Весь мир переживает топливный кризис: запасы нефти тают с каждым днем, а количество ее потребления, наоборот, растет. На мир надвигается экологическая катастрофа: каждый день в окружающую среду автомобили выбрасывают огромное количество выхлопных газов. Решить все эти проблемы ученые пытаются одной очень интересной, а главное полезной разработкой – автомобилем, работающим на солнечных батареях. И это не научная фантастика, а вполне реальная идея, которая успешно воплощается в жизнь уже многие годы.
Об авто, работающих на солнечной энергии, было известно еще в 1982 году. Изобретатель Ханс Толструп пересек на таком автомобиле Австралию, вот только его скорость составляла всего 20 км/ч. А уже через 14 лет скорость солнцемобилей выросла до 135 км/ч. Именно такую цифру показывал спидометр «солнечной» автомашины «Dream», победившей в IV Международном ралли. Согласитесь, отличный показатель для автомобиля, который работает исключительно от солнечного излучения, вот только обошлась эта «Мечта» в 2 млн. долларов.
Развитие в области «солнечных» электромобилей
Электромобиль на солнечных батареях, как понятно из названия, использует для своей работы энергию солнечного излучения. Одним из главных звеньев, участвующих в этом процессе, являются фотопреобразователи, они то и отвечают за накопление солнечной энергии. Таким образом, подобный автомобиль из врага окружающей среды превращается в ее союзника, ведь в качестве источника энергии выступает экологически чистый солнечный свет.
Конечно, говорить о повсеместном использовании «солнечных» электромобилей пока еще рано. Главной проблемой, которую еще предстоит решить, остается низкий КПД используемых фотоэлементов. На сегодняшний день этот показатель составляет 12%. Для того, чтобы сделать солнцемобили более доступными необходимо:
- Снизить стоимость фотопреобразователей в разы.
- Увеличить полезную отдачу минимум до 40%.
- Уменьшить вес автомобиля, что позволит сократить количество потребляемой энергии.
Но прогресс не стоит на месте, и ученые каждый день трудятся над новыми разработками для солнцемобилей. В первую очередь, усовершенствования коснулись двигателя на солнечных батареях. Так в последних моделях «солнечных» авто используют легкие бесколлекторные двигатели постоянного тока, КПД которых составляет 98%. Применяют и низкооборотные двигатели, которые встраивают непосредственно в ведущие колеса, что предотвращает потерю энергии при трансмиссии.
Новые разработки коснулись и колес. Теперь для солнцемобилей используют шины, обладающие минимальным коэффициентом сопротивления качению. Лидером по производству таких шин считают фирму Michelin. Помимо прочего энергию солнечных батарей используют для питания радио, навигатора, кондиционера и других устройств автомобиля, служащих для комфортного и безопасного управления транспортным средством.
Совершенствования коснулись и внешнего вида «солнечного авто» . Ведь с первого взгляда даже не сразу поймешь, что перед тобой находится обычный автомобиль. Но объясняется это не фантазией дизайнеров, которые разрабатывают автомобиль на солнечных батареях, а необходимостью. Ведь для того, что такое авто могло проехать несколько десятков километров, потребуется немалое количество энергии, обеспечить которую может только солнечная батарея большой площади. Вот и получается, что солнцемобили выглядят не как обычное транспортное средство, а как космический корабль из какого-нибудь фантастического боевика. Так что если вы любите все креативное, то солнцемобиль обязательно придется вам по вкусу.
Самые запоминающиеся представители класса солнцемобилей
Авто Ecletic на солнечных батареях, является одной из разработок французской компании Venturi. Отличительная черта этого автомобиля – мощность в 22 л.с. Стоит отметить, что у большинства солнцемобилей этот показатель не превышает 1 л.с. при площади солнечной батареи 2 кв.метра. Работает Ecletic исключительно без использования топлива.
К примеру, без подзарядки такой автомобиль сможет проехать 50 км при средней скорости 50 км/ч. Помимо солнечной энергии Ecletic может использовать энергию ветра, ее хватит всего на 15 км. А вот при пасмурной погоде зарядить автомобиль можно и от обычной розетки, понадобится всего 5 часов.
Astrolab
Производство автомобиля на солнечных батареях Astrolab также принадлежит компании Venturi. Эта модель получилась более совершенной, чем Ecletic. Ее максимальная скорость равняется 120 км/ч, а проехать она может до 110 км. Площадь фотогальванических элементов составила 3,6 кв.метра. Да и цена автомобиля тоже не «подкачала» — 92 тысячи евро, именно столько вам придется заплатить за это чудо современного автомобилестроения.
Столь высоких технических характеристик разработчикам удалось достичь благодаря форме автомобиля. Спроектирован он наподобие болидов, участвующих в Формуле 1. А в качестве дополнительной защиты используется сверхлегкий карбоновый монокок. Дизайнером Astrolab выступил известный Саша Лакик, сравнивший новую модель с крылом, поставленным на колеса.
Solar World GT
Разработка электромобиля, работающего на солнечных батареях, Solar World GT пока еще не закончена. По данным швейцарской компании Green GT электрический суперкар будет обладать следующими техническими характеристиками:
- разгон до 100 км всего за 4 секунды;
- максимальная скорость составит 275 км/ч;
- мощность электрической силовой установки дойдет до 350-400 л.с.
Но все эти цифры пока только в планах, а как все будет на самом деле, узнаем лишь после того, как Solar World GT будет представлен широкой общественности.
Устанавливаем солнечную батарею на свой автомобиль
Если вы хотите приобщиться к солнечной энергетике, но пока не можете себе позволить настоящий солнцемобиль, можете воспользоваться идей, которая с каждым днем упрочняет свои позиции – это установка солнечной батареи на крышу автомобиля. Причем пользуются ею не только мастера-умельцы, но и гиганты мирового автомобилестроения, такие как Toyota, BMW и другие. Конечно, накопленной энергии вам не хватит, чтобы свободно передвигаться по городу, но обеспечить с помощью солнечной энергии работу навигационной системы или кондиционера вы вполне сможете.
Еще несколько лет назад компания Toyota сообщала об установке солнечных батарей на «топовую» версию гибридного автомобиля модели Prius. Вот только наличие одной этой опции спровоцировало резкий рост стоимости этого автомобиля. Все-таки фотоэлементы дорожают с каждым днем, да и сам процесс сохранения накопленной энергии достаточно сложный. Не меньшей популярностью пользуется и Mercedes Benz LKS 2012, на крышу которого разработчики также установили солнечную батарею.
Автомобильная солнечная батарея предназначена для поддержания питания устройств, потребляющих электроэнергию, а также для сохранения заряда аккумулятора при длительной стоянке. Мощность таких батарей колеблется от 40 до 70 Вт. Помимо батареи вам понадобиться специальный контроллер. Он необходим для регулировки заряда и разряда, так как при изменении погодных условий, а также смене дня и ночи могут наблюдаться различные режимы работы используемых фотоэлементов.
Гонки Дарвин – Аделаида – проверка возможностей солнцемобилей
Если вы хоть немного знакомы с автомобилями, работающими на солнечной энергии, то вы непременно слышали о самых известных гонках, которые каждые 2 года проводят в Австралии. В них участвуют только автомобили, которые используют солнечную энергию. Начало им положил Ханс Толструп, о котором мы вам рассказывали еще в начале статьи. Гонки Дарвин – Аделаида подталкивают всех активистов, кому не безразлична судьба нашей экологии, к разработке новых усовершенствований для солнцемобилей.
Ко всем участникам организаторы гонок предъявляют достаточно жесткие требования:
- емкость используемых аккумуляторов не должна превышать 5 кВт/ч;
- движение по трассе строго по графику с 8 утра до 5 вечера.
- водитель не должен весить меньше 80 кг, иначе к электромобилю крепится дополнительный балласт;
- команда должна состоять из 2-4 водителей.
В 2011 году в гонках участвовало 37 команд, но лишь 7 из них смогли пройти дистанцию до конца. Первой на финиш пришла машина на солнечных батареях японской команды. На втором месте оказались голландцы, а на третьем – американцы. Победителю гонки Tokai Challenger 2 (рис. Tokai Challenger 2) понадобилось 32 часа 45 минут, чтобы преодолеть гоночную трассу. Средняя скорость солнцемобиля составила 91,5 км/ч, а максимальная – 160 км/ч. Как мы видим, прогресс на лицо.
А в 2013 году победу одержали студенты технического университета Эйндховена из Нидерландов. Их четырехместный автомобиль на солнечных батареях под названием Stella развивает скорость до 110 км/ч, а накопленной силиконовыми панелями солнечной энергии хватает на 600 километров, при условии отсутствия солнечного света. Весит Stella 380 кг при длине 4,5 метра и ширине 1,65 метра. Конструкция солнцемобиля изготовлена из алюминия и углеволокна.
Автомобили на солнечной энергии медленно, но верно входят в нашу жизнь. Пройдет несколько десятков лет, и солнцемобиль перестанет быть чем-то далеким и недоступным. Из уникальной разработки он превратится в массовое средство передвижения. И пусть сегодня многие относятся к «солнечному» автомобилю как к фантастической игрушке для богатых, обязательно придет время, и все переменится. Ведь как показывает история, многие из тех вещей, которые вызывали у людей непонимание и настороженность, сегодня стали для нас неотъемлемой частью нашей жизни.
Статью подготовила Абдуллина Регина
В следующем видео — еще один пример автомобиля на солнечных батареях:
1. What is a “solar car”? - Что такое «солнечный автомобиль»?
2. What is the energy source used in solar cars? –Какой источник энергии используется в солнечных автомобилях?
3. Are solar cars a common means of transport? Who drives them, and when? – Солнечные автомобили являются обычным средством передвижения? Кто водит их и когда?
4. What is a concept model? – Что такое концепт модель?
5. What was the purpose of developing solar cars? - Какова была цель разработки солнечных автомобилей?
6. How different is a new concept model developed by Ford? - Чем отличается новая концепт модель, разработанная Ford?
7. What is the advantage and disadvantage of solar cars? - В чем преимущество и недостаток солнечных автомобилей?
Solar cars
Did you know that there are cars which do not need “traditional” energy sources like petrol or diesel? They are solar powered cars, using the energy of the Sun. They are ecologically friendly as they are free of exhaust fumes, but their speed is not as high as that of conventional petrol and diesel fuel cars.
Solar powered cars have been developed and driven around the world for years, but almost exclusively in contests or research programmes - just to show that cars could travel without petrol. In most cases, the cars have been small capsules designed to hold only the driver.
Today Ford has developed a concept model solar car for everyday use.
(отрывок из текста)
Солнечные автомобили (автомобили на солнечных батареях)
Знаете ли вы, что есть автомобили, которые не нуждаются в «традиционных» источниках энергии, таких как бензин или дизельное топливо? Это автомобили на солнечных батареях, использующие энергию Солнца. Они экологически безопасны, поскольку они не производят выхлопных газов, но их скорость не так высока, как у обычных бензиновых и дизельных автомобилей.
Автомобили на солнечных батареях были разработаны и их водят во всем мире в течение многих лет, но почти исключительно в конкурсах или научно-исследовательских программах - просто чтобы показать, что автомобили могут ездить без бензина. В большинстве случаев автомобили были маленькими капсулами, предназначенными только для водителя.
Сегодня Форд разработал концепт модель солнечного автомобиля для повседневного использования. Концепт транспортное средство или показательный автомобиль – это автомобиль, сделанный чтобы продемонстрировать новый стиль и новые технологии.
Их часто показывают на авто-шоу, чтобы увидеть, как клиенты реагируют на новые и радикальные проекты, которые могут или не могут быть массового производства. Концепт-кары часто радикальны в двигателе или дизайне. Некоторые из них используют нетрадиционные, экзотические или дорогие материалы. Другие имеют уникальный внешний вид, 3 или 5 (или более) колес, или особые способности, как правило, не свойственны автомобилям. Многие концепт-кары никогда не имели прошлых небольших моделей, или даже рисунков в компьютерном дизайне. Концепт-кары никогда не идут в производство напрямую. Тем не менее, многие из функций и технологий, которые мы видим в современных автомобилях, были когда-то впервые показаны в концепт моделях годы назад.
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.
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.
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.
Загрузка...