Содержание

Солнцемобили — вдогонку за солнцем

Идея передвижения на транспортных средствах, использующих солнечную энергию, очень заманчива. Ведь такой электромобиль имеет только солнечные батареи, электромотор и аккумулятор для сохранения выработанной электроэнергии. Ломаться практически нечему! Главное препятствие на пути их широкого распространения – отсутствие эффективных солнечных элементов. И хотя в лабораторных условиях удается достичь КПД в 40%, эффективность лучших коммерчески выпускаемых элементов не превышает 22 %. Кроме того, около 90% всех солнечных модулей изготавливаются из кремния, а его производство экологически небезопасно.

Практические конструкции «солнцемобилей»

Внешне все электромобили, питающиеся от солнечных элементов, похожи. Большинство из них выполнены по одной схеме: напоминающий крыло плоский корпус, практически весь покрытый солнечными панелями, каплевидная обтекаемая кабина, три колеса, закрытые обтекателями. Заднее колесо — ведущее, со встроенным в ступицу электромотором. Такая концепция позволяет улучшить аэродинамику и уменьшить вес.

Tokai Challenger 2
Tokai Challenger 2

Победитель гонок 2011 года World Solar Challenge японский солнцемобиль Tokai Challenger 2 полностью соответствует этой концепции. Он представляет цельную трёхколёсную конструкцию с небольшой кабиной в задней части и плоским кузовом, покрытым фотоэлектрическими панелями. Общая площадь солнечных батарей составляет 6 кв.м. КПД батареи 22%, выходная мощность 1,32 кВт. Излишки энергии запасаются в литий-ионном аккумуляторе мощностью 5 кВт*ч и весом 21 кг. Максимальная скорость солнцемобиля — 160 км/ч, а среднее значение 90 км/ч. При габаритах 4,9*1,59*0,88 масса электромобиля составляет всего 140 кг.

Nuna 7Nuna 7

Солнцемобиль Nuna7, созданный голландской командой Nuon Solar Team, также относится к лучшим достижениям в своем классе. Но он, в отличие от предшественника Nuna 6, имеет четыре колеса, а не три (из-за изменений в правилах проведения соревнований). В гонках World Solar Challenge 2013 Nuna7 стал победителем, показав среднюю скорость 90,71 км/ч. Габаритные размеры: длина 4,5 метра, ширина 1,8 метра, высота 1,12 метра при весе 150 кг. Доводка формы кузова производилась в аэродинамической трубе, в ходе которой удалось снизить сопротивление воздушному потоку на 10 %. Общая площадь солнечных элементов составляет 6 кв.метров. Источником питания служит литий-ионная батарея емкостью 5,3 Квт*ч весом 21 кг.

SolarTaxiSolarTaxi

Несколько отличается от общей концепции солнцемобиль SolarTaxi. Он также представляет собой трицикл, собранный на трубчатой раме, обклеенной кузовными панелями. Но, в отличие, от собратьев, он двухместный. Рулевое колесо и педали сделаны передвижными, так что машина может быстро превращаться из лево- в праворульную. А самое главное отличие – в размещении батарей. Так как габариты машинки малы, что не позволяло разместить достаточное количество солнечных элементов, было принято решение разместить солнечную батарею на прицепе. Таким образом, площадь батареи довели до 6 кв. метров, значительно увеличив дальность хода. Вместе с прицепом SolarTaxi весит 750 кг.

Солнечные батареи питают 20-сильный электромотор, который способен разогнать машину до 90 км/ч. Полученная энергия запасается в натрий-никель-хлоридных аккумуляторах. Такие батареи могут заряжаться от бытовой электросети за 30 минут до половины емкости, а на полную зарядку необходимо от 6 до 8 часов. Кроме того, они намного дешевле литий-ионных и легко утилизируются. При скорости 50 км/ч энергии солнечных и аккумуляторных батарей хватит на 350 км пробега. Без прицепа и с одной полностью заряженной АКБ солнцемобиль может проехать до 200 км. Минимальный же пробег на солнечных батареях при езде в солнечную погоду составляет 100 км. Швейцарский энтузиаст солнцемобилей Луи Палмер совершил в 2007 году кругосветное путешествие на SolarTaxi протяженностью 57000 км. За все время пути с автомобилем случились только две поломки.

Автомобиль на солнечных батареях: принцип действия, преимущества и недостатки

Автомобиль на солнечных батарейках

В ХХI веке – в эпоху ускорения развития науки и техники – человечество стоит перед выбором: развитое производство или живая природа. Так или иначе, но деятельность человека наносит вред экосистеме. И научный потенциал всего мира направлен на разработку инновационных экологически чистых технологий. К новейшим изобретениям такого рода относится автомобиль на солнечных батареях, который уже сегодня становится все более популярным в потребительской среде. Современные учёные, работающие в энергетической отрасли, относят «солнцемобиль» к мерам ресурсосбережения. Но обо всём по порядку.

Автомобиль на солнечных батарейках

Немного истории

Первый гелиомобиль был сконструирован ещё в 1982 году. Ханс Толструп – создатель агрегата под названием «Тихий рекордсмен» – пересёк на своём детище Австралию с максимальной скоростью 20 км/ч.

Идея автомобиля, питающегося энергией солнца, вызвала одобрение. Гелиомобиль привлёк к себе внимание. За этим последовал ряд попыток сконструировать более мощную и совершенную «солнечную машину».

Спустя 14 лет, скорость авто на солнечных батареях достигла отметки в 90 км/ч. Этот рекорд был поставлен гелиомобилем Dream («Мечта»), который стал победителем IV Международного ралли. На отдельных участках трассы машина разгонялась до скорости 135 км/ч.

Принцип действия, конструкция

Любой автомобиль на солнечных батареях относится к классу электромобилей. Действующий электродвигатель питается от солнечных батарей. Солнце заряжает также и резервные аккумуляторы. Таким образом, для функционирования этой машины используется чистая энергия солнечного излучения, и агрегат не наносит ущерба экосистеме. К слову, от фотопреобразователей питаются также:

  • кондиционер;
  • радио;
  • навигатор.

Внешний вид такого авто с первого взгляда обескураживает. Дело в том, что для обеспеченья электродвигателей достаточным количеством энергии требуются батареи большой площади, поэтому корпус машины плоский и продолговатый. Это необходимость, в связи с которой машина походит на инопланетный корабль. В противном случае авто не могло бы проехать и десяти километров.

Преимущества

Экологичный автомобиль

Машины на солнечных батареях готовы похвастаться рядом преимуществ перед обычными авто:

  1. Экологичность. Гелиомобиль не оказывает на экосистему пагубного влияния. Главным недостатком авто, работающих на традиционном топливе, является повышенный выброс СО₂ в атмосферу Земли. Это один из вреднейших парниковых газов. Его избыток в воздухе приводит к необратимой смене климата на планете и образованию дыр в озоновом слое. Автомобиль, работающий на солнечных батареях, не образует вредных выбросов.
  2. Бесплатная доступная энергия. Энергия, черпаемая от солнца, совершенно бесплатна. Гелиомобиль – удачный пример использования этой энергии.
  3. Нет потребности в формировании сети АЗС.
  4. Большой срок службы. Фотоэлементы, которыми оснащены солнцемобили, способны исправно функционировать в течение 25–30 лет.

На некоторые из перечисленных достоинств можно посмотреть двояко. Многие из этих «плюсов» стали причиной невостребованности подобных авто на широком рынке.

Недостатки

Минус в автомобилях на солнечных батарейках

Машины, работающие на солнечной энергии, всё ещё не нашли широкого распространения на мировом рынке, т. к. их конструкция несовершенна. К весомым недостаткам относятся следующие:

  1. Низкий КПД. На сегодняшний день КПД солнечных батарей составляет в среднем 15–20%. В связи с этим и мощность двигателей гелиомобилей невысока – всего 2–3 лошадиные силы.
  2. Проблемы с передвижением в ночное время и пасмурную погоду. В тёмное время суток некоторые электромобили на солнечных батареях могут передвигаться за счёт сжигания топлива, но тогда теряется сама концепция экологичности.
  3. Дороговизна фотоэлементов. Из-за базовой стоимости агрегатов и комплектующих «солнечная» машина стоит дорого.
  4. Большие габариты. Отведённая под батареи поверхность корпуса так же, как и электродвигатель, весит немало. Большой вес солнцемобиля является причиной больших затрат энергии и потерь мощности.
  5. Пониженный комфорт. Увы, но по уровню комфорта «солнечные машины» несопоставимы с традиционными автомобилями. Психология потребителя такова: лишь единицы сделают выбор в пользу менее комфортабельного экомобиля. И даже то, что солнцемобиль безопасен для природы, не сможет переубедить человека.
  6. Дороговизна. Сегодня солнцемобили стоят как бензиновые авто бизнес-класса. Среднестатистический покупатель просто не может позволить себе приобрести такое дорогое средство передвижения.

Чтобы сделать автомобили на солнечных батареях более дешёвыми и доступными среди простого населения, необходимо:

  • снизить цену на фотоэлементы;
  • повысить КПД до 37–40%;
  • сделать авто менее габаритным, что, в свою очередь, поспособствует меньшему расходу энергии.

Даже таких минимальных мер хватит для того, чтобы повысить уровень продаж авто, оснащённых солнечными батареями. На данный момент прогрессивные инженеры-учёные работают в этом направлении.

Заключение

Автомобиль на солнечных батареях – не миф и не роскошь. Да, сегодня в конструкции солнцемобилей присутствуют недостатки, которые делают данный продукт невостребованным. Однако учёные всего мира стараются сделать его более практичным и комфортабельным. Каждые два года в Австралии проводятся ралли солнцемобилей с целью выяснить, на что способны эти средства передвижения. За гелиотранспортом стоит чистое будущее Земли.

‘; blockSettingArray[0][«setting_type»] = 6; blockSettingArray[0][«elementPlace»] = 2; blockSettingArray[1] = []; blockSettingArray[1][«minSymbols»] = 0; blockSettingArray[1][«minHeaders»] = 0; blockSettingArray[1][«text»] = ‘

‘; blockSettingArray[1][«setting_type»] = 6; blockSettingArray[1][«elementPlace»] = 0; blockSettingArray[3] = []; blockSettingArray[3][«minSymbols»] = 1000; blockSettingArray[3][«minHeaders»] = 0; blockSettingArray[3][«text»] = ‘

Автомобиль на солнечных батареях: устремленность в будущее

Весь мир переживает топливный кризис: запасы нефти тают с каждым днем, а количество ее потребления, наоборот, растет. На мир надвигается экологическая катастрофа: каждый день в окружающую среду автомобили выбрасывают огромное количество выхлопных газов. Решить все эти проблемы ученые пытаются одной очень интересной, а главное полезной разработкой – автомобилем, работающим на солнечных батареях. И это не научная фантастика, а вполне реальная идея, которая успешно воплощается в жизнь уже многие годы.

Об авто, работающих на солнечной энергии, было известно еще в 1982 году. Изобретатель Ханс Толструп пересек на таком автомобиле Австралию, вот только его скорость составляла всего 20 км/ч. А уже через 14 лет скорость солнцемобилей выросла до 135 км/ч. Именно такую цифру показывал спидометр «солнечной» автомашины «Dream», победившей в IV Международном ралли. Согласитесь, отличный показатель для автомобиля, который работает исключительно от солнечного излучения, вот только обошлась эта «Мечта» в 2 млн. долларов.

Развитие в области «солнечных» электромобилей

Электромобиль Электромобиль на солнечных батареях, как понятно из названия, использует для своей работы энергию солнечного излучения. Одним из главных звеньев, участвующих в этом процессе, являются фотопреобразователи, они то и отвечают за накопление солнечной энергии. Таким образом, подобный автомобиль из врага окружающей среды превращается в ее союзника, ведь в качестве источника энергии выступает экологически чистый солнечный свет.

Конечно, говорить о повсеместном использовании «солнечных» электромобилей пока еще рано. Главной проблемой, которую еще предстоит решить, остается низкий КПД используемых фотоэлементов. На сегодняшний день этот показатель составляет 12%. Для того, чтобы сделать солнцемобили более доступными необходимо:

  1. Снизить стоимость фотопреобразователей в разы.
  2. Увеличить полезную отдачу минимум до 40%.
  3. Уменьшить вес автомобиля, что позволит сократить количество потребляемой энергии.

Но прогресс не стоит на месте, и ученые каждый день трудятся над новыми разработками для солнцемобилей. В первую очередь, усовершенствования коснулись двигателя на солнечных батареях. Так в последних моделях «солнечных» авто используют легкие бесколлекторные двигатели постоянного тока, КПД которых составляет 98%. Применяют и низкооборотные двигатели, которые встраивают непосредственно в ведущие колеса, что предотвращает потерю энергии при трансмиссии.

Новые разработки коснулись и колес. Теперь для солнцемобилей используют шины, обладающие минимальным коэффициентом сопротивления качению. Лидером по производству таких шин считают фирму Michelin. Помимо прочего энергию солнечных батарей используют для питания радио, навигатора, кондиционера и других устройств автомобиля, служащих для комфортного и безопасного управления транспортным средством.

ЭлектромобильСовершенствования коснулись и внешнего вида «солнечного авто» . Ведь с первого взгляда даже не сразу поймешь, что перед тобой находится обычный автомобиль. Но объясняется это не фантазией дизайнеров, которые разрабатывают автомобиль на солнечных батареях, а необходимостью. Ведь для того, что такое авто могло проехать несколько десятков километров, потребуется немалое количество энергии, обеспечить которую может только солнечная батарея большой площади. Вот и получается, что солнцемобили выглядят не как обычное транспортное средство, а как космический корабль из какого-нибудь фантастического боевика. Так что если вы любите все креативное, то солнцемобиль обязательно придется вам по вкусу.

Самые запоминающиеся представители класса солнцемобилей

Ecletic

Ecletic Авто Ecletic на солнечных батареях, является одной из разработок французской компании Venturi. Отличительная черта этого автомобиля – мощность в 22 л.с. Стоит отметить, что у большинства солнцемобилей этот показатель не превышает 1 л.с. при площади солнечной батареи 2 кв.метра. Работает Ecletic исключительно без использования топлива.

К примеру, без подзарядки такой автомобиль сможет проехать 50 км при средней скорости 50 км/ч. Помимо солнечной энергии Ecletic может использовать энергию ветра, ее хватит всего на 15 км. А вот при пасмурной погоде зарядить автомобиль можно и от обычной розетки, понадобится всего 5 часов.

Astrolab

Ecletic Производство автомобиля на солнечных батареях Astrolab также принадлежит компании Venturi. Эта модель получилась более совершенной, чем Ecletic. Ее максимальная скорость равняется 120 км/ч, а проехать она может до 110 км. Площадь фотогальванических элементов составила 3,6 кв.метра. Да и цена автомобиля тоже не «подкачала» — 92 тысячи евро, именно столько вам придется заплатить за это чудо современного автомобилестроения.

Столь высоких технических характеристик разработчикам удалось достичь благодаря форме автомобиля. Спроектирован он наподобие болидов, участвующих в Формуле 1. А в качестве дополнительной защиты используется сверхлегкий карбоновый монокок. Дизайнером Astrolab выступил известный Саша Лакик, сравнивший новую модель с крылом, поставленным на колеса.

Solar World GT

Разработка электромобиля, работающего на солнечных батареях, Solar World GT пока еще не закончена. По данным швейцарской компании Green GT электрический суперкар будет обладать следующими техническими характеристиками:

  • разгон до 100 км всего за 4 секунды;
  • максимальная скорость составит 275 км/ч;
  • мощность электрической силовой установки дойдет до 350-400 л.с.

Но все эти цифры пока только в планах, а как все будет на самом деле, узнаем лишь после того, как Solar World GT будет представлен широкой общественности.

Устанавливаем солнечную батарею на свой автомобиль

Если вы хотите приобщиться к солнечной энергетике, но пока не можете себе позволить настоящий солнцемобиль, можете воспользоваться идей, которая с каждым днем упрочняет свои позиции – это установка солнечной батареи на крышу автомобиля. Причем пользуются ею не только мастера-умельцы, но и гиганты мирового автомобилестроения, такие как Toyota, BMW и другие. Конечно, накопленной энергии вам не хватит, чтобы свободно передвигаться по городу, но обеспечить с помощью солнечной энергии работу навигационной системы или кондиционера вы вполне сможете.

Еще несколько лет назад компания Toyota сообщала об установке солнечных батарей на «топовую» версию гибридного автомобиля модели Prius. Вот только наличие одной этой опции спровоцировало резкий рост стоимости этого автомобиля. Все-таки фотоэлементы дорожают с каждым днем, да и сам процесс сохранения накопленной энергии достаточно сложный. Не меньшей популярностью пользуется и Mercedes Benz LKS 2012, на крышу которого разработчики также установили солнечную батарею.

Автомобильная солнечная батарея предназначена для поддержания питания устройств, потребляющих электроэнергию, а также для сохранения заряда аккумулятора при длительной стоянке. Мощность таких батарей колеблется от 40 до 70 Вт. Помимо батареи вам понадобиться специальный контроллер. Он необходим для регулировки заряда и разряда, так как при изменении погодных условий, а также смене дня и ночи могут наблюдаться различные режимы работы используемых фотоэлементов.

Гонки Дарвин – Аделаида – проверка возможностей солнцемобилей

Ecletic Если вы хоть немного знакомы с автомобилями, работающими на солнечной энергии, то вы непременно слышали о самых известных гонках, которые каждые 2 года проводят в Австралии. В них участвуют только автомобили, которые используют солнечную энергию. Начало им положил Ханс Толструп, о котором мы вам рассказывали еще в начале статьи. Гонки Дарвин – Аделаида подталкивают всех активистов, кому не безразлична судьба нашей экологии, к разработке новых усовершенствований для солнцемобилей.
Ко всем участникам организаторы гонок предъявляют достаточно жесткие требования:

  1. емкость используемых аккумуляторов не должна превышать 5 кВт/ч;
  2. движение по трассе строго по графику с 8 утра до 5 вечера.
  3. водитель не должен весить меньше 80 кг, иначе к электромобилю крепится дополнительный балласт;
  4. команда должна состоять из 2-4 водителей.

В 2011 году в гонках участвовало 37 команд, но лишь 7 из них смогли пройти дистанцию до конца. Первой на финиш пришла машина на солнечных батареях японской команды. На втором месте оказались голландцы, а на третьем – американцы. Победителю гонки Tokai Challenger 2 (рис. Tokai Challenger 2) понадобилось 32 часа 45 минут, чтобы преодолеть гоночную трассу. Средняя скорость солнцемобиля составила 91,5 км/ч, а максимальная – 160 км/ч. Как мы видим, прогресс на лицо.

А в 2013 году победу одержали студенты технического университета Эйндховена из Нидерландов. Их четырехместный автомобиль на солнечных батареях под названием Stella развивает скорость до 110 км/ч, а накопленной силиконовыми панелями солнечной энергии хватает на 600 километров, при условии отсутствия солнечного света. Весит Stella 380 кг при длине 4,5 метра и ширине 1,65 метра. Конструкция солнцемобиля изготовлена из алюминия и углеволокна.

Автомобили на солнечной энергии медленно, но верно входят в нашу жизнь. Пройдет несколько десятков лет, и солнцемобиль перестанет быть чем-то далеким и недоступным. Из уникальной разработки он превратится в массовое средство передвижения. И пусть сегодня многие относятся к «солнечному» автомобилю как к фантастической игрушке для богатых, обязательно придет время, и все переменится. Ведь как показывает история, многие из тех вещей, которые вызывали у людей непонимание и настороженность, сегодня стали для нас неотъемлемой частью нашей жизни.

Статью подготовила Абдуллина Регина

В следующем видео — еще один пример автомобиля на солнечных батареях:

Автомобили на солнечных батареях — какие существуют, плюсы и минусы

Развитие технологического прогресса и стремление человечества сохранить экологию стали основными катализаторами изобретения автомобилей, функционирующих на базе солнечной энергии. Они имеют положительные и отрицательные характеристики, но на практике пока не получили распространения, что обуславливается рядом причин.

Общие характеристики

Принцип функционирования основан на преобразовании солнечной энергии в электрическую. Последняя становится источником питания для электромотора, установленного на авто. Если подсоединить такой двигатель, вспомогательные электронные устройства, отвечающие за полноценную работу в разных режимах езды и определенное число аккумуляторов, обеспечивающих запас мощности — эта приблизит машину к обычной.

автомобиль на солнечной энергии

Первый автомобиль базирующийся на солнечных батарейках был создан в середине двадцатого столетия. Произошло это событие в США. Но в те времена не существовало технологий для создания мощных аккумуляторов. Выпускаемые батареи имели низкую емкость, что приостановило развитие данной сферы автомобилестроения.

В 90-е годы прошлого века появились новые попытки конструирования «солнечных» автомобилей. Благодаря увеличению КПД аккумуляторов изобретателям удалось существенно повысить объем вырабатываемой ими энергии. Энергоемкие батареи могут создавать нужный запас питания двигателя для езды на достаточно продолжительные расстояния.

Положительное воздействие на развитие указанного направления отрасли оказало использование инновационных материалов для создания кузовов, улучшенных систем трансмиссий, электрических силовых агрегатов. Первые производятся из прочных легких пластиковых элементов. В составе трансмиссии установлены детали, имеющие наименьшую степень сопротивления качению. Вместо обычных электрических моторов применяются двигатели бесколлекторного типа. В их составе имеются полюса, выполненные из редкоземельных магнитных сплавов. Некоторые производители устанавливают мотор-колеса – силовые агрегаты, размещенные на ведущих колесах. Подобная схема в разы увеличивает КПД у передаточного механизма.

Запас мощности солнечной энергии в совокупности увеличился за счет выпуска гибких аккумуляторов. Теперь они могут монтироваться на любом элементе кузова.

Какие существуют солнцемобили

Практически каждая ведущая компания, выпускающая автомобильную технику, ведет разработки по изобретению идеального солнцемобиля. Наиболее известными являются детища:

Venturi. Авто этой французской компании Ecletic имеет мощность в 22 л.с. Оно способно преодолевать без подзарядки порядка 50 км со скоростью, не превышающей 50 км/ч. Здесь используется резервный источник питания, представляющий собой генератор ветра. Кроме того, машина может заряжаться от сети. Другим ее изобретением является авто Astrolab. У этой модели мощность достигает 16 кВт, а скорость – 120 км/ч. Ее вес составляет 300 кг, а аккумулятор размещен на крыше.

экстравагантный Venturi с солнечными панелями

Университета г. Эйндхоен. Местные инженеры создали футуристичный семейный автомобиль Stella. Его запас хода составляет 600 км. Элементы корпуса тут выполнены из алюминия.

солнцемобиль Stella из Эйндхоена

Green GT. Швейцарцы внесли свою лепту в прогресс. Их изобретение Solar World GT имеет мощность в 400 лошадиных сил. Машина способна набирать разгон до 275 км/ч.

солнцемобиль Solar World GT

Производством солнцемобилей занимаются и на территории РФ. В СПб создан аппарат весом в 200 кг, что обусловлено применением легкого композита для конструирования кузова. Внешне модель напоминает катамаран и характеризуется возможностью набирать скорость до 150 км/ч. Лидерами отрасли являются японцы. Их машина на солнечных батареях Tokai Challenger 2 одержала победу на гонках в 2011 году. Ее корпус состоит из углепластика. Масса авто составляет всего 140 кг, а скорость достигает – 160 км/ч. Оно оснащается батареями знаменитой компании Panasonic.

Плюсы и минусы

Машины, функционирующие на солнечной энергии, наделены положительными характеристиками:

  • увеличенная экологическая безопасность;
  • отсутствие ограничений в запасе источника питания;
  • продолжительный срок службы;
  • компактные габариты;
  • отсутствие необходимости в заправке на специальных станциях;
  • низкие расходы на эксплуатацию (бесплатная заправка).

Не обходится и без недостатков, которые перевешивают достоинства. Сюда входят большая стоимость и невозможность запуска массового производства, сниженные показатели мощности и скорости, по сравнению с обычными авто. В мире пока нет мастерских для обслуживания подобных транспортных средств.

Солнечные электромобили на практике

Указанные машины не получили применения на практике. Этому мешает стоимость авто и низкий КПД солнечных аккумуляторов. Далеко не каждый автолюбитель готов выложить пару миллионов долларов за транспортное средство, имеющее недостатки.

Развитие новых технологий способствует усовершенствованию солнцемобилей. Они уже стали компактными и легкими. Для их оснащения начали применяться гибкие солнечные панели. Некая венесуэльская компания обещает выпускать легковые и грузовые модели с малой грузоподъемностью, работающие на солнечной тяге. Пока это только обещания, но эксперты уверены в будущем рассматриваемых машин.

Энергия солнца – неисчерпаемый и возобновляемый источник, который при правильном использовании открывает человечеству безграничные возможности.

цены, модели, плюсы и минусы

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

Содержание статьи

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.


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.

Автомобили на солнечных батареях: фото, описание

Идея создания автомобилей на солнечных батареях возникла еще в середине прошлого века в США, но в то время отсутствовали технологии, которые позволяли бы это реализовать. Только в начале 90-х годов ученым удалось создать солнечную батарею подходящей мощности, и работы в этом направлении были возобновлены. Сегодня производители активно разрабатывают проекты автомобилей, работающих на энергии солнца. С обзором самых известных машин вы сможете ознакомиться далее.

Обзор автомобилей на солнечных батареях

На чем основан принцип функционирования автомобилей

Транспортные средства оснащаются батареями, которые преобразуют солнечное излучение в электроэнергию. Именно они становятся источником питания для электромотора. Приблизить мощность автомобиля на солнечной энергии к мощности обычной машины возможно, для этого надо подключить к батарее электромотор, вспомогательные электронные устройства и аккумуляторы.

Обзор солнцемобилей

Stella

Автомобиль был разработан в 2013 году командой студентов из Технологического университета Эйндховена (Голландия). Он был представлен как авто семейного типа, работающий исключительно за счет солнечного излучения. Суммарная площадь батарей, которые вырабатывают энергию для передвижения транспортного средства – 5,8 кв. м, скорость – до 125 км/час. При полном заряде аккумуляторной батареи машина проедет до 1000 км.

Основной материал корпуса – углеродистое волокно и алюминий, благодаря этому автомобиль получился легким и аэродинамичным. Вес без пассажиров – 375 кг. Транспортное средство оснащено инновационными устройствами, в том числе и необычной навигационной системой. Она следит за изменениями погодных условий и автоматически выбирает тот маршрут движения, по которому получит максимальное количество солнечного света. Фото автомобиля на солнечных батареях вы увидите далее.

Stella

Trev

Это транспортное средство было разработано австралийскими учеными в качестве пробного образца. Разработчики уверены в том, что в скором времени автомобиль Trev станет популярным средством передвижения. Изобретение проходит стадию регистрации, когда будут получены все необходимые документы – машины поступят в продажу.

Характеристики авто на солнечных батареях Trev:

  • масса – 270 кг;
  • время разгона до 100 км/час – 10 секунд;
  • масса батареи – 44 кг;
  • расстояние, которое машина проедет без подзарядки – 150 км;
  • количество сидений – 2;
  • бесшумный ход;
  • есть большое багажное отделение.

Конструкция автомобиля обеспечивает пассажирам комфорт и безопасность. Источником энергии может быть как солнце, так и ветер.

Trev

Solar World Gt

Машина на солнечных батареях была создана в 2011 году разработчиками из Бохумского университета (Германия). По внешнему виду она напоминает легковое купе, в котором с комфортом смогут разместиться два человека и багаж. На крыше и бампере электромобиля расположены высокопроизводительные солнечные элементы, а во внутреннем отделении – аккумуляторы для накопления электричества. Скорость, которую способно развивать транспортное средство, – до 100 км/час.

В 2011 году работающая на солнечной энергии машина участвовала в ежегодной гонке World Solar Challenge в Австралии, но не выиграла ее. Зато она стала победителем в номинации «Лучший дизайн». После завершения гонки автомобиль отправился в кругосветное путешествие, за год он преодолел более 30 тыс. км.

Solar World Gt

Sono Sion

Это первый автомобиль на солнечных батареях, который будет запущен в серийное производство. Разработчики обещают сделать это в 2019 году. Созданием транспортного средства в течение трех лет занималась группа инженеров из Мюнхена.

На кузове электромобиля размещено 330 фотоэлементов. От неблагоприятных условий окружающей среды и механического воздействия они защищены поликарбонатным покрытием. Солнечные батареи способны обеспечить машине запас хода в 30 км. Время заряда встроенных аккумуляторов от солнечных панелей – 8 часов, от розетки – 1 час. Ожидаемая стоимость транспортного средства – 16 тыс. евро, батареи будут продаваться отдельно.

Sono Sion

Venturi Astrolab

Гоночный автомобиль на солнечной батарее был разработан французской компанией Venturi, его стоимость составляет 90 тыс. евро. Транспортное средство обладает рядом характеристик, которые делают его подходящим вариантом для повседневной езды:

  • асинхронный двигатель с воздушным охлаждением;
  • аккумуляторные батареи 7 кВт/час;
  • источник питания – фотогальванические элементы мощностью 600 Вт;
  • автономный ход при полном заряде – 110 км;
  • скорость – до 100 км/час;
  • вес устройства – 300 кг;
  • корпус изготовлен из легких композитных материалов.

venturi

Преимущества и недостатки солнцемобилей

Машины на солнечной энергии имеют такие преимущества:

  • отсутствие вредных выбросов в окружающую среду;
  • продолжительный срок эксплуатации;
  • энергия, которая обеспечивает работу транспортного средства, абсолютно бесплатная;
  • отсутствие необходимости останавливаться на заправочных станциях;
  • низкие затраты на эксплуатацию.

К недостаткам можно отнести следующее:

  • низкая скорость движения по сравнению с машинами, работающими на обычном топливе;
  • высокая стоимость;
  • отсутствие специализированных ремонтных сетей и автосервисов, что усложняет эксплуатацию солнцемобилей.

Такие автомобили пока не получили широкого распространения среди населения. Это обусловлено высокой ценой и низким КПД по сравнению с обычными транспортными средствами. Но технологии постоянно развиваются, и вполне возможно, что через несколько лет производителям удастся создать мощные и надежные солнцемобили, которые по своим характеристикам ни в чем не будут уступать машинам с бензиновыми двигателями.

Автомобиль на солнечных батареях: миф или реальность

Автомобиль на солнечных батареях КобоВ середине прошлого века на одной из выставок автомобильной техники компании General Motors впервые был представлен первый автомобиль на солнечных батареях, движущей силой которого служил электродвигатель, питанием которого служила селеновая батарея с питанием от солнца. Длина его составляла всего около полуметра, а чуть более десяти батарей располагались на крыше транспортного средства.

Конструктором автомобильчика был инженер компании Уильям Кобб, исследования которого в то время усиленно финансировались компанией, обещая большой скачок в развитии автомобилей на солнечных батареях. Однако исследования в скором времени были свернуты, а их результаты забыты почти на тридцать лет.

к содержанию ↑

Электромобиль сегодня: прорыв в будущее

И только в начале девяностых годов прошлого столетия, когда коэффициент полезного действия солнечной панели поднялся до 15%, начался бум изобретений солнце мобилей одиночными изобретателями, в который, в последствие, включились и крупные автоконцерны. Совершенно недавно компания Spektrolab, являющаяся подразделением концерна Boeing, разработала панели с эффективностью около 36%, что явилось настоящим прорывом в сфере использования энергии Солнца.

Белый Тойота приус на солнечных батареяхСегодня производство электромобилей, где применяется батарея от солнца является сосредоточием самых последних технических изобретений и находок в материаловедении. Ведь невысокую эффективность панелей необходимо компенсировать низкими механическими потерями и небольшим весом самой техники.

Поэтому в таких моделях применяются самые последние изобретения в области трансмиссий, на них устанавливаются шины с самым низким сопротивлением качению и для их кузовов используются самые легкие композитные материалы высокой прочности. Кроме того, солнечные электрокары служат концептами для отработки последних достижений в автомобилестроении.

Так, специально для электромобилей разработаны легкие электродвигатели постоянного тока бесколлекторного типа с полюсами из редкоземельных магнитных материалов. А на ряде экземпляров для полного исключения механических потерь в трансмиссии стали устанавливать так называемые мотор-колеса, когда электродвигатель находится, непосредственно, в каждом колесе автомобиля. Компании-производители автошин, такие как Michelin, Dunlop и ряд других, заняты разработкой шин специально для электромобилей, коэффициент сопротивления качению которых, в настоящее время, достиг 0,007. Аналогичные шины высокого уровня сбережения энергии, используя наработки для электромобилей, разрабатываются и для обычных серийных моделей.

Гоночный автомобиль на солнчечных батареях на трассеБольшим подспорьем для автомобилестроителей стало изобретение батарей от солнца настолько тонких, что ими можно оборудовать не только крышу, но и любую поверхность автомобиля, тем самым увеличив общую площадь поглощения световой энергии. В последнее время при конструировании энергообеспечения серийных моделей стали применять солнечные панели для питания систем микроклимата, мультимедийных систем и систем подзарядки автомобильного аккумулятора на стоянках. Коэффициент аэродинамического сопротивления электромобилей достиг минимально возможной величины (0,1).

к содержанию ↑

Новый вид спорта — ралли солнцемобилей

В результате бума разработок автомобилей на солнечных батареях возник и новый вид спорта брейнспорт, в рамках которого ежегодно в Австралии проводятся ралли солнцемобилей с пробегом около 3000 км между городами Дарвин и Аделаида. Эти соревнования собирают тысячи зрителей, а миллионы наблюдают за ними по телевидению. Не обделены вниманием эти соревнования и со стороны крупных автомобильных концернов, понимающих, что за этим видом энергии будущее.

Результатом более чем пятидесятилетнего прогресса, стал ряд конструкций электромобилей, питающихся от панелей, преобразующих солнечную энергию в электрическую.

Так, в 1996 году на австралийском ралли, автомобиль Мечта компании Honda прошел 3010 километров со скоростью 90 км/час и максимальной скоростью 135 км/час.

В этом же году компанией GeneralMotors был представлен автомобиль Sunracer, разгоняющийся до скорости 100 км/час за 9 секунд и имеющий максимальную скорость 130 км/час. Он был оснащен передовым, на тот момент, электродвигателем с высоким КПД и на обычных свинцовых аккумуляторах мог пройти около 100 километров.

В одном из австралийских соревнований третье место заняло детище студентов Мичиганского университета. Автомобиль Momentum показал скорость 105 км/час, неся на своем борту водителя и панели из более 3000 солнечных батарей. Мощность двигателя составила 2 кВт и вес 290 килограмм вместе с водителем. Техника имеет три колеса шириной всего 65 миллиметров для снижения сопротивления качению.

Победителями австралийского ралли в 2001 и 2003 годах стала команда гонщиков из Голландии на автомобилях Nuna3, которые прошли дистанцию за двадцать девять часов одиннадцать минут при средней скорости 102,75 км/час. Теоретической максимальной скоростью этого автомобиля является показатель в 170 км/час.

к содержанию ↑

Разработки новых проектов

Электромобиль Ecletic на солнечных батареяхФранцузская фирма Venturi имеет два проекта автомобилей на солнечных батареях, практически готовых к выпуску в серию: Ecletic и Astrolab. Ecletic имеет крышу, расположенной на ней солнечной панели и электродвигатель мощностью 22 л/с, что позволяет ему проехать со скоростью 50 км/час около 50 километров. Более совершенный экземпляр Astrolab способен преодолеть 110 километров и на отдельных участках иметь скорость 120 км/час.

Автомобиль на солнечных батареях AstrolabНедавно был представлен автомобиль на солнечных батареях, разработанный группой преподавателей и студентов Университета Южной Австралии. Разгон до 100 км/час у модели Trev составляет 10 секунд, при максимальной скорости 150 км/час. Пробег свыше 150 километров ему обеспечивает литиевая батарея весом 44 килограмма, подзаряжаемая от солнечной панели. Машина имеет 2 места и достаточно объемный багажник. Техника весит 270 килограмм, оснащен эффективным электрическим приводом с низким уровнем шума и конструктивно может эксплуатироваться на дорогах общего пользования. Солнце мобиль позиционируется разработчиками как городской транспорт ближайшего будущего.

Стоимость подобного транспортного средства превышает полмиллиона долларов, а некоторые экземпляры достигают стоимости и в 2 миллиона, как Мечта от корпорации Honda. Поэтому, массовость автомобилей, использующих панели, берущие энергию от солнца, скорее всего, наступит не скоро. А пока такие модели могут обрести владельца, обладающего соответствующим капиталом. Правда, некая компания-производитель из Венесуэлы объявила о скором выпуске легковых единиц и малых грузовиков на солнечной тяге стоимостью не более 6000 долларов, но дальше обещаний дело пока не пошло.

к содержанию ↑

Достоинства и недочеты электромобиля

Как бы ни развивалось это направление разработки транспорта, автомобили на солнечных батареях имеют множество положительных качеств, способных стать приговором транспорту с ДВС:

  • неограниченный ходовой запас на энергии, накопленной в течение светового дня;
  • отсутствие сети заправочных станций;
  • большой рабочий ресурс солнечной панели;
  • полное отсутствие вредных выбросов;
  • бесплатность энергии.

Пока же эти преимущества становятся, наоборот, недостатками солнце мобилей, не позволяющими им стать широко распространенным видом транспорта.

Автомобили на солнечных батареях присутствует в программе практически каждого крупного автомобильного концерна. Кроме того, эти же концерны финансируют разработки в этой области небольшими конструкторскими бюро и коллективами учебных заведений. По оценкам специалистов, серийный электромобиль сможет появиться только тогда, когда солнечная батарея достигнет коэффициента полезного действия в 50%. Тогда автомобили на солнечных батареях смогут успешно конкурировать с машинами, движущей силой которых служат двигатели внутреннего сгорания.







Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *