“天津号”纯太阳能车诞生记

4月11日，在天津市科学技术奖励大会上，作为2021年天津重大科技创新攻关成果，一台名为“天津号”的纯太阳能车甫一亮相，立即惊艳全场。

去年以来，这项引领科技创新、探索绿色发展新路径的重大创新攻关项目，被同一时间排在天津发改、科技、工信、教育四大职能部门重点工作首要位置。这是一个怎样的项目？因何以创新和绿色作为着力点？

时间拨回2020年9月，两个高频词屡屡刷屏──碳达峰、碳中和。在第七十五届联合国大会一般性辩论上，习近平总书记向世界庄严承诺，中国二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值，努力争取2060年前实现碳中和。

3个月后，习近平总书记在省部级主要领导干部学习贯彻党的十九届五中全会精神专题研讨班开班式上，明确要求“有力有序推进创新攻关的‘揭榜挂帅’体制机制”。

为贯彻习近平总书记重要要求，落实“双碳”目标，我市瞄准重大科学前沿和产业科技前瞻，从掣肘的交通污染顽疾入手，确定以打造纯太阳能高等级智能网联车为突破口，采用科技攻关“揭榜挂帅”方式，探索以重大项目引领重大科技创新，支撑绿色发展，体现责任担当。

历时5个多月的协同攻关，“天津号”纯太阳能车研制工作取得重要阶段性成果，各项攻关指标达到榜单要求。天津凭着敢闯敢试、敢为人先的勇气和矢志创新、锐意进取的实干，在创新引领绿色低碳高质量发展路上，交上一份圆满答卷。

挑战：一个纯字，难在哪里？

去年以来，从中央到地方，“揭榜挂帅”频发“英雄帖”。天津坚决贯彻落实习近平生态文明思想，按照习近平总书记关于“打造我国自主创新的重要源头和原始创新的主要策源地”的重要要求，确立了制造业立市等一系列决策部署，以研制纯太阳能车为抓手，制定科技攻关榜单，促进新能源、新材料、人工智能等前沿领域持续创新，推动科技创新与先进制造业融合发展。

有人说，纯太阳能车就像个斑斓的梦，五光十色却让研发者望而却步。近年来，以太阳能作为混合动力的概念车陆续面市，但是依靠太阳能作为全车唯一能量来源的仍无先例。一个纯字，到底难在哪里？这份榜单如何凝练？天津又将围绕这台车做出怎样一篇大文章？

这项研究是要研发一款完全依靠太阳能驱动、不使用任何化石燃料和外部电源、真正实现零排放、引领前沿技术的智能网联汽车。我市着重从产业技术问题中凝练榜单任务，将纯太阳能车分解为能源转化与利用、无人驾驶技术、轻量化技术等关键核心指标，使车的整体性能达到世界领先。项目要求立足我市产业基础和优势，以园区接驳、景区观光、校园通勤等场景应用示范为目标，实现我市最先进技术成果的集成应用。

去年4月的一天，市政府在市科技局召开“天津号”纯太阳能车项目榜单发布会。大屏幕上列出的十大指标，让这个项目看起来是个不可能完成的任务──续航里程不少于50公里，最低速度不低于50公里/小时，搭载人数不少于3人，自动驾驶等级达到国标4级以上，太阳能电池阵最高转换效率大于30%，比同类车型整车减重50%以上……

十大指标，个个严苛且充满挑战。如果按1度电跑10公里计算，意味着这辆车每天至少要充5度电，而目前高配置的电站及太阳能板，年平均单日充电量仅有4度。当前，民用级别的太阳能电池板光电转化率最高不过23%，30%的指标难度可想而知。

一纸“求贤令”，引来众多勇者。天津三家企业长城汽车、旭驰汽车、阿尔特汽车脱颖而出，角逐帅印。

孙逢春，中国工程院院士，被誉为中国电动汽车第一人。去年“五一”假期刚结束，他和另外6位新能源、新材料领域专家齐聚天津，参加“揭榜挂帅”项目专家评审会。面对三家企业，他话语坚定：“指标必须达标，‘揭榜挂帅’就是签下军令状！”

评审会4天后，结合多轮评定和专家意见，阿尔特汽车成功“突围”成为最终“挂帅者”。

开跑：想，全是问题；干，才有答案！

一朝挂帅，军令如山。“天津号”纯太阳能车排定时间表，2021年8月31日交付静态整车，10月底前完成试跑。

当今，世界经济正在从资源依赖型向技术依赖型转移，一边是对能源需求的望眼欲穿，另一边创新就不能按部就班。

按照“揭榜挂帅”项目管理规定，阿尔特汽车可以自主组建研发团队，自主决定技术路线和经费开支，调整事项无需报备。依据“挂帅单位吹哨，部门报到”机制，阿尔特汽车可以召集政府部门协调解决问题，还可以调集中国汽车技术研究中心、中国电科十八所、力神电池以及天津各高校力量集中攻关。

2021年5月15日，接过帅旗的当天下午，阿尔特汽车的会议室里一片寂静，工程师们围坐在一起，呼吸声都显得格外轻。“一辆整车常规开发周期是24个月，而这个项目只有5个月！”作为从业30年、业绩出色的资深汽车人，天津阿尔特汽车公司总经理、“天津号”纯太阳能车项目负责人王彦辉这次也感到前所未有的压力和挑战：“留给我们的时间不多了。”

除了超短的造车周期，这次无解的问题似乎太多──普通面包车的车顶面积只有4平方米，能吸收的太阳能根本无法支撑续航50公里要求；比同类车型减重50%以上，意味着即使全部采用市场上最轻量化材料，全车依然超重；全新的供能系统、储能系统，再加上国标4级以上自动驾驶系统，近万个部件能否兼容、协同工作……

想，全是问题；干，才有答案！

一支15人的项目组在阿尔特汽车迅速成立，职能部门也立即“开跑”。

攻坚：考验实时存在，一次次推翻重来。

随着研发工作进入实质性攻坚，如何突破太阳能电池板4平方米限制，项目组遇到了第一个难关。

一次次提出方案，又一次次推翻重来。必须兼顾行车安全、内部结构、无人驾驶等种种需要，这4平方米难住了所有人。

“有一天加班到很晚，我无意间看到解放桥开启的新闻，桥身从中间打开，然后再竖起来，形成翅膀一样的伸缩结构。”那一刻，天津阿尔特汽车公司工程师赵建平突然有了灵感。第二天一早，项目组马上集体讨论，车停下充电时，可以通过展翅的形态设计，把叠放的太阳能板伸展出来，这样就使面积扩大了一倍。“这个方案出来时，大家别提多开心！”赵建平说。

解决了太阳能电池板从4平方米到8平方米的提升，而发电量要支撑续航50公里，电池板的光电转化效率至少要达到31%。

这次目光投向坐落在天津的中国电科十八所，其研发的太阳能电池阵几乎贯穿整个中国航空航天发展史，从“东方红一号”到“天宫一号”，太阳能电池板全都产自这里。其中，“神舟十二号”载人飞船以及“天和”核心舱搭载的太阳能电池板，光电转化率恰恰达到31%。

“经过多轮商讨，决定要把我们最先进的技术应用到这台车上。” 中国电科十八所工程师吕冬翔说，“最终采用的是空间砷化镓太阳电池技术，这与‘神舟十二号’载人飞船和‘天和’核心舱的太阳电池技术是相同的。”

砷化镓太阳电池技术在深空表现堪称完美，可当太阳光穿过大气层，光谱大幅衰减后，光电转化率仅剩下25%，剩下6%的差距怎么办？

奥秘就在半导体材料的重新排列组合中。

经过数十次推演，研究团队得出一个较理想的电池配比方案。但地面不同于深空，风吹、雨淋、日晒、结雾、凝霜，再加上天津盐碱程度高，地面环境对太阳能电池板本身和光电转化率的考验异常严苛，选材至关重要。

以封装工序为例，多达数百种材料，吕冬翔等人只能一种一种试，每种材料都要经历高低温、淋雨、沙尘、震动等多重考验。

一次又一次，这群年轻的科研工作者迎着阳光向前。无数次失败后，终于迎来曙光。实验结果证明，安装在试验车上的砷化镓太阳能电池性能稳定，即使在阴天情况下，依然能发电使用！

接下来，难题传导到减重环节。整车减重50%以上，能实现吗？

铝的密度是2.7克/立方厘米，碳纤维的密度是1.8克/立方厘米，项目组最初考虑的方案是整个车身采用碳纤维骨架。然而，由于周期原因，光模具制造就要2—3个月，除了时间上不允许，碳纤维昂贵的成本与项目可推广性、未来产业化的初衷也无法契合。整车碳纤维轻量化方案行不通，只能另寻出路。

技术人员认为，车身骨架采用铝合金结构，外覆盖件是碳纤维结构，能减重40%。车身仪表板管梁是整车、仪表板、中控仪表等部件的主要承重部件，也是车身总成的关键部件，减重最后10%的希望被寄托在这里。

天津理工大学材料与工程学院陈民芳教授在基础材料这条寂寞路上走了40余年，这次当仁不让接过挑战。

阿尔特汽车设计的仪表板管梁必须经过挤压成型，无法直接浇筑出来，这成了陈民芳团队必须要过的一道坎。

根据设计需要，“天津号”仪表板管梁呈日字形结构，横截面金属焊点多达6个，挤压加工的难度提升了数倍，对材料提出更高要求。

一代材料一代技术，一代技术一代装备，材料已成为推动世界科技进步的重要力量。近半生的埋头科研，让陈民芳取得了20多项专利，但太多专利是一诞生便雪藏。

“天津号”的出现，让陈民芳的坚守有了色彩。试验中，型材挤压出现断裂，找到问题原因，陈民芳组织团队对配方进行调整，第二次冶炼挤压成功了。

“‘天津号’让学校的科研成果走出校门，真正投入到工业应用中！”陈民芳激动不已。

随着天津理工大学的镁合金系列、天津工业大学的高性能纤维编制材料等一一实现应用，10%的目标被一点点攻克。在“天津号”纯太阳能车研制过程中，有12项高校科研成果完成落地示范，为我市高校前沿科研成果提供了全新应用场景。

破茧：全部达标并优于预期！

研究步步推进，复杂难题被逐个击破，“天津号”也一天天破茧而出。

2021年8月28日，焊装结束。

8月31日，静态验收。

9月7日，太阳能展翼系统调试完成。

9月8日，开始喷漆涂装作业。

9月11日，全车内饰包覆结束。

……

时间来到10月29日，在天津体育馆外的试跑场地，“天津号”纯太阳能车第一次在世人面前揭开面纱──以蓝色基调为主的车身，充满了未来科技感。

为体现天津特色，尽显天津之美，除了车顶太阳能板的展翼设计灵感源自开启的海河解放桥，还有诸多设计理念、灵感元素来自天津。车顶的流线型造型，形似天津自然博物馆的穹顶式曲线；车头的横梁流线设计，形似字母T，也象征着海河玉带；车轮的轮罩装饰与车轮轮辐巧妙结合，形似“天津之眼”摩天轮的轮廓；内饰的包覆材料采用负氧离子涂层技术，好似添加了“空气维生素”，增强乘车舒适感……

测试数据显示，在晴好天气下，“天津号”纯太阳能车年平均日发电量达到7.6度，支撑续航里程79.2公里，与燃油车相比，每百公里可减少碳排放25千克左右。全部达标并优于预期！

下好未来产业“先手棋”，体现的是一座城市的高瞻远瞩，提升的是整个城市的核心竞争力。

“任何一个产业的发展，一方面要抓住当前，稳住运行底盘，另一方面更要下好‘先手棋’。通过这次‘天津号’纯太阳能车的研发，体现了天津在汽车行业方面要率先突破关键核心技术，率先在国内形成标杆，率先在未来产业技术上抢占先机。”市工业和信息化局副局长周胜昔说。

“此次联合攻关，攻克了太阳能高效转化、高密度储能、轻量化材料等多领域前沿技术，集成了镁合金、钙钛矿、碳纤维、高阻燃降噪材料等47项先进技术，其中16项达到国际或国内领先水平。通过需求牵引促进创新链产业链融合，联合42家单位开展适配攻关，37家天津本地供应商参与项目，关键核心零部件‘含津量’达到100%。”市科技局副局长祖延辉说。

“‘天津号’纯太阳能车的研制成功，彰显了天津贯彻落实绿色发展理念的坚定决心和我市门类齐全、实力雄厚的制造业基础，也展示了天津产业与创新融合发展的集成能力。”时任市发展改革委副主任梁军说，“下一步，我们将持续开展新一代太阳能车转化技术攻关及纯太阳能车技术迭代升级和产业化，举全市之力深入探索实现‘双碳’目标的新路径、新机制、新模式，为我国主动承担应对全球气候变化责任的大国担当，建设制造强国，贡献天津力量，展现天津作为。”