Автомобили, работающие на солнечной энергии, все еще находятся в стадии разработки, поэтому сильно отличаются друг от друга по внешнему виду, конструкции и основным параметрам. Но все эти автомобили, как и те, что показаны в этой статье имеют основные общие закономерности. Главная - это наличие солнечных собирающих панелей, которые поглощают солнечный свет и преобразуют его в электричество. В большинстве моделей это электричество накапливается в аккумуляторах, откуда оно поступает в электродвигатель, а тот вращает колеса.
Конструкторы стремятся сделать солнечные автомобили такими, чтобы они могли с большей эффективностью использовать свои запасы энергии. Поэтому большинство подобных автомобилей изготовлено из легких материалов и имеют обтекаемую форму, чтоб уменьшить сопротивление ветра. Теоретически солнечный автомобиль способен работать бесконечно долго, ведь ему не требуется иного топлива, кроме солнечного света. К тому же он не производит никаких выбросов, то есть не портит природу. Однако у него есть большой недостаток: такой автомобиль не может двигаться ночью и при сплошной облачности. Сейчас специалисты работают над тем, чтобы преодолеть подобные ограничения.
Схема устройства автомобиля на солнечных батареях
Электричество, получаемое в панелях солнечных коллекторов, передается по проводам в накопительную батарею, то есть в аккумулятор. Аккумулятор питает электродвигатель, который вращает колесный вал и колеса. Специальная система механической передачи, имеющая 12 скоростей, позволяет эффективно использовать энергию в разных дорожных условиях.
Солнечная батарея
Каждый солнечный элемент состоит из двух слоев кремния: Р-типа, то есть позитивный или положительный, и N-типа, то есть негативный или отрицательный. Когда свет попадает на такой элемент, он освобождает электроны в слое Р-типа, которые сами переходят в слой N-типа. Двигатель солнечного автомобиля пользуется запасами этого тока.
Автомобиль "Southern Cross"
Автомобиль "Southern Cross" имеет наклоняемую солнечную панель
Японский "Саузен кросс" имеет длину около 20 футов, весит 620 фунтов и двигается по ровной поверхности со скоростью до 25 миль в час. А так же он оснащен подвижной солнечной панелью.
Подвижная солнечная панель
Чтобы солнечные коллекторы поглощали наибольшее количество света, панель может наклоняться (справа) по направлению к солнцу - даже во время движения автомобиля.
Коллекторная солнечная панель обтекаемой формы
Автомобиль "Солар флер"(Solar flare), построенный в Калифорнийском университете, участвовал в автомобильной гонке "World Solar" - "Мир солнца" 1990 года. Тогда он прошел по необжитым районам Австралийского материка 1800 миль и занял в гонке 11-е место. Автомобиль имеет в длину двадцать футов и 9200 солнечных элементов толщиной меньше визитной карточки. Корпус автомобиля сделан из эпоксидной смолы, армированной углеродом. На борту находится серебряно-цинковая аккумуляторная батарея. Одного ее заряда - без дополнительной солнечной подпитки - хватает на 125 миль пути.
Гонка по Австралии не обошлась без трудностей. Часто ломалась цепная передача, которая использовалась для привода заднего колеса, - как в мотоцикле. И часто прокалывались колеса. Непредвиденные остановки снижали среднюю скорость. Во время той гонки она оказалась равной 27 милям в час вместо предполагавшихся 42 миль в час. После технической доработки "Solar flare " принял участие в двух автогонках по Соединенным Штатам в 1991 году и победил в них.
Три инженера из Мюнхена занимались разработкой доступного электромобиля на солнечных батареях в течение трёх лет. Средства на инженерно-конструкторские работы немцы привлекли с помощью краудфандинговой кампании, собрав за несколько месяцев более 600 тысяч евро на постройку первого ходового прототипа и его испытания. В результате получился электромобиль под названием Sion, оборудованный солнечными панелями.
Всего на компактном кузове удалось разместить 330 фотоэлементов, защищённых от механического воздействия и неблагоприятных условий окружающей среды тонким поликарбонатным покрытием. Солнечные батареи сами по себе способны обеспечить Sion запас хода в 30 километров. Sono Motors планировали выпускать «солнечный» электромобиль с двумя вариантами аккумуляторных батарей — ёмкостью 14,4 и 30 кВт⋅ч.
В первом случае запас хода составлял около 100 километров, а во втором — уже 250 километров. Однако от «младшей» версии решено отказаться — предварительные заказы клиентов поступали только на «старшую» модель. С помощью системы быстрой зарядки батареи электрокара можно зарядить от розетки на 80% всего за 40 минут. Впрочем, аккумулятор можно зарядить и с помощью солнечных батарей — всего за восемь часов.
На центральной панели расположен необычный салонный фильтр на основе… мха. Как заявляют разработчики, мох фильтрует до 20% мелких частиц пыли и заодно поддерживает необходимый уровень влажности в салоне. А ещё есть 10-дюймовый сенсорный экран. Sion будет продаваться в Европе с 2019 года по цене всего 16 тысяч евро, но в стоимость не включена батарея: за неё нужно доплатить ещё 4000, либо оформить аренду.
1. What is a “solar car”? - Что такое «солнечный автомобиль»?
2. What is the energy source used in solar cars? –Какой источник энергии используется в солнечных автомобилях?
3. Are solar cars a common means of transport? Who drives them, and when? – Солнечные автомобили являются обычным средством передвижения? Кто водит их и когда?
4. What is a concept model? – Что такое концепт модель?
5. What was the purpose of developing solar cars? - Какова была цель разработки солнечных автомобилей?
6. How different is a new concept model developed by Ford? - Чем отличается новая концепт модель, разработанная Ford?
7. What is the advantage and disadvantage of solar cars? - В чем преимущество и недостаток солнечных автомобилей?
Solar cars
Did you know that there are cars which do not need “traditional” energy sources like petrol or diesel? They are solar powered cars, using the energy of the Sun. They are ecologically friendly as they are free of exhaust fumes, but their speed is not as high as that of conventional petrol and diesel fuel cars.
Solar powered cars have been developed and driven around the world for years, but almost exclusively in contests or research programmes - just to show that cars could travel without petrol. In most cases, the cars have been small capsules designed to hold only the driver.
Today Ford has developed a concept model solar car for everyday use.
(отрывок из текста)
Солнечные автомобили (автомобили на солнечных батареях)
Знаете ли вы, что есть автомобили, которые не нуждаются в «традиционных» источниках энергии, таких как бензин или дизельное топливо? Это автомобили на солнечных батареях, использующие энергию Солнца. Они экологически безопасны, поскольку они не производят выхлопных газов, но их скорость не так высока, как у обычных бензиновых и дизельных автомобилей.
Автомобили на солнечных батареях были разработаны и их водят во всем мире в течение многих лет, но почти исключительно в конкурсах или научно-исследовательских программах - просто чтобы показать, что автомобили могут ездить без бензина. В большинстве случаев автомобили были маленькими капсулами, предназначенными только для водителя.
Сегодня Форд разработал концепт модель солнечного автомобиля для повседневного использования. Концепт транспортное средство или показательный автомобиль – это автомобиль, сделанный чтобы продемонстрировать новый стиль и новые технологии.
Их часто показывают на авто-шоу, чтобы увидеть, как клиенты реагируют на новые и радикальные проекты, которые могут или не могут быть массового производства. Концепт-кары часто радикальны в двигателе или дизайне. Некоторые из них используют нетрадиционные, экзотические или дорогие материалы. Другие имеют уникальный внешний вид, 3 или 5 (или более) колес, или особые способности, как правило, не свойственны автомобилям. Многие концепт-кары никогда не имели прошлых небольших моделей, или даже рисунков в компьютерном дизайне. Концепт-кары никогда не идут в производство напрямую. Тем не менее, многие из функций и технологий, которые мы видим в современных автомобилях, были когда-то впервые показаны в концепт моделях годы назад.
Солнечный автомобиль - идея не новая, но так до конца и не реализованная из-за объективных особенностей. Это и малая мощность автомобилей на солнечных батареях, да и с эффективностью работы солнечной зарядки для автомобиля были определенные проблемы, которые пытались решать едва ли не всем миром. И ведь нельзя сказать, что все впустую - динамика, особенно в последние годы, только радует. Вполне возможно, что именно солнечный автомобиль придет на смену современным электрокарам.
Солнечный автомобиль - развитие благодаря гонкам
К идее автомобиля на солнечных батареях всерьез пришли только во второй половине прошлого века (вовсю экспериментировали даже в СССР - на заводе РАФ, с моделью микроавтобуса 2203), а датой рождения более-менее полноценного солнечного автомобиля стоит признать 1982 год.
Именно тогда датчанин Ханс Толструп - изобретатель, предприниматель и путешественник - совершил трехтысячекилометровый рейд через Австралию на прототипе Quiet Achiever, развивая среднюю скорость чуть более 20 км/ч. Принцип прост: фотоэлементы, преобразовывая световую энергию в электрическую, заряжают аккумуляторы, которые с помощью электродвигателя приводят в движение колеса. Естественно, солнечная зарядка для автомобиля - постоянна и непрерывна, пока не появились тучи или не пошел дождь.
А затем Толструп решил развить это перспективное направление и учредил World Solar Challenge - первую гонку солнечных автомобилей. По Австралии, где солнце светит почти 300 дней в году. Желающие откликнулись быстро, в 1987 году прошло первое ралли, а затем через каждые два года (процесс разработки и производства нового прототипа - занятие не самое быстрое), на Зеленый континент приезжали все новые и новые смельчаки.
Уже в 1996 году средняя скорость победившего экипажа приблизилась к отметке в 100 км/ч, а «максималка» составила 135 км/ч. Дальше стало только лучше.
Солнечный автомобиль - индийская практичность и голландская функциональность
По части благоприятной погоды с Австралией вполне может поспорить Индия. Студенты университета в Манипале, не без помощи концерна Tata, спроектировали любопытный концепт-кар. Их солнечный автомобиль - это стеклопластиковый корпус на трубчатом каркасе, снаряженной массой около 600 кг, способный проехать полторы сотни километров на максимальной скорости 60 км/ч.
Система питания и управления - на базе микрокомпьютера Raspberry Pi. Причем основная задача, стоявшая перед индийцами - возможность коммерческого использования этого автомобиля на солнечных батареях! Не скорость, мощность или комфорт, нет - это, скорее, попытка заменить велорикш в обозримом будущем.
А вот в Голландии построили солнечный автомобиль с кардинально противоположной философией. Студенческая команда из Эйндховена взялась за проект Stella - семейного авто, по дизайну напоминающего очень заниженный микроавтобус. Они постарались сделать машину максимально легкой (всего 375 килограммов!), максимально аэродинамичной и комфортной.
Первая генерация этого солнечного автомобиля без особых проблем выиграла World Solar Challenge в классе Сruiser (максимально приближенном к реальным машинам), вторая - Stella Lux - готовится на ралли в октябре 2015 года.
Вот она-то и обещает стать ступенькой на пути к серийному производству солнечных автомобилей: на одной зарядке - 1 100 километров пробега, максимальная скорость ограничена на отметке 125 км/ч. Фирменная фишка: встроенная система навигации еще и автоматически подбирает наиболее оптимальный маршрут, исходя из прогноза погоды.
Солнечный автомобиль - английская хитрость и немецкий авантюризм
Свои амбиции в плане постройки крутого автомобиля на солнечных батареях были и у англичан. Но они носили преимущественно спортивно-соревновательный характер. Студенты из Кембриджа смогли спроектировать одновременно и максимально аэродинамичный автомобиль, и в то же время сделали солнечные батареи адаптивными - чтобы не один фотон энергии не пропал даром! Машина может ехать 140 км/ч - и также служит скорее прототипом для будущих серийных разработок.
Естественно, в теме разработки автомобиля на солнечных батареях и Германия не могла остаться в стороне. Немецкие студенты из Бохума в 2012 году замахнулись сразу на кругосветное путешествие протяженностью без малого тридцать тысяч километров (!) на выполненном из карбона и алюминия миниатюрном двухдверном купе SolarWorld GT - весом всего в 260 килограммов!
Максимальная скорость - 120 км/ч, запас хода без подзарядки - 400 километров, с подзарядкой - втрое больше. Машинка получилась симпатичной, хотя по дорогам России и Украины парням пришлось несладко - приходилось устраивать пит-стоп и менять колесо. Хотя нет худа без добра: дополнительная солнечная зарядка для автомобиля никогда не будет лишней.
Солнечный автомобиль - австралийская респектабельность
А вот в Австралии решили не терять времени даром и сразу замахнулись на создание не простого автомобиля на солнечных батареях, а самого натурального споркупе! Проект Immortus от компании EVX Ventures - это футуристический дизайн, два электродвигателя и разгон с нуля до сотни за семь секунд! Максимальная скорость ограничена на отметке в 150 км/ч, без динамики электродвигателей автомобиль способен на городские покатушки со скоростью 60 км/ч, и вот это, пожалуй, едва ли не идеальный вариант эксплуатации для расслабленных австралийцев.
А вот еще один австралийский проект - Sunswift eVe - пока только является прототипом. Но не простым, а прототипом-рекордсменом: студенты из Нового Южного Уэльса за полмиллиона долларов создали машину, способную проехать 500 километров на одной зарядке со средней скоростью более 100 км/ч - и хотя максимальная скорость чуть уступает проекту Immortus, второго «австралийца» тоже планировали запускать в мелкосерийное производство. Спрос, видимо, есть.
Солнечный автомобиль - далекое или недалекое будущее
Крупные автопроизводители, получив чувствительный щелчок по носу, с выходом «Тесла» наверняка готовят ответный удар. И солнечный автомобиль вполне может стать таковым.
Например, «Форд» уже пробовал ставить фотоэлементы на крышу минивэна С-Мах, и получившийся концепт выглядел достаточно прилично. Ну а у мелких производителей появляется шанс повторить успех Элона Маска и его электрокара . Что для этого нужно? Инновации, инновации и еще раз инновации.
Новые легкие и прочные полимерные материалы для кузова и, возможно, для колес, а также более эффективные фотоэлементы и электродвигатели. Приятный и радующий глаз дизайн и функциональность, сопоставимая с хорошим С-классом - вот залог успеха.
Забирай себе, расскажи друзьям!
Читайте также на нашем сайте:
Показать еще
Бушующий в мире энергетический кризис вдвойне неприятен автомобилистам: кроме резкого повышения цен на услуги автосервиса, ещё возрастают и затраты на горючее. Естественно, что в этом случае есть смысл изучить возможность приобретения/переделки автомобиля, который бы двигался при помощи возобновляемых (альтернативных) источников энергии, в том числе – и энергии Солнца.
История и прогресс в развитии «солнцемобилей»
Первый , который преодолел более-менее значительное расстояние - это машина датчанина Х. Толструпа, с помощью которой изобретателю в 1982 году удалось пересечь Австралию. Правда, сейчас достигнутая им скорость передвижения в 20 км/ч кажется смешной. Поэтому представленный в начале ХХI века автомобиль «Dream» уже развивал скорость в 135 км/ч. Вроде бы, прогресс есть, да ещё какой. Но…
Движется автомобиль на солнечных батареях благодаря наличию фотопреобразователей. Они отвечают за процесс накопления солнечной энергии, которая затем приводит в движение двигатель. И вот тут-то возникают проблемы:
- коэффициент полезного действия фотоэлементов не превышает 12%;
- лёгкие бесколлекторные или низкооборотистые двигатели (встраиваемые прямо в ведущие колёса) наличествуют только в опытных образцах, и их производство не поставлено на поток. Что и понятно, учитывая небольшой спрос на такие двигатели;
- вес автомобиля, от которого будет зависеть его энергоэффективность, невозможно постоянно снижать, поскольку рано или поздно это неблагоприятно скажется на прочности и безопасности машины. Карбоновые же кузова очень дороги;
- шины «солнцемобиля» должны иметь минимальное значение коэффициента трения качения, и при этом обладать достаточным сцеплением с дорожным покрытием. Фирмой Michelin уже освоен выпуск таких шин (модель Radial X), но о массовом их производстве речь тоже пока не идёт.
Единственное, в чём преуспели энтузиасты строительства автомобилей на солнечных батареях – так это в дизайне кузова. С помощью 3D-моделирования и последующей продувке готового образца в аэродинамической трубе обтекаемость машины практически достигает максимума нынешних технических возможностей. Возможно, поэтому лучшие образцы «солнцемобилей» имеют весьма необычные формы и очертания (см. рис.1).
Существующие конструкции автомобилей на солнечных батареях
Производством опытных экземпляров подобных машин занимаются такие гиганты автомобилестроения, как BMW , Toyota , Mercedes , а также французская фирма Venturi , швейцарская компания Green GT и др.
Разработки идут по двум направлениям:
- создание смешанной конструкции автомобиля на солнечных батареях, который в пасмурную погоду мог бы подзаряжаться от электросети, и работать как простой электромобиль;
- создание транспортного средства, в котором бы энергия Солнца использовалась для некоторых вспомогательных потребностей: например, для функционирования навигационной системы, либо кондиционера машины.
Как видим, вопрос о создании «чистого» автомобиля, работающего исключительно на солнечной энергии, пока на повестке дня не стоит. Между тем, экспериментальные конструкции таких машин уже испытаны и предлагаются для продажи весьма состоятельным автолюбителям, которым уже поднадоели традиционные конструкции.
Наиболее удачными технологическими решениями автомобиля на солнечных батареях считаются:
- «Astrolab » (см. рис.2) от фирмы Venturi – максимальная скорость 120 км/ч, запас хода по шоссе 110 км, площадь панели с фотопреобразователями 3,6 м 2 , цена – 92000 евро;
- «Sunswift eVe » (см. рис.3) – совместное детище австралийских компаний Bilstein и Ohlins. Машина разгоняется до скорости 75 км/ч, при запасе хода в 300 км. О цене не сообщается.
Можно ли переделать имеющийся автомобиль в «солнцемобиль»?
Китайский студент Zhu Zhen Lin, студент West Virginia University (США) сумел переделать в автомобиль на солнечных батареях обычную серийную автомашину (см. рис.4). Автомобиль имеет запас хода до 70 км, при максимальной скорости около 40 км/ч.
Солнечные батареи автомобиля состоят из 22 фотоэлектрических преобразователей, установленных на крыше, по бокам и на капоте машины. Особо эстетичной данную конструкцию назвать, конечно, нельзя, но необходимая функциональность в условиях передвижения по городским улицам у такого автомобиля есть. И главное – на всё переоборудование китайский студент затратил всего $ 2400.
Таким образом, перспективы у автомобилей, использующих солнечную энергию, имеются. Наилучшим способом они смогут быть реализованы в качестве комбинированного движителя, который не будет зависеть от погоды и атмосферных условий.
