В последнее десятилетие такой неисчерпаемый источник энергии, как солнечный свет, все больше и больше привлекает внимание мирового сообщества. Применение солнечной энергии для движение транспорта является перспективным направлением в сфере развития транспортных технологий.
К группе солнечного транспорта относятся все наземные, водные и воздушные виды транспортных средств, которые для передвижения используют энергию солнца. Такие машины, как правило, комплектуются солнечными батареями, фотоэлементы которых преобразуют видимый солнечный свет, инфракрасное и ультрафиолетовое излучение в
электрическую энергию, которая в последующем используется для питания их электродвигателей.
Несмотря на то, что использование солнечных батарей в качестве энергетических элементов транспортных средств является довольно перспективным, существуют группа факторов, негативно влияющих на скорость развития и внедрения солнечных технологий в мировую инфраструктуру. В то время, когда применение солнечных батарей обеспечивает высокую эффективность работы электрических транспортных средств в ясную, солнечную погоду, в вечернее и ночное время, а также в дни сумрачной погоды, использование данных фотоэлектрических элементов совершенно не практично. Выходя из этого, в большинстве современных видов электрического транспорта более целесообразно использовать солнечные батареи исключительно в качестве дополнительных элементов питания электродвигателей, наряду со стандартными аккумуляторными батареями.
Хотя солнечный свет можно использовать совершенно бесплатно, создание солнечных панельных элементов обходиться довольно дорого. К тому же, 90 процентов солнечных панелей изготавливается из кремния, что делает их производство экологически небезопасным. Этот фактор является одной из главных причин торможения быстрого развития в мире солнечных транспортных технологий.
Срок службы солнечных модулей составляет около 30 лет. Производители традиционных солнечных панелей, как правило, предоставляют 10-летнюю гарантию на свою продукцию. Однако, загвоздка эффективного использования данных элементов в электротранспорте заключается в том, что большая часть фотоэлектрических панелей предназначена для стационарной установки, и не способна противостоять вибрациям. Кроме того, солнечные батареи довольно габаритные и значительно утяжеляют конструкцию транспортного средства.
КПД большей часть солнечных элементов составляет 10 %, и только некоторых – 15 %. Поэтому, солнцемобили смогут конкурировать с бензиновыми автомобилями только после выпуска более совершенных и менее дорогих солнечных батарей с КПД не ниже 50 %.
Принцип работы солнечных батарей, используемых в солнечных транспортных средствах, заключается в производстве постоянного тока при попадании солнечного светового излучения на их кремниевые пластины. При конструирование массива солнечных батарей используют десятки таких пластин, поскольку единичная кремниевая пластина не способна производить значительных токов. Логично, что суммарная мощность солнечных батарей зависит от общего количества используемых в ней кремниевых пластин и площади создаваемой ими поверхности. Производительность работы солнечных батарей прямо зависит от интенсивности излучения солнца и угла размещения солнечных модулей.
Вырабатываемый солнечными батареями электрическая энергия накапливается в дневное время в дополнительных, установленных в транспортном средстве, аккумуляторах, и в последующем используется в целях его перемещения.
Применение фотоэлектрических элементов позволяют существенно повысить запас хода электрического транспорта без подзарядки его тяговых аккумуляторов от электросети.
Типы солнечных транспортных средств
Солнечные автомобили (электромобили на солнечных батареях)
В солнечных автомобилях применяются фотоэлектрические элементы для преобразования солнечной энергии в электричество, которое в последующем питает электрический двигатель. Как правило, солнечные автомобили передвигаются благодаря солнечному свету днем, и в ночное время используют энергию стандартных аккумуляторных батарей.
Конструкция солнечных автомобилей отличается от традиционной. Практически весь их внешний корпус покрыт солнечными панелями. Поскольку солнечные панели довольно габаритные, производители данных транспортных средств делают все возможное для улучшения аэродинамики и уменьшения общей массы солнцемобилей. Большинство практических моделей солнечных автомобилей рассчитаны для перевозки одного или двух пассажиров.
Первая модель солнечного автомобиля, разработанная Уильямом Кообом, была представлена на международной выставке в Чикаго ещё в 1955 году. Создатель данного транспортного средства уверял всех, что солнцемобили ждет светлое будущее, и в скором времени ими будут насыщены все мировые автомагистрали. Казалось, Кооб бы прав, но почему-то все сложилось не так, как предполагалось... Финансирование проекта развития солнечных автомобилей было закрыто под воздействием крупной автомобилестроительной компании «Ford». И только в 80-х гг., когда мировая общественность реально обеспокоилась состоянием экологии, к идеи производства солнечных автомобилей вновь возвратились.
Первый серийный солнцемобиль Venturi Astrolab был выпущен в 2006 году. Модель оснастили асинхронным электрическим двигателем, мощностью в 16 кВт и крутящим моментов 50 Нм, 7 кВт∙ч никель-металл-гибридным акумулятором и 600 Вт панельной солнечной батареей.
Солнечные батареи
Как уже говорилось ранее, солнечные батареи могут состоять из десятков фотоэлектрических элементов, способных преобразовывать солнечный свет в электричество. С отдельных фотоэлементов формируют модули, при размещении которые вместе образуется массив солнечной панели. Большие массивы солнечных панелей способны производить более 2 кВт электроэнергии.
Размещение солнечных батарей в солнцемобилях может быть:
- горизонтальным. Это наиболее распространенный тип рассположения солнечных панелей в солнцемобилях. Как правило, они интегрированы в данных транспортных средствах в виде свободного навеса.
- вертикальным. Такое расположение массива фотоэлектрических элементов встречается намного реже горизонтального. Обычно, размещение такого плана свойственно транспортным средствам, которые для обеспечения своей работы помимо солнечной энергии используют энергию ветра.
- с регулируемым наклоном.
- интегрированным по всей внешней поверхности транспортного средства. В некоторых видах автомобилей производители покрывают фотоэлектрическими элементами каждый сантиметр внешней корпусной конструкции, при этом одни фотоэлементы всегда находятся под воздействием солнца, а другие - в тени.
- удаленным
Типичный солнцемобиль может проехать около 400 км на энергии, выработанной на протяжении дня солнечной батареей. Рекордсменом по скоротным характеристикам среди солнечных автомобилей является модель Sunswift IV, которая была разработана группой студентов Университета Нового Южного Уэльса. Данный солнцемобиль способен разгоняться до 88,8 км/ч. Рекордные показатели скорости проекта Sunswift IV были зафиксированы и занесены в Книгу рекордов Гиннеса 7 января 2011 года, а самим студентам-создателям был вручен сертификат, подтверждающий уникальность их разработки. Мощность солнечной панели, установленной на автомобиле, составляла 1200 Вт, что равно потребляемой мощности обычного фена для сушки волос.
Солнцемобиль Sunswift IV побил рекорд скорости, ранее установленный автомобилем Sunraycer компании General Motors.
Солнечные автобусы
Солнечными являются электрические автобусы, двигатели которых в значительной степени питаются от солнечных панелей, установленных на крыше. Применения в автобусах солнечных панелей позволяет уменьшить уровень потребнения энергии и продлить жизненный цикл их тяговых аккумуляторных батарей.
Солнечные автобусы не имеют ничего общего с обычными автобусами, в которых солнечные элементы используются для обеспечения дополнительного питания транспортных аксессуаров (системы отопления, кондиционера и т.д.). Такая дополнительная комплектация автобусов на сегодняшний день наиболее расспространена.
Солнечные велосипеды и мотоциклы
Мало кому известно, что первыми транспортными средствами, которые начали оснащать солнечными элементами, были электрические велосипеды, при чем, в большинстве разработок применялись трехколесные конструкции велосипедов. Солнечные фотоэлементы устанавливали в данных транспортных средствах в виде навесной, довольно габаритной крыши, небольшой панели в задней, багажной части, в прикрепляемом к трициклу прицепе, или же по всей внешней поверхности обтекаемой крыши (последняя комплектация характерна только для закрытых моделей). Немного позже была создана модель солнечного велосипеда с портативной складной солнечной панелью, с помощью которой можно было заряжать тяговые аккумуляторы во время стоянок.
Солнечные велосипеды представляют собой гибриды электрических моделей, в них наряду с традиционным электрооборудованием велосипедов используются солнечные панельные элементы. Солнечные батареи, преобразующие световой поток в электроэнергии, обеспечивают подзарядку тяговых аккумуляторов как во время движения, так и на стоянках. Аналогичная система подзарядки от солнечного света применяется и в солнечных мотоциклах.
Первый полностью солнечный велосипед, способный передвигать исключительно за счет солнечных лучей, был разработан в 2006 году канадцем Питером Сандлером. Изобретение получило название E-V Sunny Bicycle. В данной модели солнечные батареи были интегрированы в колеса. Вырабатываемая солнечными батареями энергия позволяла велосипеду разгоняться до 30 км/ч.
Использование солнечных элементов в железнодорожном, водном транспорте
В настоящее время ряд стран практикует установку систем солнечных батарей вдоль определенных электрофицированных участков железной дороги. Тоннели из солнечных батарей обеспечивают электроэнергией поезда, проносящиеся мимо даже на сверхскоростях. Такие солнечные установки способны производить тысячи мегаватт-часов электроэнергии. Подобный тоннель из солнечных батарей длиной в 3,4 км успешно функционируют, к примеру, между Парижем и Амстердамом.
Солнечными панелями снабжают также и сами поезда. Ярким примером является курсирующий в Индии локомотив под названием «Королева Гималаев» между станциями Калка и Шимла. Этот поезд оснащен 100 Вт солнечными панелями, позволяющими ему ездить на одной подзарядке около двух суток.
Донедавна солнечные лодки ограничивались лишь реками и каналами, но в 2007 году, солнечная лодка «Sun 21» совершила первый экспериментальный длительный рейс. Она пересекла Атлантический океан всего за 29 дней, благодаря чему попала в Книгу рекордов Гиннеса за совершение самого быстрого в мире трансатлантического перехода, только благодаря солнечной энергии. Солнечная лодка была оснащена солнечными батареями, энергия которых позволяла двигаться с стабильной скоростью 10-12 км/ч круглосуточно.
В мае 2012 года завершилось кругосветное путешествие солнечного катера Turanor PlanetSolar. Солнечное судно, длиной в 30 метров, и шириной – 15,2 метра, вышло из порта Монако в сентябре 2010 года. Это первое кругосветное путешествие, совершенное исключительно на солнечной энергии. Turanor PlanetSolar – крупнейшее водное транспортное средство из когда-либо построенных.
Воздушные транспортные средства
Инженеры всего мира работают над созданием воздушных транспортных средств, оснащенных солнечными батареями. На сегодняшний день среди солнечного воздушного транспорта наиболее распространены солнечные и гибридные дирижабли.
Особый интерес представляют разработка беспилотных летательных аппаратов (БЛА). Солнечная энергия могла бы позволить им оставаться в воздухе даже в течении нескольких месяцев. Такие воздушные транспортные средства могли бы решать некоторые задачи, аналогичные спутниковым.
Первый успешный экспериментальный 48 часовый полет солнечного беспилотника был совершен в сентябре 2007 года.
В 2010 году в Швейцарии солнечный самолет совершил 26-часовый испытательный полет, который начался в 7 утра 8 июля и закончился в 9 утра следующего дня. Самолет вначале поднялся на высоту около 8500 метров, и в течении вечера опустился на высоту 1500 метра, где и остался на всю ночь. Спустя всего 15 дней, 23 июля 2010 года британская оборонная компания QinetiQ организовала експериментальный полет своей модели солнечного сверхлегкого беспилотного летательного апарата Zephyr-6. Этот полет стал рекордным - беспилотный летательный аппарат, весом в 30 кг, провел в воздухе больше двух недель (336 часов), летая в небе Аризоны.
Солнечная энергия для космических аппаратов
Солнечная энергия часто используется в питании спутников и космических аппаратов, функционирующих внутри солнечной системы, поскольку она может служить энергетическим источником в течении довольно длительного периода времени без избытка массы топлива.
Спутники имеют на своем борту несколько радиопередатчиков, которым необходимо работать в постоянном режиме. Солнечная энергия, как правило, не используется для регулировки положения спутника, однако, применяется для поддержания процесса подачи топлива.
© Сергей Вольтер 2013
Любое копирование, перепечатка и распространение материалов статей без разрешения правообладателя запрещены и преследуются по закону. Нарушение авторских прав будет рассматриваться согласно статьи 52 Закона Украины «О авторском праве и смежных правах», статьи 176 Криминального Кодекса Украины, статьи 432 Гражданского кодекса Украины, статьи 51-2 Кодекса Украины об административных правонарушениях.
Автомобили на солнечных батареях , как мы видим из самого названия, это автомобили которые для передвижения используют солнечную энергию.
Данный тип автомобилей появился не вчера и даже не позавчера, как думают многие. Первый автомобиль на солнечных батареях был представлен на показ еще в 1955 году.
Этот автомобиль на солнечных батареях был не большого размера и передвигался без водителя, с помощью дистанционного управления.
Принцип работы такого автомобиля, не смотря на его фантастическое название, довольно прост.
Солнечные батареи, преобразовывая энергию солнечного света в электрическую энергию, заряжают аккумуляторные батареи. Те, в свою очередь, с помощью электродвигателя приводят в движение колеса автомобиля. Не надо думаю говорить, что ночью автомобили на солнечных батареях передвигаются за счет батарей, а днем за счет энергии солнца.
Первое серьезное испытание автомобиль на солнечных батареях получил в 1982 году, когда инженер-изобретатель Ханс Толструп на своем детище «Quiet Achiever» проехал поперек Австралию, при этом средняя скорость его солнцемобиля была 20 км/ч.
С тех пор на автомобили на солнечных батареях обратили серьезное внимание и другие инженеры энтузиасты, которые начали создавать еще более совершенные модели.
И как результат, в 1996 году в ходе четвертой Международной ралли автомобилей на солнечных батареях (первая была проведена в 1987 году), солнцемобиль «Dream» развил скорость в 90 км/час, а на некоторых хороших участках пути его скорость достигала 135 км/час. Расстояние, которое преодолел данный солнцемобиль, 3000 км.
Хочется отметить, что такие соревнования между автомобилями на солнечных батареях в Австралии проходят каждый год. Участок пути в те же 3000 км проходит между городами Дарвин и Аделаиды.
В среднем данные соревнования занимают около одной недели, на которых автомобили на солнечных батареях не только удивляют всех своим интересным дизайном, но и все лучшими эксплуатационными качествами.
Следует понимать, что чем легче такой автомобиль, и чем совершение у него солнечные батареи, аккумуляторы и электродвигатель, тем лучше его будут технические характеристики.
Поэтому современные автомобили на солнечных батареях это высокотехнологические устройства, в которые внедрены все последние достижения науки в области физики, химии, механики и других наук.
Образец авто на солнечном ходу имеет кругом одни плюсы и положительные моменты.
Отличия от обычных машин поражают своей широтой:
§ неограниченный запас хода, благодаря накоплению энергии в течение светового дня,
§ отсутствие необходимости в заправочных станциях,
§ огромный ресурс солнечных модулей,
§ отсутствие вредных отработанных газов или других выделяемых элементов,
§ абсолютная бесплатность, никто не будет платить за солнечный свет.
Но все же, как бы не хвалили данные автомобили, они еще очень не совершенны. И проблема лежит не только в наличии ясной погоды.
К сожалению, наука в этой области еще не достигла желаемых результатов. Солнечные батареи на автомобилях еще не совершенные, их КПД в хорошую погоду составляет всего 15%, не говоря уже про пасмурную погоду. Для сравнения, КПД двигателя работающего на бензине равно 45%.
Так же автомобили на солнечных батареях обладают очень малой мощностью. Обычно это 1 л.с. при общей площади солнечной батареи 2 кв.м.
Помощью в будущей конкуренции служат постоянные разработки новых материалов, применяемых в батареях. Например, последние разработки позволяют не устанавливать плоские солнечные батареи на крышу авто, и уничтожать дизайнерские изыски автогигантов. Уже разработаны батареи, которые могут использоваться в качестве тонировки на автомобилях, то есть быть незаметными для обывателя.
Поверхность остекления в авто немаленькая, приплюсовав поверхность всего кузова, который может быть обтянут гибкими солнечными панелями, можно добиться площади вполне достаточной для выработки необходимого количества солнечной энергии, чтобы автомобиль на батареях передвигался на любые расстояния, а владелец не задумывался о его подзарядке.
Минусом таких гибких модулей является низкий КПД . Но как показывает опыт прошлых разработок в солнечной энергетике - повышение производительности всего лишь вопрос времени. Опираясь на исторические данные, можно быть уверенным в том, что через некоторое время, производительность солнечных батарей для электромобилей выйдет на необходимый уровень, и позволит создавать мощные и надежные автомобили для массового использования.
Какие бывают солнечные автомобили?
Автомобили на солнечной энергии сильно выделяются из привычного образа. Их дизайн чаще всего напоминает некие фантастические аппараты будущего, а не вполне реальные, работающие машины. Объясняется это не столько фантазией разработчиков, сколько практической необходимостью. Ведь для полноценной работы такого автомобиля нужно достаточно много солнечных батарей, поэтому площадь покрытия приходится увеличивать.
Stella - семейный солнцемобиль из Нидерландов
В Голландии (Технический Университет им.Эйндховена) создали концепт, который вполне может претендовать на звание «первого в мире семейного автомобиля на солнечной энергии». Прототип получил название Stella и вмещает четырех человек. Причем не просто вмещает, но и позволяет им вполне комфортно разместиться в салоне. Более того, в автомобиле предусмотрен и вполне вместительный багажник. Кузов «Стеллы» изготовлен из углеволокон и алюминия, поэтому вес концепта - всего 380кг при длине 4,5м и ширине 1,65м.
На крыше автомобиля установлены гибкие высокопроизводительные панели, а управление осуществляется при помощи «умного руля» и сенсорного экрана (вместо привычных кнопок). Максимальная скорость «Стеллы» - 110 км/ч, а в темноте при полностью заряженных батареях она может пройти 600 км. Кстати, в 2013г. Stella достаточно успешно участвовала в World Solar Challenge.
Гоночные технологии для широких масс
Компания Venturi выпустила на рынок солнечный автомобиль Astrolab. Причем это не просто концепт-разработка, это полноценная коммерческая модель, которую может приобрести любой желающий. Рассчитана она на двух пассажиров. Технических же характеристик машины, созданной на базе гоночных болидов Формулы-1, вполне достаточно для комфортной повседневной езды.
Мощность асинхронного мотора - 16 кВт, максимальная скорость - 110-120км/ч, вес самого автомобиля - всего 300 кг.
Конечно же, на современном этапе развития автомобилей на солнечных батареях, нельзя на полном серьезе относиться к данному типу автомобилей, как альтернативному средству передвижения, тем более, что стоимость таких автомобилей варьирует в пределах 25 тыс. ЕВРО. Скорее всего, это игрушки для богатых, чем автомобили для повседневного использования.
Но наука не стоит на месте, ведь более 100 лет назад первые автомобили, который появился на дорогах, тоже вызвали недоумение и не понимание, а теперь это технологические шедевры, без которых жизнь на земле просто бы остановилась.
Кто знает, пройдет еще каких-то лет 50, а может быть и меньше и без автомобилей на солнечных батареях человечество тоже уже не сможет жить. Поживем, увидим.
На днях солнцелет Solar Impulse под управлением Бертрана Пикара отправился в полет через все Соединенные Штаты Америки из Сан-Франциско в Нью-Йорк. И появление в наше время данного транспортного средства выглядит как нечто само собой разумеющееся. Ведь по всему миру с каждым днем становится все больше и больше самолетов, автомобилей и прочих средств передвижения
, работающих на энергии Солнца
. О них и пойдет речь в этом обзоре.
Solar Impulse – это самолет, который не использует никакие другие источники энергии, кроме как солнечные панели. Для того, чтобы это стало возможным, создателям данного транспортного средства пришлось оснастить его крыльями с размахом 61 метр, на них и были расположены упомянутые выше элементы питания. В конце мая 2013 года Solar Impulse оправился в полет через всю США, от Западного Побережья страны до Восточного.
Построенная в 2010 году яхта PlanetSolar стала одним из самых уникальных и интересных в мире плавательных средств. Ведь вся ее палуба покрыта солнечными панелями, а создан данный корабль был для осуществления давней мечты своего хозяина – кругосветного путешествия на энергии Солнца.
В небольшом швейцарском городе Тенна в Альпах, являющемся одним из центров горнолыжного туризма, в 2012 году появилась канатная дорога на солнечных батареях, первый в мире объект подобного рода. Панели в ней весят вдоль линий подъемника.
Конечно, велосипеду для движения никакое электричество не нужно – он едет вперед за счет силы ног владельца либо гравитации. Однако энергия не помешала бы всевозможным мобильным устройствам человека, который передвигается на этом транспортном средстве.
Самые современные электромобили могут проехать на одной зарядке аккумуляторов максимум пару сотен километров. Но этот показатель можно увеличить практически до бесконечности, если оснастить транспортное средство солнечными панелями. В качестве примера тому можно привести электрический автомобиль SolarWorld GT, на котором его владельцы совершили кругосветное путешествие.
Лишь недавно компания SolarLab начала выпуск речных трамвайчиков Solar Shuttle, работающих от солнечных панелей, установленных на их изогнутых крышах, а уже сейчас подобные транспортные средства плавают по водоемам Лондона, Констанцы и Гамбурга.
Несмотря на свое название, мотоцикл Lune предназначен, в первую очередь, для езды в светлое время суток. А имя свое он получил благодаря форме полумесяца, на который данное транспортное средство становится похоже во время стоянок, когда владелец раздвигает систему солнечных панелей для зарядки аккумуляторов байка.
Еще одно транспортное средство с названием Solar Shuttle. Только теперь это не речной трамвайчик, а вполне сухопутных автобус, правда, тоже небольших размеров. Предназначен он для езды внутри студгородка университета Wake Forest University в городе Уинстон-Сейлем в американском штате Северная Каролина.
На улицах некоторых городов в Швейцарии недавно появилась целая сеть небольших прогулочных поездов, которые передвигаются исключительно за счет солнечных панелей, установленных у них на крыше. А кое-где эти средства передвижения используются даже в качестве общественного транспорта.
Уже в 2014 году Американское космическое агентство планирует запустить за пределы Земли самый большой в истории солнечный парус Sunjammer – летательный аппарат, который будет передвигаться за счет давления фотонов на огромную зеркальную поверхность (примерно 1200 квадратных метров). Данный проект при удачной реализации станет наглядным доказательством тому, что путешествовать в Космосе можно на сколь угодно далекие расстояния без оглядки на ограниченность ресурсов.
Ухудшающаяся с каждым годом экология нашей планеты и технический прогресс, не стоящий на месте, послужили мощными катализаторами для разработки и выпуска такого экологического транспорта, как автомобиль на солнечных батареях.
Основана работа транспортных средств с солнечными батареями для подзарядки аккумуляторов автомобилей на аккумулировании природной энергии Светила и ее превращении в электричество, питающее электромотор, приводящий в действие автотранспорт.
Суть преобразования в использовании проводимости «p-n», солнечными батареями создаваемой в элементах, образованных двумя кремниевыми слоями, при производстве которых к ним добавляются различные вещества.
Детальнее вникнуть в суть преобразования поможет схема:
В находящийся сверху «n» слой добавляют фосфор в процессе изготовления, в слой «p» (нижний) – бор. Таким образом на границе двух слоев образуется «p-n переход», определяющий для фотоэлементов, составляющих солнечную батарею, проводимость «р-n».
Лучи солнца, воздействуя на первый слой, образуют в отрицательные частицы — свободные электроны, и положительные, так называемые «дырки», в слое нижнем.
Между ними появляется электрическое поле, приводящее к появлению разности потенциалов.
При подключить к двум слоям нагрузки, в цепи появится ток. Частицы со знаком минус стремятся вверх, а со знаком «+» пробиваться книзу.
Если за нагрузку взят электрический мотор и дополнительно установлены электронные устройства, в различных режимах обеспечивающие требуемый рабочий режим, а также подключено определенное число батарей, схема использоваться может как привод, служащий, в том числе, для приведения машины в движение.
Такое средство передвижения будет называться, автомобилем, функционирующим благодаря солнечным батареям. Изобрели его еще в 20 столетии.
Немного истории
Автомобили на солнечных батареях обязаны своим появлением американцам. Но, из-за того, что в то время не было соответствующих технологий, позволяющих собирать компактных размеров солнечные мощные конструкции, массовый выпуск солцемобилей так и не был начат.
Выпускались только низкоэнергоемкие батареи. Поэтому эта отрасль автомобилестроения не нашла развития в то время. Вернулись к автомобилям, использующим солнечную энергию, только в девяностые годы.
К тому моменту была возможность, позволившая поднять КПД автомобилей на солнечных батареях. Выросло и количество вырабатываемого панелями электричества. Батареи нового поколения дали возможность создавать и передавать при перемещении на значительное расстояние требующийся запас энергии.
Также появились новые материалы, используемые для изготовления кузовов автомобилей, современные системы трансмиссии и виды электромоторов. Все это также положительно сказалось на развитии отрасли.
Сегодня в производстве элементов кузова применяют высокопрочный и очень легкий пластик, для трансмиссии — детали, для которых характерно минимальное значение сопротивлению качения, а моторы использовать стали бесколлекторные, содержащие редкоземельные магниты для полюсов.
Инновационным изобретением было и мотор-колесо. Электродвигателем, в этом случае, оснащено каждое ведущее колесо, что и увеличивает для передаточного механизма КПД.
Солнечные батареи, стали производить гибкими. Это не могло не привести к росту мощности, поскольку появилась возможность их крепить на любые части кузова, тем самым больше стала площадь, способная аккумулировать энергию.
Солнечные модели авто
Практически нет ведущей автомобильной компании, которая бы не вела разработки средств передвижения, функционирующих на батареях солнечных.
Среди наиболее известных, разработанный французской фирмой Venturi автомобиль Ecletic.
Характеристики
- Силовая высокомощностная установка – 22 л.с.;
- Покрываемое без дозарядки расстояние – 50 км;
- Допустимая скорость – 50 км/ч.
Резервным источником питания модели является генератор ветра, установленный на крыше. Но предусмотрел разработчик и вторую возможность — пополнения энергией от бытовой электросети.
Другим проектом французских инженеров Venturi является модель «Astrolab».
Параметры
Запас хода у серийной модели выше почти вдвое, в сравнении с предыдущей. Мощность составляет 16 кВт, скорость ограничена отметкой 120 км/час.
За счет использования пластика для изготовления корпуса, вес у модели всего 300 килограмм. У нее солнечная батарея установлена на крыше автомобиля.
Футуристично выглядит голландское детище под названием «Stella», разработали которое сотрудники Университета г. Эйндхоен. Это семейный автомобиль, оснащенный высокомощной батареей солнечной и имеющий сенсорный экран. Его корпус имеет много алюминиевых деталей изготовленных из углерода.
Энергии, которую вырабатывает авто, использующее солнечные батареи, даже больше, чем необходимо для подзарядки аккумуляторов, емкость которых немаленькая, поэтому запас хода достигает 600 км.
Специалисты компании Green GT(Швейцария) тоже внесли свой вклад в развитие автоотрасли, а конкретно в автомобили с солнечными батареями.
Они создали автомобиль «Solar World GT», у которого мощность достигает 400 л.с.
Двигатель и емкостная батарея позволяют разгоняться до 275 км/ч, ускоряясь до сотни всего з 4 секунды.
Успешно развивают отечественные солнечные авто и в России, точнее – в Санкт-Петербурге.
Для кузова автомобиля на солнечных батареях используется легкий композит, за счет чего вес равен всего 200 килограмма. Форма напоминает катамаран. Ожидаемая скорость — 150 км/ч.
И, конечно, не могло обойтись без Японии, которая создала автоомбиль, победивший в 2011 году на австралийских ежегодных гонках. Его назвали «Tokai Challenger 2», а удивляет он многим:
- Формой корпуса из углепластика и массой, не превышающей 140 кг;
- Развиваемой скоростью – 160 км/ч.
Стоимость
Поскольку солнечные автомобили пока остаются товаром штучным, то стоимость их низкой назвать нельзя. Пока автомобили не поставлены на поток, об их характеристиках известно немного. Создатели автомобилей не спешат раскрывать секреты.
О тех же моделях, которые уже запущены в серию, данных побольше. Так, известна цена на французский Astrolab», которая составляет примерно 92 тысячи евро.
Плюсы
Неоспоримыми плюсами солнечных автомобилей считают:
- Экологичность;
- Низкий вес;
- Малые размеры;
- Экономичность;
- Неограниченный запас солнечной энергии;
- Отсутствие необходимости развивать инфраструктуру (заправочные и подзарядные станции не нужны);
- Длительный срок эксплуатации;
- Дешевая энергия;
- Большой ресурс панелей.
Минусы
Недостатки не позволяют широко войти описанным автомобилям в повседневную жизнь.
Они созвучны с преимуществами:
- штучное производство и инновационные технологии, сильно увеличивающие цену;
- более низкие, чем у авто с ДВС, скорость и проходимый без подзарядки путь;
- отсутствие автосервисов данного сегмента транспорта.
Тем не менее, новое направление, т.е. создание солнцемобилей способно в недалеком будущем вытеснить автомобили с ДВС с рынка.
К тому же, концерны финансируют работы по развитию солнцемобилей, создающихся небольшими бюро и коллективами.
Важно: Серийное производство солнцемобилей достигнет небывалых размеров, как только КПД панелей достигнет 50%.
Сегодня не составит проблем солнечную батарею емкостную для автомобиля купить даже Интернет.
Видео: Автомобили на солнечной энергии вышли на старт
В стремлении сделать транспортные средства независимыми от бензоколонки и розетки, на фоне борьбы за экологию, родилась идея создания автомобиля, работающего только за счет полученной солнечной энергии. Хотя, учитывая удар по той же экологии, наносимый при изготовлении кремниевых солнечных элементов (90% панелей сделаны на основе кремния), аргумент в пользу природы вызывает сомнения. Независимость и бесплатное «топливо», на котором работает солнцемобиль, – более понятная мотивация.
До привычного автомобиля как до звезд
Внешность солнцемобиля весьма забавна: обтекаемая форма с максимально большой плоской верхней поверхностью, на которой размещены солнечные панели. Кроме легкого внешнего сходства эти творения инженерной мысли имеют не так много общего с привычными автомобилями. Малая полезная поверхность для размещения солнечных элементов и их невысокий КПД (максимум лишь 20-22%), заставляет конструкторов предельно уменьшать массу, используя легкие материалы и отказываясь от всего «лишнего». Под эту категорию даже иногда попадает колесо, делая электромобиль трехколесным.
По этой же причине солнцемобиль, который не может перевозить тяжелый груз, а ведь обычное авто, сравнимое по габаритам с седаном, может вместить с достаточным комфортом 4-5 человек, и груз до 300 кг и чуть более для него не проблема. В случае с «солнцеядным» транспортным средством здесь сплошь ограничения. Как правило, внутреннее пространство рассчитано на 1-2 человек, но есть исключения – голландский концепт Stella – первый в мире 4-х местный электромобиль.
Жесткость кузова гелиомобиля не лучшим образом сказывается на безопасности. Это у обычных машин есть металлические ребра жесткости, специальная конструкция и разная сопротивляемость удару, благодаря чему гасится энергия удара ради минимальной деформации салона. Здесь пока что преобладает не пассивная безопасность, а обеспечение жизни самой идеи создания гелиотранспорта. Конечно, с достижением достаточно высокого КПД фотоэлементов ситуация будет меняться.
Основные концепции солнцемобиля
Солнцемобиль обычно включает в себя:
- Солнечную батарею;
- Накопитель энергии, позволяющий перемещаться ночью или в условиях сильной облачности, когда уменьшается и без того малая удельная мощность солнечного излучения;
- Электродвигатель, который устанавливается чаще непосредственно на ведущие (-ее) колеса (-о), чтобы исключить потерю мощности при трансмиссии. Чаще задействуют низкооборотные моторы постоянного тока, у которых КПД равен 98%;
- Управляющий блок, который занимается распределением полученной энергии (излишек накапливается в аккумуляторе) и регулированием параметров работы солнечной батареи (охлаждение, ориентирование на солнце);
- Шасси.
Для максимально эффективного преобразования солнечного света в скорость, питания некоторых узлов и запаса хода необходимы:
- Хорошая аэродинамика;
- Большая площадь для размещения фотогальванических элементов;
- Малая масса электромобиля.
Первые два пункта обусловливают причудливую форму кузова, напоминающую насекомое или крыло самолета. В некоторых концепциях колеса прикрыты обтекателями. О солидном клиренсе солнцемобиль может и не мечтать. Крыша обычно выполнена как единое целое с капотом и багажником. Некоторые концепты напоминают гольф-кары – двухместные, без стекол и дверей. А полноценная крыша над головой и вовсе подразумевается не у всех (пример – француз Venturi Astrolab).
Ради легкости конструкции, помимо прочих, используются такие материалы, как углепластик, композиты с карбоновыми включениями.
Солнцемобиль также требователен к шинам. Ему лучше подходят те, у которых низкий коэффициент сопротивления качению. Лучшим их производителем признан Michelin.
Яркие представители семейства солнцемобилей
По вместимости лидирует группа Solar Team из 22 студентов голландского Эйндховенского технологического университета, которая создала гелиомобиль Stella весом в 380 кг. Правда, эта разработка не полностью обеспечивается солнечной энергией. Половина заряда она получает от бытовой или высоковольтной электросети. Также Stella может «отдавать» полученную энергию из своих аккумуляторов обратно в коммунальную сеть, или запитывать бытовые приборы. Интересным моментом в нидерландской разработке является руль, размер которого способен интуитивно меняться в зависимости от скорости.
Возможности аккумуляторов обеспечивают Stella запас хода до 600 км, максимальная скорость составляет 110 км/ч. Изобретение студентов пока только концепт, до потокового производства этого солнцемобиля требуется еще работать и работать.
Astrolab – первый серийный солнцемобиль французской компании Venturi. Его стоимость впечатляет – € 90,000. В движение его приводит асинхронный мотор с воздушным охлаждением. Мощность 16 кВт, крутящий момент 50 Нм. Питание двигатель берет от никель-металлогидридных аккумуляторов весом 110 кг. Astrolab собран в основном из композитных материалов, шасси из углеволокна усилено алюминиевыми вставками. Вес всего авто 300 кг.
Площадь солнечных элементов невелика – 3,6 кв. м., их суммарная мощность – 600 Вт. Они полностью могут обеспечивать электромобиль «топливом», но при недостатке запаса энергии можно подзарядиться от обычной розетки. Максимальная скорость – 120 км/ч, запас хода в автономном режиме — 110 км.
Солнечная батарея как опция
Такие мировые автопроизводители, как Mercedes Benz, BMW, Toyota, в качестве опции устанавливают на крышу солнечные элементы, энергия от которых расходуется на работу навигации и кондиционера. Учитывая высокую цену фотогальванических элементов и сложность при их установке (контроллеры, доработка кузова, т. к. тяжелая крыша играет не на пользу его жесткости), стоимость опции составляет порядка $2,000. Основным «применением» солнечной крыши выступает охлаждение салона автомобиля кондиционером во время длительной стоянки под лучами солнца. Такая машина, конечно, не является солнцемобилем, но идея реализации питания, пусть не всего транспортного средства, а лишь некоторых его элементов от солнца максимально приближает его к таковым.
Несмотря на ограничения, сопутствующие гелиотранспорту, идея создать полноценный солнцемобиль продолжает развиваться. Главный сдерживающий фактор – низкая производительность фотоэлементов, но открытия в этой области появляются постоянно, и как знать, может уже через пару десятков лет бензоколонки будут уже не актуальны…
