Как в автомобилестроении используется солнечная энергия?

Топливный кризис в мире не за горами. Не так давно озвучивались данные о том, что при сохранении нынешних темпов добычи нефти в России, её хватит на 30 лет. То есть, запасы тают с каждым днём, а потребление растёт. Кроме того, есть и другая проблема. От большого количества автомобилей ежедневно в атмосферу поступает масса выхлопных газов с вредными веществами. Эти проблемы нужно решать. Причём в ближайшее время. Некоторые специалисты видят выход в создании электромобилей, работающих на солнечной энергии. Действительно, это не фантастический рассказ, а реальные разработки. Конечно, до выпуска серийных моделей ещё далеко, но уже есть рабочие образцы, включая гоночные кары.

Впервые фотоэлектрические панели на крыше автомобиля попробовали установить довольно давно. В наше время появились полноценные авто, которые приводятся в движение исключительно от солнечной энергии. И эти автомобили делаются не в единичном экземпляре энтузиастами, а в производственных цехах крупных автомобильных корпораций.

Концерн General Motors ещё в середине прошлого столетия представил модель с электродвигателем, который работает на солнечной энергии. В длину машина была не больше полуметра. Н крыше были закреплены 10 солнечных батарей.

Разработкой автомобиля занимался Уильям Кобб ─ инженер компании GM. Эти исследования были профинансированы автомобильным гигантом в надежде на прорыв. Но тогда исследования свернули из-за низкой рентабельности, а вернулись к ним лишь через несколько десятилетий.

К разработкам авто на солнечной энергии вернулись в девяностые годы прошлого века. В этом время КПД фотоэлементов достиг 15 процентов. Это послужило мощным толчком к освоению энергии солнца. К делу разработки электромобилей подключились многие крупные концерны. Не так давно появлялись сообщения о том, что специалистам из Spektrolab удалось получить солнечные панели с КПД выше 30%. Но серийных образцов с такой эффективностью пока не выпускается.

Плюсы и минусы гелио автомобилей

Итак, подведём итоги по плюсам и минусам автомобилей на солнечной энергии.

Плюсы

• Солнечная энергия бесплатна;
• Не требуется сеть заправочных станций;
• Фотоэлементы имеют большой срок службы (до 30 лет);
• Не выбросов а атмосферу;
• Использование таких авто стимулирует разработку передовых технологий в смежных сферах.

Минусы

• Низкий КПД фотоэлектрических панелей (максимум 12─15%);
• Высокая стоимость солнечных панелей;
• Эффективность выработки электроэнергии зависит от времени суток и погоды;
• Необходимо осуществлять накопление энергии от батарей.

Примеры электромобилей на солнечных батареях

Astrolab

Выпуском этого электромобиля занимаются специалисты компании Venturi. Максимальная скорость, которую развивает авто, составляет 120 километров в час. Пробег до 110 километров. На автомобиле закреплены фотогальванические элементы общей площадью 3,6 квадратных метров. Стоимость этого чуда составляет больше 90 тысяч евро.

Как говорят конструкторы, таких параметров им удалось добиться благодаря усовершенствованному кузову автомобиля. Astrolab подобен гоночным болидам. Внутренняя часть машины выполнена в виде карбонового монокока для защиты водителя и пассажира. Дизайн Astrolab разработал Саша Лакик. Сам он называет этот электромобиль, как крыло на колёсах.

Ecletic

Ecletic является ещё одним гелиомобилем от Venturi. Мощность двигателя этого авто составляет 22 лошадиные силы. Для сравнения, у других авто на солнечных батареях мощность в среднем составляет одну лошадиная сила с двух квадратных метров панелей. Ecletic работает только от энергии солнца.

Конструкторы утверждают, что их творение пробегает на скорости 50 километров в час до пятидесяти километров. И ещё один интересный нюанс Ecletic. Машина может проходить до 15 километров на энергии ветра. Если на улице непогода, то авто заряжается от электрической сети примерно за 5 часов.

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.

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.

Солнечный автомобиль - идея не новая, но так до конца и не реализованная из-за объективных особенностей. Это и малая мощность автомобилей на солнечных батареях, да и с эффективностью работы солнечной зарядки для автомобиля были определенные проблемы, которые пытались решать едва ли не всем миром. И ведь нельзя сказать, что все впустую - динамика, особенно в последние годы, только радует. Вполне возможно, что именно солнечный автомобиль придет на смену современным электрокарам.

Солнечный автомобиль - развитие благодаря гонкам

К идее автомобиля на солнечных батареях всерьез пришли только во второй половине прошлого века (вовсю экспериментировали даже в СССР - на заводе РАФ, с моделью микроавтобуса 2203), а датой рождения более-менее полноценного солнечного автомобиля стоит признать 1982 год.

Именно тогда датчанин Ханс Толструп - изобретатель, предприниматель и путешественник - совершил трехтысячекилометровый рейд через Австралию на прототипе Quiet Achiever, развивая среднюю скорость чуть более 20 км/ч. Принцип прост: фотоэлементы, преобразовывая световую энергию в электрическую, заряжают аккумуляторы, которые с помощью электродвигателя приводят в движение колеса. Естественно, солнечная зарядка для автомобиля - постоянна и непрерывна, пока не появились тучи или не пошел дождь.

А затем Толструп решил развить это перспективное направление и учредил World Solar Challenge - первую гонку солнечных автомобилей. По Австралии, где солнце светит почти 300 дней в году. Желающие откликнулись быстро, в 1987 году прошло первое ралли, а затем через каждые два года (процесс разработки и производства нового прототипа - занятие не самое быстрое), на Зеленый континент приезжали все новые и новые смельчаки.

Уже в 1996 году средняя скорость победившего экипажа приблизилась к отметке в 100 км/ч, а «максималка» составила 135 км/ч. Дальше стало только лучше.

Солнечный автомобиль - индийская практичность и голландская функциональность

По части благоприятной погоды с Австралией вполне может поспорить Индия. Студенты университета в Манипале, не без помощи концерна Tata, спроектировали любопытный концепт-кар. Их солнечный автомобиль - это стеклопластиковый корпус на трубчатом каркасе, снаряженной массой около 600 кг, способный проехать полторы сотни километров на максимальной скорости 60 км/ч.

Система питания и управления - на базе микрокомпьютера Raspberry Pi. Причем основная задача, стоявшая перед индийцами - возможность коммерческого использования этого автомобиля на солнечных батареях! Не скорость, мощность или комфорт, нет - это, скорее, попытка заменить велорикш в обозримом будущем.

А вот в Голландии построили солнечный автомобиль с кардинально противоположной философией. Студенческая команда из Эйндховена взялась за проект Stella - семейного авто, по дизайну напоминающего очень заниженный микроавтобус. Они постарались сделать машину максимально легкой (всего 375 килограммов!), максимально аэродинамичной и комфортной.

Первая генерация этого солнечного автомобиля без особых проблем выиграла World Solar Challenge в классе Сruiser (максимально приближенном к реальным машинам), вторая - Stella Lux - готовится на ралли в октябре 2015 года.

Вот она-то и обещает стать ступенькой на пути к серийному производству солнечных автомобилей: на одной зарядке - 1 100 километров пробега, максимальная скорость ограничена на отметке 125 км/ч. Фирменная фишка: встроенная система навигации еще и автоматически подбирает наиболее оптимальный маршрут, исходя из прогноза погоды.

Солнечный автомобиль - английская хитрость и немецкий авантюризм

Свои амбиции в плане постройки крутого автомобиля на солнечных батареях были и у англичан. Но они носили преимущественно спортивно-соревновательный характер. Студенты из Кембриджа смогли спроектировать одновременно и максимально аэродинамичный автомобиль, и в то же время сделали солнечные батареи адаптивными - чтобы не один фотон энергии не пропал даром! Машина может ехать 140 км/ч - и также служит скорее прототипом для будущих серийных разработок.

Естественно, в теме разработки автомобиля на солнечных батареях и Германия не могла остаться в стороне. Немецкие студенты из Бохума в 2012 году замахнулись сразу на кругосветное путешествие протяженностью без малого тридцать тысяч километров (!) на выполненном из карбона и алюминия миниатюрном двухдверном купе SolarWorld GT - весом всего в 260 килограммов!

Максимальная скорость - 120 км/ч, запас хода без подзарядки - 400 километров, с подзарядкой - втрое больше. Машинка получилась симпатичной, хотя по дорогам России и Украины парням пришлось несладко - приходилось устраивать пит-стоп и менять колесо. Хотя нет худа без добра: дополнительная солнечная зарядка для автомобиля никогда не будет лишней.

Солнечный автомобиль - австралийская респектабельность

А вот в Австралии решили не терять времени даром и сразу замахнулись на создание не простого автомобиля на солнечных батареях, а самого натурального споркупе! Проект Immortus от компании EVX Ventures - это футуристический дизайн, два электродвигателя и разгон с нуля до сотни за семь секунд! Максимальная скорость ограничена на отметке в 150 км/ч, без динамики электродвигателей автомобиль способен на городские покатушки со скоростью 60 км/ч, и вот это, пожалуй, едва ли не идеальный вариант эксплуатации для расслабленных австралийцев.

А вот еще один австралийский проект - Sunswift eVe - пока только является прототипом. Но не простым, а прототипом-рекордсменом: студенты из Нового Южного Уэльса за полмиллиона долларов создали машину, способную проехать 500 километров на одной зарядке со средней скоростью более 100 км/ч - и хотя максимальная скорость чуть уступает проекту Immortus, второго «австралийца» тоже планировали запускать в мелкосерийное производство. Спрос, видимо, есть.

Солнечный автомобиль - далекое или недалекое будущее

Крупные автопроизводители, получив чувствительный щелчок по носу, с выходом «Тесла» наверняка готовят ответный удар. И солнечный автомобиль вполне может стать таковым.

Например, «Форд» уже пробовал ставить фотоэлементы на крышу минивэна С-Мах, и получившийся концепт выглядел достаточно прилично. Ну а у мелких производителей появляется шанс повторить успех Элона Маска и его электрокара . Что для этого нужно? Инновации, инновации и еще раз инновации.

Новые легкие и прочные полимерные материалы для кузова и, возможно, для колес, а также более эффективные фотоэлементы и электродвигатели. Приятный и радующий глаз дизайн и функциональность, сопоставимая с хорошим С-классом - вот залог успеха.

Забирай себе, расскажи друзьям!

Читайте также на нашем сайте:

Показать еще

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

Общие характеристики

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

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

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

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

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

Какие существуют солнцемобили

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

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

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

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

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

Плюсы и минусы

Машины, функционирующие на солнечной энергии, наделены положительными характеристиками:

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

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

Солнечные электромобили на практике

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

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

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