Автомобиль на солнечных батареях

Автомобиль на солнечных батареях

Развитие технологий и борьба за экологическую безопасность нашей планеты, стали катализаторами процесса создания автомобиля, работающего на солнечных батареях.

Принцип действия

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

Как работает автомобиль на солнечных батареях

В 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.

Автомобиль на солнечных батареях: миф или реальность

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.

Сегодня 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.

Большим 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).

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.

Разработки новых проектов

Французская фирма Venturi имеет два проекта автомобилей на солнечных батареях, практически готовых к выпуску в серию: Ecletic и Astrolab.

1. 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.
2. Более совершенный экземпляр Astrolab способен преодолеть 110 километров и на отдельных участках иметь скорость 120 км/час.
3. Недавно был представлен автомобиль на солнечных батареях, разработанный группой преподавателей и студентов Университета Южной Австралии.
4. 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.

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.

Принцип действия автомобиля на солнечных батареях

Развитие технологий и борьба за экологическую безопасность нашей планеты, стали катализаторами процесса создания автомобиля, работающего на солнечных батареях.

Принцип работы автомобиля на солнечных батареях основан на преобразовании солнечной энергии в электрическую, которая является источником питания электрического двигателя, 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.
3. 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.

Солнечная энергия: плюсы и минусы солнечных батарей

Как снабжать человечество электроэнергией без вреда для окружающей среды –  главный вопрос, которым не так давно задавались современные исследователи. Мы уже научились добывать энергию с помощью сооружения волновых, приливных, геотермальных, ветряных и солнечных электростанций.

Это интересно:  Требуется ли заряжать новый аккумулятор после покупки?

Прогресс технологий подарил нам уникальную возможность использовать Солнце с помощью установленной системы либо же портативных батарей в индивидуальных целях.

В этой статье мы рассмотрим плюсы и минусы солнечной энергии, а также коротко расскажем о том, что собой представляют гелиопанели и где их используют.

Устройство солнечных батарей

Возможность использования солнечной энергии подарила нам такая наука, как гелиоэнергетика. Именно она исследует и разрабатывает устройства, которые занимаются преобразованием излучения Солнца в электрическую и тепловую энергию.

К таким устройствам относится солнечная батарея. Это плоская, с защитным покрытием конструкция из фотоэлементов, являющихся полупроводниками. Они обеспечивают процесс преобразования солнечной энергии в электрическую. Благодаря разнообразию размеров, их применяют в различных сферах жизнедеятельности.

Например, для обеспечения электричеством частного дома потребуется установка, которая включает следующие составляющие:

• аккумуляторы;
• контроллер;
• инвертор.

С помощью инвертора постоянный ток, который создается в ясный день, проходит процесс преобразования в переменный, а далее распределяется на потребителей электричества. Нерасходуемое электричество накапливается в аккумуляторах и  используется ночью или в непогоду. Контроллер следит за зарядом аккумуляторов.

Рассмотрим подробно плюсы и минусы солнечных батарей.

Преимущества

Использование солнечных батарей имеет следующие преимущества:

• доступность источника энергии;
• постоянное и независимое энергоснабжение;
• бесплатное потребление;
• экологичность;
• бесшумность;
• высокая износостойкость.

Каждое из этих достоинств мы опишем более подробно.

Доступность источника энергии

Солнце освещает практически каждый участок поверхности Земли. Поэтому человек может воспользоваться преимуществами использования солнечной энергии. Также следует отметить, что потенциал этого типа энергии в рамках всемирного масштаба многократно превышает потребность в ней.

Постоянное и независимое энергоснабжение

В отличие от полезных ископаемых, энергия Солнца неисчерпаемая и всеобъемлющая. Конечно, как и все на нашей планете имеет свой конец, так и Солнце может иссякнуть.

Но когда это произойдет – никто наверняка не знает. Помимо этого, ни солнечная панель, ни сам источник не требует каких-либо затрат на содержание.

Этот факт делает вас абсолютно независимым от цен и транспортировки электроснабжения.

Бесплатное потребление

Как мы уже упоминали, Солнце – источник бесплатной энергетики. Некоторые затраты потребуются лишь на установку системы, которая обеспечит вас электричеством. Но в данном случае их можно отнести к долгосрочным инвестициям.

Экологичность

Глобальное потепление – серьезная проблема. Использование солнечных батарей помогает снизить расход природных ресурсов, а их производство и принцип работы не сопровождаются выбросом вредных веществ в атмосферу. Поэтому они являются абсолютно экологичными.

При установке системы, перерабатывающей солнечную энергию в электричество, вы можете быть уверенны в ее безопасности для окружающей среды и своих родных и близких.

Бесшумность

Генерация электроэнергии происходит совершенно бесшумно по причине отсутствия движущихся деталей в конструкции солнечных панелей. Устанавливая систему на крыше своего дома, можно не беспокоиться о постоянном гуле, который, например, издают электрические столбы.

Высокая износостойкость

Срок службы такой системы электроснабжения составляет около 25 лет. С течением времени КПД панелей начинает снижаться. В виду простоты конструкции, ее всегда можно заменить на новую.

Недостатки использования солнечных батарей

Солнечная энергия, а именно ее использование, предусматривает также и минусы, не смотря на вышеописанные плюсы.

К недостаткам относят следующие факторы:

• высокая цена;
• низкий КПД;
• большая площадь, занимаемая системой;
• зависимость работы от погодных условий.

Стоимость монтажа системы, которая сможет удовлетворить индивидуальные потребности человека, непомерно высока. Не говоря уже о том, чтобы снабдить электроэнергией целый дом. Это объясняется следующим пунктом.

Низкий КПД

Продуктивность солнечных батарей намного ниже, по сравнению с традиционными источниками электроэнергии. Например, панель средней работоспособности, площадью в 1 м2 производит мощность около 120 Вт. Этого должно хватить только для зарядки планшета или телефона. Из этого вытекает следующий пункт.

Большая площадь, занимаемая системой

Чтобы обеспечить ваши минимальные потребности в электроэнергии, вам понадобится очень большая площадь. Если, конечно же, речь не идет о зарядке телефонов, планшетов или работы приборов с потреблением низкой мощности.

Зависимость работы от погодных условий

КПД солнечных батарей снижается в пасмурный, облачный день, зимой, при низких температурах и т.д. Ночью, в отсутствие Солнца, источника энергии, производство электричества прекращается. На работу панелей также влияет расположение вашего дома и окон.

Использование солнечной энергии

Помимо удовлетворения индивидуальных запросов потребителей электричества, солнечную энергию используют в различных сферах жизнедеятельности:

1. Авиация. Благодаря солнечной энергии, самолеты могут не расходовать топливо на протяжении некоторого времени.
2. Автомобилестроение. Панели могут использоваться для зарядки электромобилей.
3. Медицина. Благодаря разработкам южнокорейских ученых, мир увидел солнечную батарею, которую используют для приборов, поддерживающих функциональность организма человека, путем вживления под кожу.
4. Космонавтика. Гелиопанели устанавливаются, например, на спутниках и космических телескопах.

Это всего лишь несколько примеров. Кроме этого, солнечные панели широко используют для обеспечения электроэнергией зданий, а также целых населенных пунктов.

Надеемся, что вышеописанные преимущества и недостатки использования солнечных батарей помогут вам определиться с решением, стоит ли вам обратиться к альтернативным источникам энергии.

Может ли авто работать только от света?

О том, что фотопанели можно устанавливать на крышах машин, известно достаточно давно. Но мало кто задумывается, что уже создан полноценный автомобиль на солнечных батареях, который работает только от энергии солнца. Причем это не единичные экземпляры изобретателей-любителей, а вполне современные разработки крупных компаний.

Более того, существует даже особый чемпионат, в котором имеют право соревноваться только автомобили на солнечной энергии. Называется он World Solar Challenge и проходит в Австралии.

По регламенту участники должны преодолеть 3000км, отделяющих Дарвин от Аделаиды (то есть пересечь всю Австралию с севера на юг), не используя никаких дополнительных энергоисточников. Проходит этот чемпионат раз в два года, в 2013г. в нем выступали 40 команд из более чем 20-ти стран-участниц.

Победу тогда одержала голландская Nuon, ее автомобиль поддерживал среднюю скорость 90 км/ч, невзирая на плохие погодные условия.

Особенности гелиоавтомобилей

Таким образом, машины на солнечной энергии – это уже давно не миф, а обычная реальность. Правда, название «автомобиль» не совсем правильно, по сути это – электромобиль, ведь он оснащен именно электродвигателем. На крыше автомобиля размещаются фотопанели, которые и снабжают мотор энергией.

Также обязательно имеются мощные аккумуляторы, необходимые для накопления энергии. Причем, как правило, производители предусматривают комбинированный вариант зарядки аккумуляторных блоков. То есть при необходимости их можно подзарядить от специальной электросети.

Делается это для повышения надежности и рабочего ресурса солнечного автомобиля.

Выгоды от массового использования таких солнечных электромобилей очевидны. Это и отсутствие загрязнения окружающего пространства, и удобство эксплуатации, и независимость от заправок. Однако есть и целый ряд проблем.

Прежде всего – недостаточно высокий КПД современных фотоэлементов (и слишком высокая стоимость высокопроизводительных опытных образцов).

Кроме того, это необходимость максимально снизить вес автомобиля без уменьшения его прочности, то есть применение достаточно дорогостоящих композитных материалов.

Тем не менее, инженеры продолжают активную работу в этом направлении, поскольку перспективность гелиоавтомобилей не вызывает сомнений. А значит, необходима эффективная, но не слишком дорогая солнечная батарея и прочные, но легкие составы для корпуса (ведь вес электромотора и аккумуляторов нельзя опустить ниже определенной отметки).

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 гелиоавтомобиль 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 1,65.

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. В Astrolab установлены аккумуляторы 7 кВт/ч и общей массой 110 кг.

Солнечный транспорт

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.

1. Срок службы солнечных модулей составляет около 30 лет. Производители традиционных солнечных панелей, как правило, предоставляют 10-летнюю гарантию на свою продукцию.
2. 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.
3. Кроме того, солнечные батареи довольно габаритные и значительно утяжеляют конструкцию транспортного средства.
4. 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.

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.

Это интересно:  Устройство и принцип работы батареек

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.

Авто на энергии солнца?

Позволят ли нефтяные магнаты ввести в массовую эксплуатацию солнцемобили или они так и останутся экзотикой? Ведь экспериментальные модели таких автомобилей существуют и характеризуются удовлетворительно…

Перспективы и широкие возможности по использованию неисчерпаемых источников энергии всегда притягивали человечество. Ведь даже если взять, к примеру, то количество энергии, которое ежедневно Солнце изливает на поверхность Земли и использовать от неё процентов десять, то этого хватит, чтобы покрыть без малого все нужды человечества. Так почему бы не попытаться применить это на практике?

31 августа 1955 года на выставке в Чикаго произошла первая в мире презентация прототипа автомобиля на солнечных батареях. Экспериментальная модель приводилась в действие небольшим электрическим мотором, питающимся от селеновых фотоэлементов.

Уильям Кооб, её создатель, гордо заявил, что пройдёт ещё несколько лет и улицы наших городов заполонят экологически чистые и экономичные солнцемобили, не изрыгающие в атмосферу бесчисленное количество отравляющих газов и не использующие драгоценную нефть.

На заре той эпохи развитие альтернативных источников энергии и солнечных батарей шло ускоренными темпами, создавались всё новые устройства, повышался КПД и, казалось бы, что, действительно, в скором времени человечество вступит в новый виток своего развития.

Но передовым идеям Кооба, идущим вразрез с политикой нефтяных магнатов и производителей бензиновых двигателей, не суждено было сбыться. Вскоре все проекты были закрыты, финансирование прекращено, а о солнцемобилях быстро забыли под натиском бензиновых автомобилей от Форда.

Парниковый эффект и экологическая проблема в то время мало кого волновали, количество производимых авто неукротимо росло, равно как и финансы владельцев автозаводов, и менять это никто не спешил. Но уже буквально через 20 лет мировые учёные забили тревогу, а до сознания общества всё чаще и больше стали доходить сведения о реальной обстановке на нашей планете.

Подобная ситуация заставила магнатов пересмотреть свои взгляды, и один за другим вновь стали появляться проекты автомобилей на солнечных батареях, но, опять же, затем, чтобы в очередной раз пополнить карманы производителей, так как именно за альтернативными источниками — ближайшее будущее в том числе и автопрома.

Покорить расстояние в три тысячи километров со средней скоростью в 120 км/ч без использования топлива – это не фантазия, это реальность. Именно столько преодолел экспериментальный болид на солнечных батареях. Но когда подобные модели появятся на наших улицах и произойдёт ли это — большой вопрос…

Использование солнечной энергии: будущее транспорта на солнечных батареях

Налаживание массового производства и активное распространение доступных солнечных панелей на мировых рынках способствовало широкому применению данного источника энергии на транспорте. В настоящее время солнечные батареи используются на всех без исключения видах транспорта, в том числе наземного, водного, воздушного и даже космического.

Плюсы и минусы солнечного электропитания транспорта

Конструктивно солнечные панели транспортных средств не отличаются от своих стационарных вариантов. Выработанная энергия используется как для обеспечения работы двигателя, так и для электропитания бортовых систем транспорта.

В процессе выработки энергия попутно может накапливаться в аккумуляторных батареях с целью дальнейшего использования. Применение солнечных элементов даёт возможность нарастить запас хода транспортных средств и при этом обойтись без подзарядки тяговых аккумуляторов от традиционной электросети.

Несмотря на то что внедрение солнечных панелей является достаточно перспективным направлением в энергетике, глобальному и быстрому переводу транспорта на использование таких систем препятствует целый ряд факторов. Так, эффективная работа батарей обеспечивается только в солнечную ясную погоду. Если же небо пасмурно, или машина работает в ночное и вечернее время, то применение солнечных панелей невозможно.

Таким образом, в большей части современного транспорта солнечные батареи могут использоваться только как вспомогательный энергетический компонент, в качестве дополнения к стандартным аккумуляторам.

Кроме того, следует учитывать и финансовую сторону внедрения солнечных батарей. Несмотря на то что генерирование энергии осуществляется бесплатно, сами солнечные панели довольно дороги. Большая часть их компонентов производится с использованием кремния на экологически опасных предприятиях, и это является одним из главных факторов торможения процесса перехода транспорта на солнечные панели.

Рядом недостатков солнечные батареи обладают в силу чисто конструктивных особенностей. Панели не способны противостоять сильным вибрациям и другим перегрузкам, характерным для движущегося транспортного средства. Также ввиду большого веса они утяжеляют машины, на которую устанавливаются, что негативно сказывается на мобильности транспорта.

В настоящее время, к примеру, автомобили с электродвигателями на солнечной тяге не могут конкурировать с классическими бензиновыми машинами, поскольку панели обладают намного более низким КПД — в среднем 15%. Машины на солнечных батареях смогут вытеснять бензиновых «собратьев» только на этапе, когда КПД панелей достигнет уровня минимум в 50%.

Тем не менее, упомянутые проблемы не создают значительных помех для развития солнечной энергетики в транспортной сфере. Доказательством тому служит постоянное воплощение в жизнь идей о создании разнообразных транспортных средств с солнечными энергоблоками во всём мире. Представляем вашему вниманию десятку самых популярных проектов реально существующих средств передвижения на энергии солнца.

1. Солнцемобили

Пожалуй, наиболее популярным видом транспорта из интересующей нас категории является автомобиль на солнечных батареях. До широкого практического применения таких машин ещё далеко и сейчас они представляют интерес пока ещё с точки зрения экспериментов и достижения специальных рекордов.

Основной проблемой машин на солнечной энергии является необходимость установки большой площади панелей, зачастую на весь корпус, а также требование максимального облегчения конструкции, что изначально ограничивает аэродинамику, а также возможности пассажирских и грузовых перевозок.

Первый концепт инновационного автомобиля появился ещё в 1955 году и был продемонстрирован на Чикагской автовыставке. С тех пор конструкция солнечных электромобилей была значительно усовершенствована.

Если в 1982 году солнцемобиль Quiet Achiever пересёк Австралию со скоростью 20 километров в час, то в 1996 году машина Dream разгонялась местами до 135 километров в час и проехала при этом около 3 тыс.

километров.

Рекордсменом считается автомобиль Sunswift IV, разработанный специалистами Университета Нового Южного Уэльса (Австралия), который способен держать стабильную скорость в пределах 89 километров в час. Машина вошла в Книгу рекордов Гиннеса.

После этого на состязаниях World Solar Challenge было введено ограничение максимальной скорости машин такого класса.

С 2006 года в Монако впервые в мире стартовало серийное производство солнцемобилей — речь идёт о машинах Venturi Astrolab с двигателем мощностью 16 кВт.

Солнечные панели применяются и как вспомогательные блоки на гибридах — в частности, на Toyota Prius устанавливаются тонкоплёночные компоненты Solatec LLC, подзаряжающие аккумуляторы на 10%.

Китайская компания Hanergy Holding Group также внедряет тонкоплёночные панели на галлиевой основе с КПД 31,6%.

Подзарядка аккумуляторов автомобилей с такими компонентами осуществляется в течение 6 часов, чего хватает на 80 километров пробега.

Гибридная Toyota Prius Prime оснащена плёночными солнечными панелями

2. Автобусы

В отличие от относительно компактных средств для перевозки пассажиров — автомобилей — автобусы в силу своих габаритов и, соответственно, значительной площади устанавливаемых батарей, имеют больше возможностей по грузоподъёмности и пробегу. Хотя монтаж солнечных батарей на крышах обычных автобусов для обеспечения дополнительной энергией бортовых систем уже стал привычным делом, здесь речь идёт о принципиально другой технике — полностью бестопливной.

Одним из примеров автобуса будущего является австралийский Tindo, осуществляющий с 2007 года бесплатные пассажирские перевозки в городе Аделаиде.

Автобус вмещает до четырёх десятков человек, при этом условия проезда достаточно комфортны — машина оснащена климат-контролем и точками Wi-Fi.

По расчётам экспертов, эксплуатация автобуса предотвращает ежегодный выброс 70 тонн углекислоты в атмосферу.

Автобус на солнечной энергии Tindo, Австралия

Аналогичный проект — автобус Solar Shuttle — был запущен в студенческом городке в Уинстон-Сейлеме (США, штат Северная Каролина). Кроме того, в ряде швейцарских городов курсируют по маршрутам прогулочные автобусы-поезда Swiss Road Trains, работающие исключительно на энергии солнца.

Solar Shuttle

3. Солнечные велосипеды

Малоизвестным фактом является то, что первые попытки разработки транспорта на солнечной энергии были предприняты с велосипедами. Фактически такие велосипеды — это гибридные системы, двигающиеся за счёт подзаряжаемого солнцем аккумулятора.

Ранние разработки предусматривали постройку трёхколёсных веломашин с навесной крышей и прицепами, на которые устанавливались энергетические панели. Кроме того, были созданы велосипеды со складными солнечными батареями для подзарядки аккумуляторов во время стоянок, к примеру, модель Lune, в которой панели при простое раскрываются в форме полумесяца.

Значительный прорыв в технологиях создания солнечных велосипедов наметился в 2006 году, когда в Канаде был представлен концепт E-V Sunny Bicycle с панелями, встроенными в диски колёс. Машина способна развивать скорость до 30 километров в час. В прошлом году похожую конструкцию презентовала в Нидерландах компания Solar Application Lab.

E-V Sunny Bicycle

Solar Application Lab

4. Поезда

Солнечная энергетика становится важным подспорьем железнодорожной отрасли. Работа в этом сегменте ведётся в двух направлениях — обеспечение электропитания поездов путём установки батарей непосредственно на подвижном составе и генерация энергии для обеспечения работы электрифицированных магистралей.

К первой категории можно отнести венгерский проект Vili, движение которого полностью обеспечивается солнечными батареями. Состав следует по маршруту Киралирет–Кисмарос со скоростью около 25 километров в час и предназначается в основном для экскурсионно-туристических мероприятий.

Туристический поезд на солнечных батареях Vili

В Индии между городами Калка и Шимла курсирует поезд «Королева Гималаев» на солнечной тяге. Конструкция энергоблоков позволяет ему обходиться без подключения к стационарной сети в течение двух суток.

В качестве вспомогательного энергетического оборудования — для обеспечения работы систем освещения, кондиционирования воздуха — солнечные панели массово устанавливаются на поездах в Японии и Италии.

Индийский «солнечный» поезд

Ко второй категории относятся проекты, предусматривающие подключение к солнечным станциям энергосистем железнодорожных магистралей для обеспечения электропитания поездов. В частности, между Парижем и Амстердамом участок пути протяжённостью 3,4 километра оснащён солнечными батареями.

В Великобритании также реализуется проект энергоснабжения магистралей при помощи солнечной энергии. Оператор британских железных дорог — Network Rail — заинтересован в альтернативном энергообеспечении работы составов, поскольку затраты компании на электроэнергию достигают полумиллиарда фунтов стерлингов в год.

Старинный лондонский мост Блэкфрайарз, покрытый солнечными панелями компанией Network Rail

Кроме того, ряд маршрутов по причине неразвитой инфраструктуры электрифицирован по традиционным схемам в недостаточной степени, что не позволяет вывести на линию дополнительные поезда и нарастить интенсивность движения. Таким образом, внедрение объектов солнечной энергетики на железной дороге поясняется в первую очередь экономическими факторами.

5. Канатная дорога

Сугубо экономическими целями было продиктовано и решение об организации «перевозок» туристов инновационным способом в швейцарской коммуне Тенна, расположенной в Альпах. Она живёт практически исключительно за счёт экстремалов и просто отдыхающих, приезжающих в регион в значительном количестве каждый горнолыжный сезон.

Швейцарский подъёмник на солнечной энергии

После того как стало известно, что канатная дорога, предназначенная для подъёма лыжников на склоны и спусков с них, требует ремонта, был внедрён необычный проект электропитания комплекса — за счёт солнечных батарей. Панели не уместились бы на крышах станций подъёмника, потому их установили непосредственно вдоль линии канатной дороги и оснастили механизмами поворота вслед за движением солнца.

В ясные дни батареи вырабатывают до 90 тыс. кВт·ч электроэнергии — это в два раза превышает потребление подъёмника. Излишки энергии поставляются в электросеть Тенны. Примечательно, что сообщения о решении с солнечными панелями заинтересовало туристов и количество любителей покататься на зимних склонах в регионе выросло.

6. Морские и речные суда

Энергия солнца движет не только наземный, но и водный транспорт. Впрочем, до 2007 года к морским катерам на солнечных батареях вряд ли относились серьёзно, пока команда энтузиастов в рамках проекта Sun 21 не пересекла на таком транспортном средстве Атлантику за 29 суток, попав к Книгу рекордов Гиннеса.

Солнечный катамаран Sun 21

Первое кругосветное путешествие на энергии солнца завершило в 2012 году судно швейцарской разработки Turanor Planetsolar. Переход занял два года.

Солнечные панели покрывают этот корабль на площади порядка 500 квадратных метров. Тридцатиметровое судно способно развивать скорость до 14 узлов.

Сейчас Turanor Planetsolar работает в районе Гольфстрима, его команда занимается климатическими исследованиями.

Turanor Planetsolar

Необычным проектом является Sun Sails компании Solar Sailor — судно, получающее энергию сразу от двух возобновляемых источников — солнца и ветра. Набирают популярность солнечные «речные трамвайчики», которые курсируют по водоёмам в Великобритании и ФРГ. Старт данной инициативе был дан компанией SolarLab, разработавшей «трамвайчики» линейки Solar Shuttle.

Речное пассажирское судно на солнечной энергии Solar Shuttle, Германия

Опыт европейских коллег перенимают и арабские страны. В Дубае (ОАЭ) запущен деревянный прогулочный катер на солнечных батареях со сроком автономности в шесть часов и максимальной скоростью в 7,5 километров в час.

7. Самолёты

В 1981 году самолёт MacCready Solar Challenger, сконструированный американскими специалистами, поднялся в воздух и со скоростью 48 километров в час проделал путь в 258 километров. Уникальность первого в своём роде аппарата заключалась в том, что его силовая установка работала на энергии солнца.

MacCready Solar Challenger

Переводу летательных средств на солнечную энергию посвятили себя и швейцарские разработчики. В 2010 продукт их инженерной мысли — самолёт Solar Impulse — взлетел в воздух и не садился на протяжении 26 часов, меняя высоту от 1,5 до 8,5 километра.

Данная модель стала преддверием разработки усовершенствованного варианта инновационного самолёта Solar Impulse 2, с помощью которого швейцарцы хотели продемонстрировать возможность кругосветного путешествия по воздуху на одной лишь солнечной энергии.

Планам было суждено сбыться — полёт стартовал в Абу-Даби в марте 2015 года и был завершён там же в июле 2016 года, правда, с промежуточными посадками в разных городах мира.

Пронедра писали ранее, что на преодоление Атлантики воздушному средству понадобилось 70 часов.

Solar Impulse 2

На Solar Impulse 2 работа швейцарцев в освоении новой транспортно-энергетической ниши не закончилась и в декабре 2016 года компания SolarStratos презентовала новый самолёт. Аппарат способен подниматься на высоту до 25 километров и непрерывно пребывать в воздушном пространстве в течение суток. Первый полёт солнечного самолёта SolarStratos анонсирован на 2018 год.

Стратосферный самолёт SolarStratos

8. Беспилотники

Если возможность широкого применения технологий солнечных батарей в самолётах будущего пока ещё выглядит сомнительной, то перспектива энергии света в летательных аппаратах беспилотного типа является вполне реальной. На энергии солнца беспилотники могли бы находиться в воздухе непрерывно продолжительный период — месяцы или даже годы, поскольку при этом они не нуждаются ни в топливе, ни в стационарной подзарядке.

Таким образом, БПЛА могли бы если не заменить, то дополнить, как дешёвая альтернатива, парк космических спутников, запуск которых обходится операторам в колоссальные средства. В солнечных беспилотниках заинтересованы в том числе и военные структуры.

Автомобиль на солнечных батареях: миф или реальность

В 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.

Сегодня 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.

Большим 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

Французская 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.

Недавно 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.

Автомобиль на солнечных батареях – средство передвижения. Охрана окружающей среды

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.

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

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

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.

Поделиться:

Нет комментариев

Автомобиль на солнечных батареях

Содержание:

Постоянное развитие и увеличение производства автомобилей, рано или поздно приведет к тому, что имеющихся запасов нефти будет недостаточно для нормального обеспечения горюче-смазочными материалами. В связи с этим проводятся исследования с целью решения этой проблемы, и одним из таких направлений с недавних пор стал автомобиль на солнечных батареях. Для того чтобы выяснить перспективы его широкого внедрения, необходимо знать принцип действия, конструктивные особенности, достоинства и недостатки электромобильных устройств.

История развития

Впервые на широкое обозрение такой агрегат был представлен еще в середине 20 века. Однако из-за своего несовершенства, он недолго продержался на пике популярности и был забыт на долгие годы.

Повторные исследования в этой области начались только в 90-е годы, поскольку КПД солнечных панелей удалось поднять до 15%. Вначале эксперименты ставили одиночные изобретатели, а затем подключились и представители крупных автомобильных компаний. Благодаря современным разработкам, удалось получить солнечные панели с коэффициентом полезного действия до 36%. Это позволило сделать настоящий прорыв в сфере их практического применения.

Использование солнечных батарей в автомобилестроении повлекло за собой развитие новых технологий, направленных на снижение механических потерь, уменьшение массы автомобиля, повышение их эффективности в целом. Кузова таких автомобилей изготавливаются из легких и высокопрочных композитных материалов, а установленные шины имеют самое низкое сопротивление силе качения. На новых электрокарах отрабатываются последние новинки и достижения автомобильной промышленности.

Современные электромобили оснащаются облегченными электродвигателями, работающими на постоянном токе. В них используется бесколлекторная конструкция, а для изготовления полюсов применяются редкоземельные магнитные металлы. Чтобы максимально исключить механические потери, в некоторых моделях трансмиссии оборудуются так называемыми мотор-колесами, когда каждое колесо работает от собственного мотора.

Серьезным достижение являются тонкие солнечные панели, которые могут устанавливаться на любых поверхностях автомобиля, увеличивая тем самым площадь приема солнечной энергии. Подобные конструкции стали применяться и в обычных автомобилях как дополнение к основной системе энергообеспечения.

Как преобразуется солнечная энергия

Действие электромобилей, питающихся энергией от солнечных панелей, основывается на превращении светового потока в электрический ток. Полученная таким образом электроэнергия, используется в качестве источника питания для двигателя, приводящего в движение автомобиль.

Непосредственное превращение энергии солнца в электрическую осуществляется за счет р-п проводимости, возникающей в солнечных фотоэлементах. Они производятся из кремния, расположенного в два слоя, к которым добавляются различные активные вещества.

Принципиальная схема солнечной панели включает в себя следующие компоненты и составные части:

• В процессе изготовления верхний слой кремния покрывается фосфором. Это приводит к образованию п-слоя. Поверхность нижнего слоя покрывается бором, образующим р-слой. На участке соприкосновения обоих слоев возникает р-п-переход, определяющий степень проводимости тока в фотоэлементе. Определенное количество таких фотоэлементов объединяются в солнечную панель.
• Под влиянием световой энергии, верхний слой кремния начинает производить дополнительные электроны с отрицательным зарядом, а в нижнем слое образуются положительно заряженные элементы – дырки. Эти дополнительные частицы с разноименными зарядами создают между слоями электрическое поле, что, в свою очередь, приводит к образованию разности потенциалов. Если каждый слой соединить с электродами, а к ним подключить нагрузку, то в образовавшейся цепи начнется течение электрического тока. Частицы с отрицательным зарядом начнут перемещаться вверх, а с положительным зарядом – вниз.

В данной системе можно подключить любую подходящую нагрузку, в том числе и электрический двигатель. Нормальная работа при любых режимах обеспечивается специальными электронными устройствами. В обязательном порядке потребуются аккумуляторы с определенной емкостью, способные выдавать установленную электрическую мощность. Подобная конструктивная схема может быть подключена к разным механическим агрегатам, в том числе и к приводу электромобиля.

Особенности конструкции

Электромобили, работающие на солнечных батареях, существенно отличаются от автомобилей с двигателями внутреннего сгорания. Прежде всего, это конструктивные особенности и специфический внешний вид. Благодаря такой конструкции, на корпусе машины удается разместить максимальное количество панелей, повышая тем самым производительность и эффективность агрегата.

Основным элементом электрокара служат фотоэлектрические солнечные батареи. В настоящее время их КПД в среднем составляет примерно 12%, накладывая серьезные ограничения на возможность внедрения тех или иных конструктивных решений. Как показали исследования, для серийного выпуска солнечных авто необходимы панели с эффективностью не менее 50%.

В настоящее время уровень технологий не позволяет создавать такие энергетические установки. Некоторое улучшение параметров и технических характеристик возможно за счет снижения веса автомобиля, улучшения его аэродинамических качеств, применения новейших систем управления на базе микропроцессоров. Большую роль в повышении КПД машины играют электродвигатели, созданные по современным инновационным технологиям.

Стандартная машина на солнечной батарее включает в себя следующие составные части и компоненты:

• Солнечные панели с фотоэлементами.
• Аккумулятор, накапливающий энергию, которая расходуется при слабом солнечном свете и в темное время суток.
• Электрический двигатель, соединяющийся с ведущими колесами. Уменьшение трансмиссионных компонентов позволяет максимально снизить потери мощности в промежуточных звеньях. Как правило, в электромобилях используются агрегаты постоянного тока с низкими оборотами и КПД до 98%.
• Блок управления, перераспределяющий электричество, полученное от действия солнечной энергии. Часть тока затрачивается на движение, а другая часть поступает в аккумуляторную батарею и накапливается в ней. Кроме того, данный блок регулирует сами панели, их параметры и функциональность, ориентирует относительно солнца, обеспечивает своевременное охлаждение.
• Современное шасси включает в себя инновационные колеса с минимальным коэффициентом сопротивления качению.

Достоинства и недостатки солнечных электромобилей

Электромобили, работающие на солнечной энергии, считаются перспективными разработками, которые могут получить широкое применение уже в ближайшем будущем.

Среди плюсов:

• Экологически чистый электромобиль на солнечных батареях не наносит какого-либо ущерба окружающей среде. У него отсутствуют выбросы, способствующие возникновению парникового эффекта.
• Солнечная энергия доступна и абсолютно бесплатна. В отличие от нефти, она не требует организации специальной добычи и дорогостоящей переработки.
• Отпадает необходимость в организации сети АЗС.
• Значительный срок эксплуатации солнечных элементов, которые при соблюдении правил обращения способны прослужить не менее 25-30 лет.

Поскольку эти системы еще до конца не доработаны, они имеют ряд недостатков, в основном из-за несовершенства своей конструкции.

Среди минусов отметим следующие:

• Незначительный КПД, составляющий в среднем, от 15 до 20%. В связи с этим, мощность используемых двигателей также невысока – в пределах 2-3 лошадиных сил.
• В темное время суток для передвижения требуются дополнительные источники энергии, поскольку аккумуляторы не обладают достаточной емкостью для питания двигателя в течение длительного времени.
• Высокая стоимость фотоэлементов и других компонентов, из-за чего и весь автомобиль получается очень дорогим.
• Солнечные панели требуют большой площади, чтобы обеспечить требуемую мощность. В результате, общая масса авто возрастает и приводит к дополнительным потерям его общей мощности.

Таким образом, автомобиль на солнечных батареях – это не миф, а реальность, и работы в этом направлении активно ведутся. Современные технологии развиваются настолько быстро, что создание серийного авто – вопрос не слишком далекого будущего.

Автомобили на солнечных батареях и солнечная панель на крышу машины

Солнечный автомобиль использует для передвижения не привычный двигатель внутреннего сгорания, а электродвигатель, питающийся от аккумуляторов.

Первые автомобили на солнечных батареях были сконструированы в США, в середине прошлого века. Сама идея была чрезвычайно заманчивой, особенно, если учесть обилие солнечных дней в большинстве американских штатов. Проблемой стало отсутствие достаточно мощных АКБ, что на тот момент не позволило развивать создание солнцемобиля. Новые попытки изготовления авто на солнечных батареях датируются девяностыми годами прошлого века, когда появились более эффективные аккумуляторы. Необходимо понимать, какова была цель разработки солнечных автомобилей.

Основная причина — топливный кризис, начавшийся в связи с увеличением количества автомобилей. Рост цен на горючее, загрязнение окружающей среды и прочие отрицательные моменты вынудили инженеров искать альтернативные виды конструкции машин. Солнечные автомобили являются обычным средством передвижения, хотя широкого распространения они пока не получили.

Для того, чтобы понять, что такое солнечный автомобиль, надо рассмотреть его конструкцию. Прежде всего, рассмотрим, какой источник энергии используется в солнечных автомобилях. Это солнечный свет, падающий на крышу автомобиля, на которой размещены фотоэлектрические элементы — солнечные батареи. Они преобразуют свет в электрический ток, который накапливается в аккумуляторных батареях и расходуется на питание бесколлекторного электродвигателя. Управляет работой системы контроллер, который следит за режимом зарядки аккумуляторов, переключает их при необходимости и выполняет другие функции.

Популярные действующие модели

Машина на солнечной батарее — привлекательная во всех отношениях идея, поэтому разработкой таких конструкций занимаются практически все известные производители. Среди наиболее известных моделей можно назвать:

Модель Ecletic

Это разработка французской компании Venturi, способная развивать скорость до 50 км/ч и обладающая запасом хода в 50 км. Мощность силовой установки — 22 л. с.

Astrolab

Это тоже детище инженеров компании Venturi, запас хода которой достигает 110 км, а скорость — до 120 км/ч при мощности двигателя 16 кВт.

Stella

Это разработка специалистов из Голландии. Инженеры Технологического университета в Эйндховене создали свою версию семейного электромобиля с запасом хода до 600 км. Машина обладает аккумуляторами повышенной емкости.

Solar World GT

Изделие швейцарской компании Green GT. Мощность силовой установки — 400 л. с., максимальная скорость — до 275 км/ч. До 100 км/ч машина разгоняется всего за 4 секунды.

Есть и российские разработки автомобилей на солнечных батареях, которые ведутся в Санкт-Петербурге. Направление перспективное и активно развивается во всех развитых странах мира.

Гонки на солнцемобилях

С появлением солнцемобилей возник и новый вид спорта — брейнспорт. Это — гонки на машинах, перемещающихся на солнечной энергии.

Уже проводились соревнования в разных странах. Широко известны гонки, которые проводятся между австралийскими городами Дарвин и Аделаида. Общая протяженность трассы составляет 3000 км. Замысел организаторов подобных мероприятий — пропагандирование и способствование развитию исследований и производства солнечных автомобилей в разных странах.

Происходит тестирование техники в условиях реальной нагрузки, позволяющее производителям находить и устранять недоработки в конструкции. Относиться к подобным соревнованиям как к серьезным спортивным мероприятиям пока рано, но процесс идет и развивается.

Средние цены

Информация о стоимости подобных автомобилей крайне неохотно выдается производителями, поскольку массового производства пока не ведется. Заранее заявлять о ценах не принято, работы по созданию промышленных образцов еще не начаты.

Единственная определенная информация, которую можно получить на эту тему — это стоимость французской модели Astrolab от компании Venturi, которая в настоящее время обойдется покупателю в 92 000 евро.

Плюсы и минусы

К достоинствам автомобилей на солнечных батареях следует отнести:

• экологическая безопасность, отсутствие вредных выбросов
• источник энергии бесконечен и неиссякаем
• в отличие от электромобилей, которым требуется подзарядка на специальной станции
• длительные сроки службы автомобилей
• отсутствие платы за пользование солнечной энергией

Недостатками этого вида транспорта можно считать:

• высокие цены, вызванные штучным производством автомобилей
• солнечные батареи для автомобиля на крышу не изготавливаются специально, что требует подгонки параметров ходовой части под возможности фотоэлементов
• отсутствуют ремонтные станции и сети обслуживания подобной техники
• скорость и запас хода значительно уступают существующим моделям на двигателях внутреннего сгорания

Производители стремятся усилить положительные стороны солнцемобилей, параллельно работая над устранением недостатков.

Перспективы развития

Часто возникает вполне резонный вопрос — кто водит солнечные автомобили и когда, на дорогах их не видно. Необходимо понимать, что на данном этапе разработок подобные модели являются штучными изделиями и в промышленное производство пока не идут. Для инженеров важно определить уровень возможностей подобной техники и создать конкурентоспособные образцы по доступным ценам.

Электромобиль на солнечных батареях — экспериментальная, во многом «сырая» конструкция, которая находится в стадии активной разработки. Пока еще ни солнечная панель для автомобиля, ни электродвигатели не могут соперничать с двигателями внутреннего сгорания в отношении мощности и скорости.

Существуют разные варианты конструкции, от общего двигателя до мотор-колес, обеспечивающих самостоятельный привод для каждого колеса. Высокие перспективы не позволяют конструкторам отказываться от работы, а полученные результаты демонстрируют успех и стимулируют дальнейшие исследования.

Солнечная панель на крышу автомобиля

Солнечные панели используются не только для соответствующих автомобилей, перемещающихся на солнечной энергии. Они используются и обычными автолюбителями для подзарядки аккумуляторов, питания ноутбуков, мобильных устройств или походной бытовой техники. Широко распространены солнечные батареи для автодома, обеспечивающие энергией все устройства во время стоянки и получающие заряд в светлое время суток. Они могут работать и во время движения, что расширяет возможности и позволяет эффективнее использовать световой день.

Существуют специальные разработки, предназначенные для монтажа на крышу автомобиля. Это гибкие фотоэлектрические панели, повторяющие форму крыши машины и не ухудшающие аэродинамику автомобиля. Исчезает риск срыва панелей от сильного встречного потока или порыва бокового ветра. Существуют и другие разработки, обладающие различными характеристиками и эксплуатационными особенностями.

Цены на оборудование

Автомобили на солнечных батареях

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.

Он был не большого размера и передвигался без водителя, с помощью дистанционного управления.

Принцип работы

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.

Ночью автомобили на солнечных батареях передвигаются за счет батарей, а днем за счет энергии солнца.

Первые испытания

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 работающие от энергии солнца 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.

Вес и высокие технологии

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.

Поэтому не зря к соревнованиям, которые проходят ежегодно в Австралии все чаще привлекают различные студенческие группы из разных научных учебных заведений мира.

Но так как это удовольствие не из дешевых, данные проекты спонсируются крупнейшими автомобильными компаниями, которые, хотя еще не нацелены в промышленных масштабах выпускать автомобили на солнечных батареях, так как в этом пока нет смысла, очень внимательно следят за развитием данной ветки автомобилестроения, понимая, что за этим будущее.

Не удивительно, что местом проведения таких соревнований выбрали Австралию. Ведь там, в году около 300 дней солнечные, а это наиболее благоприятные условия для таких марафонов.

ПОПУЛЯРНОЕ У ЧИТАТЕЛЕЙ:  Электромобили: топ-9 фактов выбора

И хотя соревнования в Австралии уже давно превратились в шоу, за которым следят около 200 миллионов человек в мире, за результатами этих соревнований следят и многие научные центры, включая и аэрокосмического направления. Ведь уже давно не секрет, что спутники в космосе питаются от энергии солнца.

Совершенству нет придела, все только начинается

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.

Максимальная скорость при самых благоприятных условиях 100 км/час, но про перевозку грузов или даже дополнительного пассажира речи даже не идет.

Но не так все плохо, как кажется.

Как мы видим из проводимых в Австралии соревнований, есть люди, которые верят в будущее автомобилей на солнечных батареях, и благодаря новым технологическим прорывам, сбывание их ней мечты с каждым годом становится все более реалистичней.

К примеру, фирма Venturi, которая находится во Франции, уже разработала проекты двух автомобилей на солнечных батареях, которые уже можно хоть сейчас запускать в серию. Это модели Ecletic и Astrolab.

Модели Ecletic.

Модели Astrolab.

Автомобиль на солнечных батареях Ecletic, к примеру, имеет мощность в 22 л.с., что уже является прорывом у данного типа автомобилей.

Конечно, они еще не полностью совершенны. Работают данные автомобили полностью без топлива, и при скорости в 50 км. час они способны проехать всего лишь 50 км. без подзарядки ( то есть в городе только съездить на работу и назад).

Так же разработчики понимали, что их автомобили на солнечных батареях будут эксплуатироваться не только в Австралии, где 300 дней в году солнечные, а в Европе, где количество солнечных дней значительно меньше.

Поэтому для пасмурной погоды, АКБ автомобиля можно в любой момент подзарядить через обычную розетку и ехать дальше. Время зарядки 5 часов.

А если нет под рукой розетки, то в автомобилях предусмотрена возможность использовать ветровую энергию, благодаря которой автомобили могут проехать не более 15 км. При условии, что ветер довольно сильный.

Но автомобиль на солнечных батареях Astrolab, получился более совершенным, чем Ecletic. Он уже способен проехать 110 км и при этом разгонятся на участках до 120 км/час.

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.

---

Смотрите также

• 
  Датчик холостого хода логан
• 
  Хонда цивик 4д регулировка фар
• 
  Вакуумно формовочный станок для бамперов
• 
  Фото веста универсал
• 
  Как снять режим валет на шерхан магикар 5
• 
  Акб при зарядке кипит
• 
  Щиток ваз 2114 панели приборов
• 
  Ресурс моторного масла
• 
  Сигнализации с автозапуском рейтинг 2019
• 
  Лошадиная сила это
• 
  Широкий и узкий