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.
Hanergy — это китайский энергетический холдинг, который занимается производством и установкой экологически чистых электростанций, работающих от возобновляемых источников энергии: воды, ветра или солнца. Компания существует с 1994 года, имеет множество филиалов и партнеров по всему миру, а ее штат превышает 15 тысяч сотрудников. В прошлом году у Hanergy появились интересы и в автомобильной сфере. Точнее, в электромобильной. Прошлой осенью компания представила первый прототип электромобиля на солнечных батареях, а теперь в Китае прошла масштабная презентация сразу четырех концепт-каров.
Прототип Hanergy 2015 года
Все они построены на оригинальной модульной платформе, которая предусматривает разные типы привода (в зависимости от компоновки кузова и предназначения машины электромотор можно установить на любой оси). Литий-ионный тяговый аккумулятор располагается между осями под полом салона, а на поверхности кузова находятся современные тонкопленочные солнечные батареи. По сравнению с традиционными кристаллическими они легче, имеют повышенный КПД, лучше работают в пасмурную погоду и при загрязнении, а из-за гибкой конструкции их проще интегрировать в кузов автомобиля. А самый существенный недостаток — цена. Четыре машины как раз призваны продемонстрировать широкие возможности этих технологии.
Hanergy Solar O — это однообъемный сити-кар, созданный по более-менее традиционным лекалам. Солнечные батареи встроены в крышу, передок и подъемные двери, а в багажнике могут поместиться два электроскутера.
Необычная форма кузова и в первую очередь крыши концепта Solar A продиктована желанием максимально увеличить горизонтальную площадь солнечных батарей. По задумке у хэтчбека массой 1,2 т вдобавок есть раскладные панели, поэтому на парковке общая площадь солнечной батареи достигает 7,5 квадратных метра.
Но это еще ерунда. Минивэн Solar L в длину достигает шести метров, как Rolls-Royce Phantom! У него огромный покатый хвост, а площадь солнечных элементов — почти десять квадратных метров! При этом заявленная масса машины — всего 700 кг.
Ну а Hanergy Solar R — это электрический спорткар. Грозного вида купе имеет солнечные батареи на крыше, капоте, дверях, а также вместо заднего стекла. Увы, динамические характеристики машин пока не сообщаются.
По заверениям разработчиков, за 5—6 часов солнечные батареи могут выработать энергию, которой хватит для того, чтобы электромобиль мог проехать около 80 км. Для городских поездок по маршруту дом—работа—магазин—дом этого достаточно. При этом система управления на основании прогнозов погоды подскажет, когда лучше заряжать машину и сколько времени займет восполнение заряда для требуемого пробега. А если энергии солнца недостаточно, то запасы электричества можно пополнить от розетки. Полной емкости аккумулятора должно хватить на 350 км пробега.
В Hanergy уверяют, что нынешние технологии изготовления тонкопленочных солнечных батарей позволяют иметь коэффициент фотоэлектрического преобразования до 31,6%, хотя в среднем по отрасли этот показатель составляет около 20%. А в планах — увеличение коэффициента до 42% к 2025 году. В разработке находятся и прозрачные солнечные батареи, которые можно будет «наклеивать» на стекла, заметно увеличивая общую площадь фотоэлементов.
Компания намерена начать производство электромобилей на солнечных батареях в 2020 году. Но не исключено, что весь этот автомобильный проект сделан лишь в рекламных целях, чтобы привлечь внимание публики. Ведь помимо энергетических проектов широкую известность компании Hanergy принес еще и крупный финансовый скандал: прошлой весной после долгих махинаций акции одного из подразделений холдинга (Hanergy Thin Film Power) на Гонконгской бирже за 24 минуты подешевели почти вдвое, разом снизив капитализацию на 19 миллиардов долларов! Какие уж тут электромобили.
На днях солнцелет Solar Impulse под управлением Бертрана Пикара отправился в полет через все Соединенные Штаты Америки из Сан-Франциско в Нью-Йорк. И появление в наше время данного транспортного средства выглядит как нечто само собой разумеющееся. Ведь по всему миру с каждым днем становится все больше и больше самолетов, автомобилей и прочих средств передвижения
, работающих на энергии Солнца
. О них и пойдет речь в этом обзоре.
Solar Impulse – это самолет, который не использует никакие другие источники энергии, кроме как солнечные панели. Для того, чтобы это стало возможным, создателям данного транспортного средства пришлось оснастить его крыльями с размахом 61 метр, на них и были расположены упомянутые выше элементы питания. В конце мая 2013 года Solar Impulse оправился в полет через всю США, от Западного Побережья страны до Восточного.
Построенная в 2010 году яхта PlanetSolar стала одним из самых уникальных и интересных в мире плавательных средств. Ведь вся ее палуба покрыта солнечными панелями, а создан данный корабль был для осуществления давней мечты своего хозяина – кругосветного путешествия на энергии Солнца.
В небольшом швейцарском городе Тенна в Альпах, являющемся одним из центров горнолыжного туризма, в 2012 году появилась канатная дорога на солнечных батареях, первый в мире объект подобного рода. Панели в ней весят вдоль линий подъемника.
Конечно, велосипеду для движения никакое электричество не нужно – он едет вперед за счет силы ног владельца либо гравитации. Однако энергия не помешала бы всевозможным мобильным устройствам человека, который передвигается на этом транспортном средстве.
Самые современные электромобили могут проехать на одной зарядке аккумуляторов максимум пару сотен километров. Но этот показатель можно увеличить практически до бесконечности, если оснастить транспортное средство солнечными панелями. В качестве примера тому можно привести электрический автомобиль SolarWorld GT, на котором его владельцы совершили кругосветное путешествие.
Лишь недавно компания SolarLab начала выпуск речных трамвайчиков Solar Shuttle, работающих от солнечных панелей, установленных на их изогнутых крышах, а уже сейчас подобные транспортные средства плавают по водоемам Лондона, Констанцы и Гамбурга.
Несмотря на свое название, мотоцикл Lune предназначен, в первую очередь, для езды в светлое время суток. А имя свое он получил благодаря форме полумесяца, на который данное транспортное средство становится похоже во время стоянок, когда владелец раздвигает систему солнечных панелей для зарядки аккумуляторов байка.
Еще одно транспортное средство с названием Solar Shuttle. Только теперь это не речной трамвайчик, а вполне сухопутных автобус, правда, тоже небольших размеров. Предназначен он для езды внутри студгородка университета Wake Forest University в городе Уинстон-Сейлем в американском штате Северная Каролина.
На улицах некоторых городов в Швейцарии недавно появилась целая сеть небольших прогулочных поездов, которые передвигаются исключительно за счет солнечных панелей, установленных у них на крыше. А кое-где эти средства передвижения используются даже в качестве общественного транспорта.
Уже в 2014 году Американское космическое агентство планирует запустить за пределы Земли самый большой в истории солнечный парус Sunjammer – летательный аппарат, который будет передвигаться за счет давления фотонов на огромную зеркальную поверхность (примерно 1200 квадратных метров). Данный проект при удачной реализации станет наглядным доказательством тому, что путешествовать в Космосе можно на сколь угодно далекие расстояния без оглядки на ограниченность ресурсов.
Бушующий в мире энергетический кризис вдвойне неприятен автомобилистам: кроме резкого повышения цен на услуги автосервиса, ещё возрастают и затраты на горючее. Естественно, что в этом случае есть смысл изучить возможность приобретения/переделки автомобиля, который бы двигался при помощи возобновляемых (альтернативных) источников энергии, в том числе – и энергии Солнца.
История и прогресс в развитии «солнцемобилей»
Первый , который преодолел более-менее значительное расстояние - это машина датчанина Х. Толструпа, с помощью которой изобретателю в 1982 году удалось пересечь Австралию. Правда, сейчас достигнутая им скорость передвижения в 20 км/ч кажется смешной. Поэтому представленный в начале ХХI века автомобиль «Dream» уже развивал скорость в 135 км/ч. Вроде бы, прогресс есть, да ещё какой. Но…
Движется автомобиль на солнечных батареях благодаря наличию фотопреобразователей. Они отвечают за процесс накопления солнечной энергии, которая затем приводит в движение двигатель. И вот тут-то возникают проблемы:
- коэффициент полезного действия фотоэлементов не превышает 12%;
- лёгкие бесколлекторные или низкооборотистые двигатели (встраиваемые прямо в ведущие колёса) наличествуют только в опытных образцах, и их производство не поставлено на поток. Что и понятно, учитывая небольшой спрос на такие двигатели;
- вес автомобиля, от которого будет зависеть его энергоэффективность, невозможно постоянно снижать, поскольку рано или поздно это неблагоприятно скажется на прочности и безопасности машины. Карбоновые же кузова очень дороги;
- шины «солнцемобиля» должны иметь минимальное значение коэффициента трения качения, и при этом обладать достаточным сцеплением с дорожным покрытием. Фирмой Michelin уже освоен выпуск таких шин (модель Radial X), но о массовом их производстве речь тоже пока не идёт.
Единственное, в чём преуспели энтузиасты строительства автомобилей на солнечных батареях – так это в дизайне кузова. С помощью 3D-моделирования и последующей продувке готового образца в аэродинамической трубе обтекаемость машины практически достигает максимума нынешних технических возможностей. Возможно, поэтому лучшие образцы «солнцемобилей» имеют весьма необычные формы и очертания (см. рис.1).
Существующие конструкции автомобилей на солнечных батареях
Производством опытных экземпляров подобных машин занимаются такие гиганты автомобилестроения, как BMW , Toyota , Mercedes , а также французская фирма Venturi , швейцарская компания Green GT и др.
Разработки идут по двум направлениям:
- создание смешанной конструкции автомобиля на солнечных батареях, который в пасмурную погоду мог бы подзаряжаться от электросети, и работать как простой электромобиль;
- создание транспортного средства, в котором бы энергия Солнца использовалась для некоторых вспомогательных потребностей: например, для функционирования навигационной системы, либо кондиционера машины.
Как видим, вопрос о создании «чистого» автомобиля, работающего исключительно на солнечной энергии, пока на повестке дня не стоит. Между тем, экспериментальные конструкции таких машин уже испытаны и предлагаются для продажи весьма состоятельным автолюбителям, которым уже поднадоели традиционные конструкции.
Наиболее удачными технологическими решениями автомобиля на солнечных батареях считаются:
- «Astrolab » (см. рис.2) от фирмы Venturi – максимальная скорость 120 км/ч, запас хода по шоссе 110 км, площадь панели с фотопреобразователями 3,6 м 2 , цена – 92000 евро;
- «Sunswift eVe » (см. рис.3) – совместное детище австралийских компаний Bilstein и Ohlins. Машина разгоняется до скорости 75 км/ч, при запасе хода в 300 км. О цене не сообщается.
Можно ли переделать имеющийся автомобиль в «солнцемобиль»?
Китайский студент Zhu Zhen Lin, студент West Virginia University (США) сумел переделать в автомобиль на солнечных батареях обычную серийную автомашину (см. рис.4). Автомобиль имеет запас хода до 70 км, при максимальной скорости около 40 км/ч.
Солнечные батареи автомобиля состоят из 22 фотоэлектрических преобразователей, установленных на крыше, по бокам и на капоте машины. Особо эстетичной данную конструкцию назвать, конечно, нельзя, но необходимая функциональность в условиях передвижения по городским улицам у такого автомобиля есть. И главное – на всё переоборудование китайский студент затратил всего $ 2400.
Таким образом, перспективы у автомобилей, использующих солнечную энергию, имеются. Наилучшим способом они смогут быть реализованы в качестве комбинированного движителя, который не будет зависеть от погоды и атмосферных условий.