Меню

Автомобили с солнечными панелями

Машины на солнечных батареях – тупик или будущее автомобилестроения?

Развитие и вероятные перспективы производства автомобилей на солнечных батареях – особенности таких машин. Видео о коммерческом авто на солнечной энергии.

31 августа 1955 года небольшой автомобиль – всего 15 дюймов (38 см) в длину – стал главной достопримечательностью автошоу General Motors Powerama в Чикаго. Это была не игрушка, а первый в истории автомобиль на солнечной энергии. Точнее, футуристическая миниатюра, в которой была предпринята попытка заложить основу будущего, где автомобили будут работать за счет чистого, неисчерпаемого источника энергии – солнца.

Идея о том, что автомобили могут функционировать исключительно на солнечной энергии, набирает обороты в наши дни, когда борьба с климатическим кризисом стоит первым пунктом на повестке дня. Одним из её основных направлений является переосмысление того, как люди передвигаются. Итак, 65 лет спустя, почему автомобильный рынок не полон альтернативного транспорта на солнечной энергии?

Десятилетия эволюции

Первая модель «солнечного автомобиля» не была легковой машиной по общепринятым меркам – всего лишь образцом. Детище Уильяма Г. Кобба, сотрудника General Motors, получило название Sunmobile и демонстрировало 12 фотоэлементов, прикрепленных к крыше и вырабатывающих энергию, необходимую для передвижения маленького транспортного средства. Реализовать эту концепцию в жизни было невозможно, потому что максимальной мощности, производимой солнечными панелями, было недостаточно для работы любого из автомобилей той эпохи, но Sunmobile нарисовал картину того, куда может двигаться автомобильная промышленность. Это был первый из многих прототипов.

Bluebird, построенный Эдом Пассенери в 1977-м, многие считают первым настоящим солнечным транспортным средством. У экспериментальной модели было три колеса, и она могла двигаться за счет энергии, создаваемой фотоэлектрическими элементами, без использования батареи.

В 1982 году The Quiet Achiever стал первым автомобилем на солнечных батареях, способным преодолевать большие расстояния. Он проехал 2485 миль (4000 км), путешествуя от западного побережья Австралии до восточного, на что ушло чуть меньше 20 дней.

1980-е годы ознаменовались главным испытанием транспортных средств на солнечной энергии – гонками. В 1985 году в Швейцарии были проведены первые официальные соревнования автомобилей на солнечных батареях: Tour de Sol.

Самую известную гонку на сегодняшний день – World Solar Challenge – впервые провели в 1987-м. Теперь это мероприятие проводится раз в два года, а главными участниками являются университетские и корпоративные команды. Между собой состязаются солнечные автомобили, покрытые энергетическими панелями (обычно это один квадрат) и двигающиеся на 3-4 миниатюрных колесах. Они больше похожи на бобслейные, чем на легковые, но это чудо современной инженерии способно развивать скорость свыше 80 км/ч при меньшем потреблении энергии, чем фен. Такая техника далека от работоспособного аналога современных автомобилей, но позволяет анализировать и совершенствовать технологии.

Подобный конкурс регулярно проводится и в Австралии, собирая более 50 международных команд из десятков стран. Но за пределами гоночного мира фотоэлектрические элементы пока не получили широкого распространения на авторынке. Основными препятствиями являются:

  • непомерно высокие затраты, связанные с внедрением технологии;
  • пространство, ограничивающее количество размещенных на автомобиле панелей;
  • расстояние, которое автомобиль способен проехать;
  • скорость, которую он может развить.

Проекты и перспективы

Существует ряд инициатив по созданию транспортных средств на солнечной энергии, которые пытались открыть дверь потребителю. Одна из самых обсуждаемых – Lightyear One, электромобиль на солнечных батареях дальнего действия (725 км WLTP), не зависящий от сети. Он использует фотоэлектрические элементы, способные, по словам его создателей, дать на 20 процентов больше энергии, чем традиционные, и работающие независимо, даже когда некоторые из них находятся в тени. С ценой в 150 000 евро это неприемлемый вариант для большинства автолюбителей, но идея имеет интересные перспективы.

Еще один подобный автомобиль – Sono Sion. Он использует 248 солнечных элементов, разбросанных по всему «телу», что обеспечивает дополнительную дальность действия 21 милю (34 км) впридачу к 155 милям (250 км), которые он может пробежать от аккумулятора. Обеспечена полная автономность машины на небольших расстояниях. Цена – 25 500 евро.

Многие жизнеспособные проекты застопорились из-за финансовых трудностей. Один из таких случаев – спроектированный в Испании двухместный автомобиль, созданный для городских путешествий. Цена доступная – 5000 евро, но команда, стоящая за проектом, недавно объявила, что прекращает реализацию инициативы из-за отсутствия финансирования для производства первых единиц.

Почему солнечная энергия лучше электрической

Частные автомобили создают до 73 процентов выбросов в окружающую среду. Продвижение электромобилей в массы уменьшит загрязнение, но не устранит его. Электростанции, энергетические линии, зарядные коммуникации – всё это наносит вред природе, скрывшись от глаз обычных пользователей. Транспортное средство, полностью работающее на солнечной энергии, будет гарантированно чистым, не источая, как и электромобили, опасных выхлопных газов.

Существует также возможность (уже проверенная на различных коммерческих моделях) размещения солнечных панелей на крышах машин в качестве дополнительного источника энергии, который предназначен не для фактического перемещения автомобиля, а для других целей – например, питания кондиционера.

Солнечные гибриды

В настоящее время нет серийных автомобилей, полностью работающих на солнечной энергии. Однако появился ряд гибридов, добавляющих солнечные технологии к электрическим. Машины, подобные Sono Motors Sion, Lightyear One и Toyota Solar Prius, мы увидим на дорогах в ближайшие несколько лет.

Sono Motors – немецкий стартап по производству электромобилей. Sion будет, по сути, самозаряжающимся электромобилем со встроенными солнечными панелями, способными подпитывать машину, даже если она не подключена к электросети. Одна из наиболее интересных особенностей – система очистки воздуха: пряди островного мха, интегрированные в приборную панель, фильтруют воздух, регулируют температуру и влажность.

Читайте также:  Что заменяют солнечные батареи

Lightyear One, представленный в 2019-м и разработанный командой студентов-инженеров, выигравших гонки World Solar Challenge в 2013, 2015 и 2017 годах, – тоже гибридный электромобиль с солнечными батареями. Ожидается, что базовая «дальность полёта» машины составит 725 км, а каждый час, проведенный на солнце, увеличит запас хода примерно на 12 км. Автомобиль определенно роскошный. Запуск запланирован на 2021 год.

Третий пионер – Toyota Solar Prius. Текущий Prius уже предлагает солнечные панели в качестве опции, но новый Solar обзаведется уникальными солнечными батареями – ультратонкими панелями, разработанными Sharp и обычно используемыми на спутниках. Ожидается, что они обеспечат гораздо более высокую эффективность, чем кремниевые элементы, лежащие в основе наиболее доступных видов солнечных энергосистем, и увеличат запас хода на 56 км.

Есть ли шанс у «солнцемобилей»

Насколько работоспособными будут такие машины, трудно сказать до тех пор, пока они не испытаны жизнью. Наука редко прямо говорит «нет», но в данном случае призывает к осторожности. По оценкам экспертов, даже самых энергоэффективных солнечных панелей будет недостаточно для автомобиля с дальностью хода, сопоставимой с современными электромобилями – если не ждать несколько дней, пока машина зарядится естественным путем. Это связано с данными о том, сколько энергии могут собирать солнечные панели.

На каждый квадратный метр Земли в течение дня приходится примерно 1 киловатт солнечной энергии (фактическое количество варьируется от места к месту – от 0,2 кВт в Норвегии до 2 кВт – в Саудовской Аравии). Это означает, что гипотетически даже сверхэффективная солнечная панель, захватывающая 100 процентов солнечной энергии, может собирать только 1 киловатт-час на квадратный метр за каждый час солнечного света.

Tesla Model 3 проезжает чуть меньше 7 км на каждый киловатт-час. Предполагая, что наша солнечная машина имеет такую же энергоэффективность, с четырьмя квадратными метрами невероятно продуктивных солнечных панелей (количество, которое Sono Motors планирует разместить на Sono) ей потребуется свыше 6 часов непрерывной зарядки, чтобы проехать 160 км. Вернувшись к реальной эффективности (менее 25%), мы поймем, что для получения столь большого объема энергии машине понадобится 26 часов нахождения на солнце.

В этом могут помочь тонкопленочные элементы с использованием перовскитов. Перовскиты – это кристаллы, названные в честь русского знатока минералов Льва Перовского. Они не требуют больших затрат на добычу, а панели на их основе обладают рядом важных преимуществ по сравнению с обычными фотоэлектрическими аналогами на базе кремния. Они могут быть тоньше обычного листа бумаги, поглощают свет с более широким диапазоном длины волн, производя больше электроэнергии при той же интенсивности солнечного излучения, и лучше работают в тени и в пасмурные дни.

Но есть и другие негативные факторы. К примеру, эффективность солнечных панелей снижается, если они не выровнены идеально к солнцу. А что делать в регионах с постоянной облачностью, частыми дождями и снегом? Также есть грязь, пыль, повреждения от камней на шоссе, существенно уменьшающие количество собираемой энергии.

Будущее «солнцемобилей»

Все это не делает невозможным использование солнечных батарей, но пока это не слишком практично. Крупный транспорт вроде автобусов и поездов может выиграть из-за большей площади «рабочей» поверхности, но пока не будут достигнуты значительные успехи в технологии солнечных панелей, полностью работающие от солнца легковые автомобили вряд ли получат путевку в жизнь.

Инженеры сейчас больше озабочены тем, как интегрировать солнечную энергию в электромобили, чтобы сделать их более эффективными. Tesla, к примеру, планирует использовать «солнечное стекло», превращающее люк на крыше в прозрачную солнечную батарею. Некоторые современные продукты Tesla поставляются с солнечными панелями, которые можно хранить в багажнике и разворачивать над крышей. Это вдохновило многих производителей начать разработку собственных электромобилей, использующих солнечные батареи для расширения возможностей.

Вдохновляет то, что затраты в «солнечной отрасли» падают. Международное энергетическое агентство (МЭА) недавно опубликовало ежегодный отчет, где впервые отмечено, что солнечная энергия является самым дешевым источником электроэнергии для большинства стран мира. И в автомобильной отрасли будут активно использовать эти возможности.

Заключение

Солнечные панели на автомобилях пока не получили широкого распространения. Их недостаточно, чтобы стать единственным источником энергии, но он чище и экономнее других. Вероятно, мы нескоро увидим на дороге машины, работающие на одной солнечной энергии, но идея определенно кажется разумной.

Транспорт – едва ли не главное орудие убийства планеты как по ресурсам, которые он сжигает, так и по выбросам в окружающую среду. Поэтому естественно, что и потребители, и производители ищут более чистые и экономичные решения для транспортировки, и фотоэлектрические панели непременно сыграют в этом свою роль.

Видео о коммерческом авто на солнечной энергии:

Развитие и вероятные перспективы производства автомобилей на солнечных батареях – особенности таких машин. Видео о коммерческом авто на солнечной энергии.

Источник

ТОП 5 электромобилей на солнечных батареях

Критики от автоэкспертов в отношении использования солнечных панелей на электрокарах стало меньше, но работают над этой технологией не многие. Всего пара крупных представителей автомобильной промышленности — Toyota, Hyundai . А так же ряд небольших стартапов со своими прототипами, такие как Sono Motor, Lightyear, K-car . Связано это как с удорожанием авто, так и с малым количеством возобновляемой энергии. С другой стороны себестоимость солнечных батарей регулярно снижается, вполне реальная перспектива когда они будут дешевле классической металлообработки.

Читайте также:  Solar system солнечные батареи

Последняя работа компании это не примечательный электрокар, хэтчбек, с панелями вместо крыши. Поглощая солнечный свет и преобразовывая в энергию авто испытывалось 30 дней, в день наезжая по 20 км. При этом заполненность аккумулятора к концу дня варьировалась от 60 до 80%. Теоретически K-car мог преодолеть еще 40-80 км.Тест-драйвы проводятся на базе центра автомобильных технологий и исследований Китая.

Toyota Prius

В этом году Toyota совместно с Sharp провела ряд испытаний. Конечно же это прототип, но самый близкий, на сегодня к серийному выпуску. Для подзарядки батарей будут используются фотоэлектрические панели мощностью до 860 Вт. В результате использования пространства крыши, дверей, капота суммарный КПД достигает 34%. В сравнении у Toyota Prius PHV 180 Вт и 22,5% КПД. Первые тесты привели к 57 км автономного пробега в благоприятную погоду.

Hyundai Sonata

Hyundai выпустили гибридную версию модели Sonata 2020, с крышей выполненной из солнечных панелей, которые перезаряжают батарею. Солнечная система на крыше с ежедневной зарядкой по 6 часов, увеличивает расстояние, которое преодолевает авто на дополнительные 1,3 тыс. км ежегодно. Естественно, модель ориентирована, на так сказать солнечные страны. Так же не совсем понятен алгоритм расчета автономного пробега в год.

Источник

Автомобиль (машина) на солнечных батареях

Пост опубликован: 6 октября, 2019

Развитие технологий и борьба за экологическую безопасность нашей планеты, стали катализаторами процесса создания автомобиля, или машины на солнечной энергии, которая работает на солнечных батареях.

Принцип действия

Принцип работы автомобиля на солнечных батареях основан на преобразовании солнечной энергии в электрическую, которая является источником питания электрического двигателя на солнечных батареях, устанавливаемого на автомобиле.

Принцип преобразования энергии солнца в электрическую энергию основан на «p-n проводимости», создаваемой в элементах солнечной батареи, изготавливаемой из двух слоев кремния, с добавлением различных веществ.

Процесс образования электрического тока приведен на ниже приведенной схеме:

  1. В верхний слой, при его изготовлении, добавляется фосфор, это «n» слой, а в нижний – бор, это «р» слой. На границе слоев образуется «р-n переход», который определяет «р-n проводимость» фотоэлемента, из определенного количества которых, состоит солнечная батарея.
  2. Под воздействием солнечных лучей, в верхнем слое, образуется дополнительное количество отрицательно заряженных электронов, а в нижнем – положительно заряженных («дырок»). Наличие дополнительного количества разно заряженных частиц создает электрическое поле между слоями, образуется разность потенциалов. В этом случае, при наличии нагрузки между электродами, присоединенными к верхнему и нижнему слоям, в цепи протекает электрический ток, при этом отрицательно заряженные частицы движутся вверх, а положительно заряженные – вниз.

Если в качестве нагрузки подключить электрический двигатель, с установкой дополнительных электронных устройств, обеспечивающих нормальный режим работы в различных режимах эксплуатации и определенного количества аккумуляторов, отвечающих за запас электрической мощности, то подобная схема, может служить приводом для механической передачи, в том числе и для передвижения автомобиля.

Автомобиль на солнечных батареях как изобретение ХХ века

История создания автомобилей, работающих на солнечных батареях, начала свое начало в середине ХХ века в США, однако в связи с тем, что технологии того времени не позволяли изготовить мощную солнечную батарею не больших размеров, и выпускаемые аккумуляторы не были энергоемкими, то и развитие этой отрасли автомобилестроения было приостановлено. Лишь в 90-е годы, к этой теме вернулись и работы продолжились.

Увеличение КПД солнечных батарей позволило увеличить количество вырабатываемого ими электричества, а энергоемкие аккумуляторы нового поколения, позволили создавать необходимый запас энергии, при перемещении на дальние расстояния.

Применение новых материалов, при изготовлении кузова, новых систем трансмиссии и типов электродвигателей, также отразились на развитии данного типа автомобилей. Сейчас элементы кузова изготавливаются из прочного и легкого пластика, в трансмиссии используются детали с наименьшим уровнем сопротивления качению, а в качестве двигателей применяют устройства бесколлекторного типа использующие в своей конструкции полюса из редкоземельных магнитных материалов.

Еще одним из изобретений, которое стало использоваться на солнце автомобилях, стали мотор-колеса. В этом случае электрический двигатель расположен на каждом из ведущих колес автомобиля, что позволяет увеличить общий КПД передаточного механизма.

На увеличение мощности устанавливаемой на автомобиль солнечной батареи, повлияло и то, что подобные устройства теперь можно выпускать гибкими, следовательно, размещать на всех элементах кузова, что увеличивает площадь поглощающую солнечную энергию.

Популярные модели

Производством моделей автомобилей, использующих в качестве источника энергии солнечную батарею, занимаются все ведущие автомобильные бренды. Наиболее известные из них, это:

  • Модель «Ecletic», разработки специалистов компании Venturi (Франция), оснащена силовой установкой, мощностью 22,0 л/с, запасом хода в 50,0 км и может развивать скорость 50,0 км/час.


В качестве резервного источника питания, на автомобиль установлен ветровой генератор, а также предусмотрена возможность подзарядки от электрической сети.

  • Модель «Astrolab», также является разработкой французских инженеров и дизайнеров компании Venturi.


Это серийная модель, мощностью 16,0 кВт и запасом хода – 110,0 км. Максимальная скорость, данной модели – 120,0 км/час. Корпус изготовлен из прочного пластика, масса автомобиля – до 300,0 кг.

  • Голландские инженеры и дизайнеры из Технологического университета (г. Эйндховен), разработали и создали модель «Stella», являющуюся по сути, семейным автомобилем.
Читайте также:  Кпд монокристаллических солнечных панелей


Корпус изготовлен из углерода и алюминия, автомобиль оснащен сенсорным экраном и мощной солнечной батарей, вырабатывающей количество электрической энергии, превышающее требуемое, для обеспечения зарядки энергоемких аккумуляторов. Запас хода составляет 600,0 км.

  • Инженеры швейцарской компании Green GT, разработали модель «Solar World GT», мощностью до 400,0 л/сил.


Максимальная скорость данной модели – до 275,0 км/час, а время разгона до 100,0 км/час, составляет 4,0 секунды.

  • В России, специалисты Санкт-Петербургского политехнического университета, успешно занимаются разработкой отечественного солнечного автомобиля.


Кузов выполнен из композитных материалов в форме катамарана, общий вес автомобиля менее 200,0 кг. Ожидается, что скорость автомобиля будет достигать 150,0 км/час.

  • Японский кар «Tokai Challenger 2», победил в гонках в 2011 году, ежегодно проводимых в Австралии.


На модели установлены солнечные панели разработки компании Panasonic. Корпус выполнен из углеродистого пластика, его вес составляет 140,0 кг. Максимальная скорость – 160,0 км/час.

Средние цены

В связи с тем, что автомобили, работающие на солнечных батареях, являются штучным товаром и не поставлены на поточное производство, то и их стоимость, достаточно высока.

Производители не любят давать информацию о своих разработках, поэтому на выше приведенные модели нет информации о их цене и себестоимости.

Тем не менее, стоимость моделей, уже запущенных в серию, известна, так в соответствии с данными компаний Venturi (Франция), стоимость модели «Astrolab» составляет 92000,00 евро.

Плюсы и минусы

Автомобили, работающие на солнечных батареях, обладают целым рядом преимуществ, перед традиционными двигателями внутреннего сгорания, это:

  1. Отсутствие вредных выбросов обуславливает экологическую безопасность подобного транспорта.
  2. Неограниченный запас источника энергии, которым является солнце.
  3. Нет необходимости в строительстве заправочных станций и станций подзарядки, как в случае с электромобилями.
  4. Продолжительные сроки эксплуатации.
  5. Бесплатность энергии, обеспечивающей работу автомобиля.

Недостатки, как не странно, созвучны достоинствам данного типа автомашин, и это не позволяет данным аппаратам более широко войти в повседневную жизнь, это:

  1. Применение новых технологий и изготовление в штучном производстве, увеличивает стоимость подобных механизмов.
  2. Запас хода и скорость движения ниже, чем у автомобилей с двигателями внутреннего сгорания.
  3. Отсутствие ремонтных сетей и служб автосервиса, работающего в данном сегменте автотранспорта, усложняют процесс его эксплуатации.

Как сделать своими руками

Умея работать с ручным инструментом, имея знания в электротехнике и механике, а также имея желание и свободное время, можно изготовить своими руками, достаточно сложное механическое транспортное средство, каким является солнечный автомобиль.

Начать необходимо с того, что нужно понять, как устроен подобный автомобиль, и как осуществляется его работа. Работа подобных устройств, отражена на ниже приведенной схеме.

Энергия солнца поглощается и преобразуется в электрическую энергию в солнечном коллекторе (батарее), который устанавливается на корпусе транспортного средства (автомобиля), и накапливается в аккумуляторе.

Посредством установки электронного блока управления, осуществляется контроль за расходом накопленной электрической энергии и зарядом аккумулятора, а также током потребления электрического двигателя, преобразующим электрическую энергию в его вращательное движение, которое в свою очередь, посредством механической передачи, передается на колеса транспортного средства.

Как видно из приведенной схемы, основные электрические элементы и механическую часть конструируемого автомобиля, лучше всего использовать заводского производства. Корпус же, может быть различным, главное условие для него, это прочность конструкции и малый вес.

Габаритные размеры корпуса создаваемого автомобиля зависят от размера механических узлов, а также размера солнечной батареи, которую планируется разместить снаружи.

Мощность солнечной панели должна соответствовать техническим характеристикам электронного блока и аккумуляторов, устанавливаемых на модели, а они, в свою очередь, должны быть увязаны с характеристиками электрического двигателя.

Гонки на солнцемобилях

Появление различных моделей солнечных автомобилей, выпускаемых крупными автопроизводителями и производимые индивидуальными изобретателями, привело к тому, что появился новый вид спорта – брейнспорт или гонки на солнцемобилях.

Данные соревнования проводятся в разных странах, но наиболее известные проходят в Австралии между городами Дарвин и Аделаида. Протяженность участка 3000,0 км.

Участие в подобных соревнованиях позволяет автомобильным компаниям тестировать свои новые технические разработки в экстремальных условиях, что в свою очередь служит развитием солнечного автомобиле строения.

Есть ли будущее у таких автомобилей?

В настоящее время, транспортные средства, использующие в качестве энергии солнечные лучи, не получили широкого распространения в нашей жизни. Это обусловлено высокой стоимостью их производства, низким КПД солнечных панелей, а также необходимостью установки энергоемких аккумуляторов, являющихся накопителями электрической энергии.

Тем не менее, появление новых технологий в производстве материалов, производство гибких солнечных панелей и аккумуляторов, обладающих значительной емкостью, при этом имеющих небольшие геометрические размеры, позволило создавать новые модели подобных транспортных средств.

Одним из важных факторов, свидетельствующих о том, что будущее у солнечных автомобилей есть, и оно приведет к увеличению таких моделей, является то, что энергия солнца, это возобновляемый и неисчерпаемый источник энергии, при использовании которого нет вредных выбросов в атмосферу, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду.

Вероятно, Вам также понравятся следующие материалы:

Спасибо, что дочитали до конца!

Если статья Вам понравилась!

Следите за нами в твиттере: https://twitter.com/Alter2201

Делитесь с друзьями, оставляйте ваши комментарии

Добавляйтесь в нашу группу в ВК:

и предлагайте темы для обсуждений, вместе будет интереснее.

Источник