Машины на солнечных батареях

Гонки на солнцемобилях

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.

История развития

Как убрать трещину на лобовом стекле машины

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.

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.

Гонки

Способы выбора краски для машины

Солнечные автомобили из Мичиганского и Миннесотского университетов едут на запад к финишу в North American Solar Challenge 2005 года.

Две гонки на солнечных батареях — это World Solar Challenge и American Solar Challenge , соревнования в стиле наземных ралли, в которых участвуют различные университетские и корпоративные команды.

В World Solar Challenge принимают участие участники со всего мира, которые мчатся, чтобы пересечь австралийский континент на расстояние 3000 километров (1900 миль). Неуклонно росли скорости машин. Так, например, высокие скорости участников гонки 2005 года привели к тому, что правила для солнечных автомобилей были изменены, начиная с гонки 2007 года, а также 2014 года.

В соревнованиях American Solar Challenge , ранее известных как «North American Solar Challenge» и «Sunrayce USA», участвуют в основном студенческие команды, участвующие в гонках с определенными временными интервалами в США и Канаде. Эта гонка также изменила правила последней гонки из-за того, что команды достигли установленных ограничений скорости. Самый последний American Solar Challenge проходил с 6 по 22 июля 2018 года из Омахи, Небраска, в Бенд, Орегон. Конкурс Dell-Winston School Solar Car Challenge — это ежегодная гонка на солнечных батареях для старшеклассников. Событие привлекает команды со всего мира, но в основном из американских средних школ. Впервые гонка была проведена в 1995 году. Каждое мероприятие является конечным продуктом двухлетнего образовательного цикла, начатого Winston Solar Car Team. В нечетные годы гонка представляет собой дорожную трассу, которая начинается у Dell Diamond в Раунд-Роке, штат Техас; окончание курса меняется из года в год. В четные годы гонка представляет собой гонку на треке по автодрому Texas Motor Speedway. Dell спонсирует это мероприятие с 2002 года.

Солнечные элементы расположены на верхнюю часть этого автомобиля производит достаточно энергии , чтобы держать его электрический ход двигателя.

Южной Африки Solar Challenge является два раза в год две недели гонки на солнечных батареях автомобилей по всей длине и ширине в Южной Африке. Команды должны будут построить свои собственные автомобили, разработать свои собственные инженерные системы и мчаться на этих машинах по самой сложной местности, которую когда-либо видели солнечные автомобили. Гонка 2008 года доказала, что это событие может заинтересовать публику и что оно имеет необходимую международную поддержку со стороны FIA. В конце сентября все участники вылетят из Претории и направятся в Кейптаун по трассе N1, затем проедут вдоль побережья до Дурбана, а через 10 дней поднимутся по откосу на обратном пути к финишу в Претории. В 2008 году мероприятие было одобрено Международной федерацией солнечных автомобилей (ISF), Международной автомобильной федерацией (FIA), Всемирным фондом дикой природы (WWF), что сделало его первой гонкой Solar Race, получившей поддержку этих трех организаций.

Есть и другие дистанционные гонки, такие как Suzuka , Phaethon , WGC (WSR / JISFC / WSBR) и World Solar Rally на Тайване . Сузука и WGC — это ежегодная гонка на треке в Японии, а Фаэтон был частью культурной олимпиады в Греции прямо перед Олимпийскими играми 2004 года .

вода

Лучшие машины для дрифта

PlanetSolar , самая большая в мире лодка на солнечной энергии и первый в истории солнечный электромобиль, совершивший кругосветное плавание (в 2012 году).

Лодки, работающие на солнечных батареях, в основном использовались только для рек и каналов, но в 2007 году экспериментальный 14-метровый катамаран Sun21 прошел по Атлантике из Севильи в Майами , а оттуда в Нью-Йорк. Это было первое пересечение Атлантики, работающее только на солнечной энергии.

Самая большая японская судоходная линия Nippon Yusen KK и Nippon Oil Corporation сказал солнечные панели , способные генерировать 40 киловатт электроэнергии будут размещены на верхней части 60213 тонн в автомобиль носителя корабля , который будет использоваться Toyota Motor Corporation .

В 2010 году была представлена Tûranor PlanetSolar , яхта- катамаран длиной 30 метров и шириной 15,2 метра, работающая от 470 квадратных метров солнечных панелей. На данный момент это самая большая из когда-либо построенных лодок на солнечных батареях. В 2012 году PlanetSolar стал первым в истории солнечным электромобилем, совершившим кругосветное путешествие .

Изготовлены различные демонстрационные системы. Любопытно, что никто еще не воспользовался огромным выигрышем в мощности, который принесет водяное охлаждение.

Низкая удельная мощность нынешних солнечных панелей ограничивает использование судов, работающих на солнечной энергии, однако лодки, использующие паруса (которые не вырабатывают электричество, в отличие от двигателей внутреннего сгорания), используют энергию батарей для электроприборов (таких как охлаждение, освещение и связь). Здесь солнечные панели стали популярными для подзарядки батарей, поскольку они не создают шума, требуют топлива и часто могут быть легко добавлены к существующему пространству палубы.

История развития

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.

Что важно знать при покупке солнечной батареи

С выбором сетевого адаптера справится каждый пользователь, так как ничего сложного в этом нет. Трудности возникают только при покупке солнечной батареи. Потому что здесь существует несколько нюансов, о которых стоит знать заранее.

Сначала важно определиться, что именно будет заряжаться от этой панели. Потому что сегодня существуют десятки моделей, которые подойдут как для смартфона, так и для автомобильного аккумулятора

После уточнения этого вопроса следует перейти к следующему пункту – как быстро планируется провести зарядку. Последний вопрос – в каких условиях будет эксплуатироваться устройство

Это основные критерии, которым уделяется внимание в первую очередь. Конечно, еще нельзя забывать о стоимости продукта и производителе, но это второстепенно

От телефонов до ноутбуков

Если человек планирует использовать солнечную панель для зарядки смартфонов, с емкостью до 5000 мАч или экшн-камер, то подойдут практически любые бюджетные решения. У этих моделей присутствует один USB-порт, где выдается до 1.2 ампер. Этого значения достаточно для нетребовательной техники

Дополнительных функций здесь не предусмотрено, что также важно понимать

Если требуется проводить зарядку более сложных устройств: планшеты, внешние источники питания или смартфоны с емкой батареей, лучше приобретать дорогие варианты от популярных производителей, например, Blitzwolf 15 Watt. Этот вариант обладает несколькими разъемами и функционирует одновременно с двумя приборами. При этом показатель тока может достигать 2.1 А и выше.

Такой панели может быть недостаточно, если человек планирует проводить зарядку телефонов, где поддерживается технология «Quick Charge» или переносных аккумуляторов с емкостью от 20000 мАч. В этом случае подойдут устройства, мощность которых превышает 18 Вт. Одним из популярных представителей является Allpowers 21 Watt.

Но солнечная панель не ограничивается только зарядкой телефонов и планшетов. Продаются модели, способные работать с автомобильным аккумулятором, переносным холодильником, ноутбуком и т.п. Конечно, стоимость подобных исполнений достигает высокой отметки, но взамен человек получает долговечное устройство. Оно выручит в любой ситуации или при длительных походах. Перед выбором панели, следует учитывать потребление тока прибором, после чего сравнять показатели с выдаваемым значением у солнечной батареи.

Скорость зарядки

Здесь в выборе нет ничего сложного. Лучше покупать модели, которые выдают такой же результат, как при использовании стандартной зарядки. Также нельзя забывать о максимальном токе и вольтаже. Например, при зарядке обычного смартфона требуются параметры 5 вольт/2 ампер. Сегодня эти значения используются практически во всех сетевых адаптерах. У солнечной панели показатели должны быть такие же, больше или меньше нельзя, так как это плохо скажется на АКБ. В этом случае оптимальной моделью станет солнечная панель Allpowers 14 Watt.

Условия эксплуатации

Параметр важно учитывать, если человек планирует применять прибор при длительном походе или поездке в загородный дом, где есть проблемы с электричеством. Для этих целей подойдут стандартные исполнения, мощностью от 10 до 12 Вт

Это оптимальное решение, которое справится с зарядкой современных смартфонов и планшетов.

Если человек планирует отправиться в путешествие на 14 дней или месяц, лучше приобретать модели, мощностью от 18 Вт. Кроме того, следует дополнительно купить павербанк емкостью от 15000 мАч. Двух этих компонентов будет вполне достаточно для комфортного отдыха.

Китай или популярный производитель

Кем и где изготовлено устройство, также следует учитывать. Так как известные производители распространяют длительную гарантию, которая поможет вернуть или починить устройство. Китайские модели отличаются только низкой стоимостью. Если есть возможность, то стоит заранее узнать, какие используются солнечные ячейки. Хорошим вариантом считаются элементы, которые произведены на американских заводах.

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.

Обзор солнцемобилей

Stella

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

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

Trev

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

Характеристики авто на солнечных батареях Trev:

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

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

Solar World Gt

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

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

Sono Sion

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

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

Venturi Astrolab

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

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

Преимущества и недостатки солнцемобилей

Машины на солнечной энергии имеют такие преимущества:

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

К недостаткам можно отнести следующее:

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

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

Плюсы и минусы

Автомобили, работающие на солнечных батареях, обладают целым рядом преимуществ, перед традиционными двигателями внутреннего сгорания, это:

Отсутствие вредных выбросов обуславливает экологическую безопасность подобного транспорта.
Неограниченный запас источника энергии, которым является солнце.
Нет необходимости в строительстве заправочных станций и станций подзарядки, как в случае с электромобилями.
Продолжительные сроки эксплуатации.
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:

Применение новых технологий и изготовление в штучном производстве, увеличивает стоимость подобных механизмов.
Запас хода и скорость движения ниже, чем у автомобилей с двигателями внутреннего сгорания.
Отсутствие ремонтных сетей и служб автосервиса, работающего в данном сегменте автотранспорта, усложняют процесс его эксплуатации.

Параметры

Запас хода у серийной модели выше почти вдвое, в сравнении с предыдущей. Мощность составляет 16 кВт, скорость ограничена отметкой 120 км/час.

Почему солнечная энергия лучше электрической

Частные автомобили создают до 73 процентов выбросов в окружающую среду. Продвижение электромобилей в массы уменьшит загрязнение, но не устранит его. Электростанции, энергетические линии, зарядные коммуникации – всё это наносит вред природе, скрывшись от глаз обычных пользователей. Транспортное средство, полностью работающее на солнечной энергии, будет гарантированно чистым, не источая, как и электромобили, опасных выхлопных газов.

Хотя реальность доступного массового солнцемобиля остается мечтой, солнечная энергия может помочь и другими способами. Например, когда автомобили не оснащены солнечными панелями, но питаются от электричества, вырабатываемого внешними батареями, расположенными на крыше дома, гаража и т.д.

Существует также возможность (уже проверенная на различных коммерческих моделях) размещения солнечных панелей на крышах машин в качестве дополнительного источника энергии, который предназначен не для фактического перемещения автомобиля, а для других целей – например, питания кондиционера.

Есть ли шанс у «солнцемобилей»

Насколько работоспособными будут такие машины, трудно сказать до тех пор, пока они не испытаны жизнью

Наука редко прямо говорит «нет», но в данном случае призывает к осторожности. По оценкам экспертов, даже самых энергоэффективных солнечных панелей будет недостаточно для автомобиля с дальностью хода, сопоставимой с современными электромобилями – если не ждать несколько дней, пока машина зарядится естественным путем

Это связано с данными о том, сколько энергии могут собирать солнечные панели.

На каждый квадратный метр Земли в течение дня приходится примерно 1 киловатт солнечной энергии (фактическое количество варьируется от места к месту – от 0,2 кВт в Норвегии до 2 кВт – в Саудовской Аравии). Это означает, что гипотетически даже сверхэффективная солнечная панель, захватывающая 100 процентов солнечной энергии, может собирать только 1 киловатт-час на квадратный метр за каждый час солнечного света.

Tesla Model 3 проезжает чуть меньше 7 км на каждый киловатт-час. Предполагая, что наша солнечная машина имеет такую же энергоэффективность, с четырьмя квадратными метрами невероятно продуктивных солнечных панелей (количество, которое Sono Motors планирует разместить на Sono) ей потребуется свыше 6 часов непрерывной зарядки, чтобы проехать 160 км. Вернувшись к реальной эффективности (менее 25%), мы поймем, что для получения столь большого объема энергии машине понадобится 26 часов нахождения на солнце.

В этом могут помочь тонкопленочные элементы с использованием перовскитов. Перовскиты – это кристаллы, названные в честь русского знатока минералов Льва Перовского. Они не требуют больших затрат на добычу, а панели на их основе обладают рядом важных преимуществ по сравнению с обычными фотоэлектрическими аналогами на базе кремния. Они могут быть тоньше обычного листа бумаги, поглощают свет с более широким диапазоном длины волн, производя больше электроэнергии при той же интенсивности солнечного излучения, и лучше работают в тени и в пасмурные дни.

Но есть и другие негативные факторы. К примеру, эффективность солнечных панелей снижается, если они не выровнены идеально к солнцу. А что делать в регионах с постоянной облачностью, частыми дождями и снегом? Также есть грязь, пыль, повреждения от камней на шоссе, существенно уменьшающие количество собираемой энергии.