Машины на солнечных батареях – Как работает автомобиль на солнечных батареях: цена, модели, принцип действия — Cheholshop.ru

Содержание

особенности и обзор нескольких моделей

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.

плюсы и минусы такого автомобиля

Идея автомобиля на солнечной энергии, которому не требуется дорогостоящего топлива и который не загрязняет среду, далеко не нова. Впервые подобная машина была создана еще в 1982г. Хансом Толструпом и развивала скорость до 20 км/ч. Изобретатель даже пересек на своем детище Австралию, чтобы доказать потенциал и возможности «солнечного автомобиля». По мере развития техники совершенствовались и машины на солнечных батареях. К примеру, спустя 14 лет, прототип «Dream», участвовавший в специализированных автогонках, развивал скорость до 135 км/ч.

Таким образом, перед гелиоавтомобилями открывались неплохие перспективы. Существовало лишь две проблемы: очень высокая стоимость готовых машин и низкий КПД фотопанелей. Эти же факторы и сегодня остаются главными препятствиями на пути повсеместного использования экологичных и безопасных средств передвижения.

К примеру, производительность стандартных фотопанелей не превышает 20%. Конечно, новейшие разработки ученых позволяют значительно повысить КПД, но пока высокоэффективные солнечные панели если и выпускаются, то небольшими партиями. Их серийное производство не налажено.

Инновационные разработки

В целом же проектирование машин на солнечных батареях – это именно та область, развитие которое немыслимо без активного использования современных технологий, материалов и конструкторских решений. Например, чтобы максимально рационально расходовать энергию, конструкторы стремятся предельно облегчить вес гелиоавтомобиля. Достигается это благодаря новейшим материалам, наподобие высокопрочного карбона.

Чтобы минимизировать потери энергии при движении применяют шины с минимально возможным коэффициентом сопротивления трению качения. Предотвратить трансмиссионные потери позволяют двигатели с низкими оборотами. Они передают двигательный импульс непосредственно на ведущие колеса. Оснащают такие машины и бесколлекторными двигателями с КПД до 98%.

Дизайн

Внешний вид гелиоавтомобилей можно описать одним словом – «футуристичность». Все модели «солнечных машин» поражают воображение оригинальными контурами и неожиданными обводами. В некоторых моделях даже не сразу удается распознать автомобиль, настолько они напоминают фантастические летательные аппараты.

Конечно, в чем-то такой дизайн объясняется креативными идеями разработчиков, которым хочется придать своему творению особую «изюминку». Но во многом он продиктован практическими соображениями. Прежде всего – необходимостью размещения определенного количества фотопанелей, способных вырабатывать нужное количество энергии. Имеет значение и внутренняя компоновка (расположение аккумуляторов, двигателя, особенности передачи двигательного импульса и т.д.)

Выдающиеся гелиоавтомобили

На самом деле за последние годы было создано достаточно много проектов «солнечных машин», но лишь некоторые из них прошли испытания и показали себя достойными дальнейшего производства.

Eclectic Venturi

Машина, способная ездить не только на энергии солнца, но и на ветряной и электроэнергии. Она оснащена двигателем в 22 л.с. и батареей площадью 2м². Средняя скорость составляет 50 км/ч, дальность поездки без внешней подзарядки – 50 км. Примечательно, что этот автомобиль вообще не использует никакого топлива, кроме того, его АКБ можно зарядить даже от стандартной розетки. Займет это около 5 часов.

Astrolab Venturi

Это более совершенная модель, способная развивать скорость порядка 120 км/ч. На собственном запасе энергии она в состоянии преодолеть не менее 110 км. Машина оснащена фотобатареей площадью 3,6м² и спроектирована по принципу болидов Формулы 1. Корпус автомобиля представляет собой сверхлегкий, но высокопрочный монокок из карбона.

Stella

В отличие от предыдущих моделей, созданных солидной французской компанией, эта машина разработана в Технологическом Университете Эйндховена (Нидерланды). Автомобиль позиционируется как семейный, поскольку он оснащен очень просторным и вместительным кузовом. Он разгоняется до 120 км/ч (при средней скорости примерно в 70 км/ч) и преодолевает до 800 км только на запасах солнечной энергии. Машина достаточно габаритна, ее ширина – 1,65 м, длина составляет 4,5 м. Весит же она при этом только 380 кг. Корпус «Стеллы» выполнен из углеродных волокон и алюминия. В сентябре 2014г. машина проехала от Лос-Анджелеса до Сан-Франциско без подзарядок.

Солнечные машины и автогонки

С 1987г. в Австралии проходят гонки World Solar Chalenge для автомобилей, работающих от солнечной энергии. Основателем их стал Ханс Толструп, создавший первый «солнечный автомобиль». Участникам необходимо преодолеть свыше 3 тыс. км от Дарвина (северная Австралия) до Аделаиды (юг континента).

Соревнования проводятся в нескольких классах (Challenger, Cruiser и Adventure), различия заключаются в количестве человек в экипаже и возможности дополнительных подзарядок. При этом есть и общие для всех требования. Так, емкость АКБ не должна превосходить 5 кВт/ч, участникам следует строго соблюдать график движения по трассе (с 8.00 до 17.00, в 17.00 экипаж становится на ночевку независимо от места нахождения), а вес водителя не должен быть меньше 80 кг. Экипажи, как правило, состоят из 2-4 человек.

К слову, в 2013г. World Solar Chalenge выиграл голландский автомобиль Stella, что и открыло перед ним дополнительные перспективы развития.

Устройство автомобиля на солнечных батареях

Автомобили, работающие на солнечной энергии, все еще находятся в стадии разработки, поэтому сильно отличаются друг от друга по внешнему виду, конструкции и основным параметрам. Но все эти автомобили, как и те, что показаны в этой статье имеют основные общие закономерности. Главная — это наличие солнечных собирающих панелей, которые поглощают солнечный свет и преобразуют его в электричество. В большинстве моделей это электричество накапливается в аккумуляторах, откуда оно поступает в электродвигатель, а тот вращает колеса.

Конструкторы стремятся сделать солнечные автомобили такими, чтобы они могли с большей эффективностью использовать свои запасы энергии. Поэтому большинство подобных автомобилей изготовлено из легких материалов и имеют обтекаемую форму, чтоб уменьшить сопротивление ветра. Теоретически солнечный автомобиль способен работать бесконечно долго, ведь ему не требуется иного топлива, кроме солнечного света. К тому же он не производит никаких выбросов, то есть не портит природу. Однако у него есть большой недостаток: такой автомобиль не может двигаться ночью и при сплошной облачности. Сейчас специалисты работают над тем, чтобы преодолеть подобные ограничения.

Схема устройства автомобиля на солнечных батареях

Электричество, получаемое в панелях солнечных коллекторов, передается по проводам в накопительную батарею, то есть в аккумулятор. Аккумулятор питает электродвигатель, который вращает колесный вал и колеса. Специальная система механической передачи, имеющая 12 скоростей, позволяет эффективно использовать энергию в разных дорожных условиях.

Солнечная батарея

Каждый солнечный элемент состоит из двух слоев кремния: Р-типа, то есть позитивный или положительный, и N-типа, то есть негативный или отрицательный. Когда свет попадает на такой элемент, он освобождает электроны в слое Р-типа, которые сами переходят в слой N-типа. Двигатель солнечного автомобиля пользуется запасами этого тока.

Автомобиль «Southern Cross»

Автомобиль «Southern Cross» имеет наклоняемую солнечную панель

Японский «Саузен кросс» имеет длину около 20 футов, весит 620 фунтов и двигается по ровной поверхности со скоростью до 25 миль в час. А так же он оснащен подвижной солнечной панелью.

Подвижная солнечная панель

Чтобы солнечные коллекторы поглощали наибольшее количество света, панель может наклоняться (справа) по направлению к солнцу — даже во время движения автомобиля.

Коллекторная солнечная панель обтекаемой формы

Автомобиль «Солар флер»(Solar flare), построенный в Калифорнийском университете, участвовал в автомобильной гонке «World Solar» — «Мир солнца» 1990 года. Тогда он прошел по необжитым районам Австралийского материка 1800 миль и занял в гонке 11-е место. Автомобиль имеет в длину двадцать футов и 9200 солнечных элементов толщиной меньше визитной карточки. Корпус автомобиля сделан из эпоксидной смолы, армированной углеродом. На борту находится серебряно-цинковая аккумуляторная батарея. Одного ее заряда — без дополнительной солнечной подпитки — хватает на 125 миль пути.

Гонка по Австралии не обошлась без трудностей. Часто ломалась цепная передача, которая использовалась для привода заднего колеса, — как в мотоцикле. И часто прокалывались колеса. Непредвиденные остановки снижали среднюю скорость. Во время той гонки она оказалась равной 27 милям в час вместо предполагавшихся 42 миль в час. После технической доработки «Solar flare» принял участие в двух автогонках по Соединенным Штатам в 1991 году и победил в них.

Автомобиль на солнечной батареях — основа глобального направления.

На рассвете использования солнечных батарей, когда они стали получать массовое распространение, их применяли везде, где только можно, в калькуляторах, в брелках и конечно в игрушках. Машинка на солнечной батарее не вызовет ни у кого удивления. Мощность игрушки маленькая, и чтобы не заряжать постоянно аккумулятор, использование дешёвой солнечной батареи вполне обоснованно. К тому же применение уникальных батарей положило начало использованию их в настоящем, взрослом, автомобилестроении. И из игрушечной модели появилась вполне полноценная машина на солнечных модулях.

Неоспоримые преимущества солнечных автомобилей.

Успешное освоение солнечной энергии и внедрение солнечных модулей в энергетику, подтолкнуло конструкторов и ученых к созданию автомобиля на солнечных батареях. Образец авто на солнечном ходу имеет кругом одни плюсы и положительные моменты.

Отличия от обычных машин поражают своей широтой:

неограниченный запас хода, благодаря накоплению энергии в течение светового дня,
отсутствие необходимости в заправочных станциях,
огромный ресурс солнечных модулей,
отсутствие вредных отработанных газов или других выделяемых элементов,
абсолютная бесплатность, никто не будет платить за солнечный свет.

Автомобили на солнечных батареях обходят в своей эффективности даже, ставшими популярными в последнее время, электромобили на аккумуляторах.

Так как такие авто имеют следующие недостатки:

ограниченный запас хода без подзарядки,
необходимость обустройства заправочных, а точнее зарядных станций,
большой процент полезной площади салона авто занимают аккумуляторные батареи,
большая масса автомобилей.

В последнее время, прототипы электромобилей имеются практически в каждой линейке автомобильных гигантов. Никто не сомневается, что будущее за электрокарами. Вот только какую энергию они будут использовать, этого никто не знает. Существуют разработки для электромобилей, позволяющие не подзаряжать авто. Эти конструкторские изыски предполагают устройство под поверхностью дороги уникальных источников для электрической подзарядки. Для этого используется, пока что не до конца изученная, технология передачи электричества на расстояние без материальных соединительных элементов. Такой вариант называется методом электромагнитной индукции.

Появившись сравнительно недавно, данный метод не изучен и пока что работоспособен исключительно с маленькими зарядами.

Начало освоения солнечного двигателя.

Первый самоходный автомобиль на солнечных батареях появился более 50 лет назад в Америке. Компания General Motors впервые представила свой уникальный образец автомобиля. Скорость и запас хода не стоит даже упоминать, потому что они оставляли желать лучшего, но не это главное. Интересен сам факт появления подобного устройства и закладка фундамента для будущих разработок.

Спустя 30 лет уже была выпущена первая модель, которая могла развить скорость порядка 100 км/ч, и это при эффективности батареи 15 %. С этого отсчетного момента в гонку, по изготовлению солнечного авто, включились практически все автоконцерны, желающие конкурировать в будущем на рынке автомобилей.

Стоимость таких автомобилей достаточно высока. Обусловлено это в первую очередь тем, что каждый колесный агрегат уникален. В нем используются научные технологии самых последних исследований. Внедрение таких технологий стоит денег, а доведение их до ума или конечной цели еще большего количества денег. Отчасти, поэтому, такие машины стоят под миллион долларов. Но на сегодняшний день суть не том, чтобы заработать на этом изобретении, суть в том чтобы создать доступный, качественный и надёжный автомобиль по доступной цене, к тому моменту когда человечество столкнется с проблемой нехватки жидкого источника энергии – нефти, а следовательно солярки и бензина.

До наступления такого момента, солнечные автомобили могут начать конкурировать с существующими аналогами только при условии повышения КПД солнечных источников до отметки в 45-50 %. Совокупность подобного уровня производительности солнечной батареи и применения легких композиционных материалов, для изготовления корпуса, поможет создать автомобиль, который будет активно конкурировать с бензиновыми и электрическими автомобилями.

Основное направление совершенствования солнечных автомобилей.

Помощью в будущей конкуренции служат постоянные разработки новых материалов, применяемых в батареях. Например, последние разработки позволяют не устанавливать плоские солнечные батареи на крышу авто, и уничтожать дизайнерские изыски автогигантов. Уже разработаны батареи, которые могут использоваться в качестве тонировки на автомобилях, то есть быть незаметными для обывателя.

Поверхность остекления в авто немаленькая, приплюсовав поверхность всего кузова, который может быть обтянут гибкими солнечными панелями, можно добиться площади вполне достаточной для выработки необходимого количества солнечной энергии, чтобы автомобиль на батареях передвигался на любые расстояния, а владелец не задумывался о его подзарядке.

Минусом таких гибких модулей является низкий КПД. Но как показывает опыт прошлых разработок в солнечной энергетике – повышение производительности всего лишь вопрос времени. Опираясь на исторические данные, можно быть уверенным в том, что через некоторое время, производительность солнечных батарей для электромобилей выйдет на необходимый уровень, и позволит создавать мощные и надежные автомобили для массового использования.