪些，您孩子的想法依然是有趣的、值得鼓励的！ 希望他能继续提出类似的想法，而不要被繁重的作业给压垮！

下面这篇文章不错，指出了边充边跑的太阳能汽车的上限：每天最多发4.3度电。