Машины работающие от солнца

Машины на солнечных батареях – тупик или будущее автомобилестроения?

Развитие и вероятные перспективы производства автомобилей на солнечных батареях – особенности таких машин. Видео о коммерческом авто на солнечной энергии.

31 августа 1955 года небольшой автомобиль – всего 15 дюймов (38 см) в длину – стал главной достопримечательностью автошоу General Motors Powerama в Чикаго. Это была не игрушка, а первый в истории автомобиль на солнечной энергии. Точнее, футуристическая миниатюра, в которой была предпринята попытка заложить основу будущего, где автомобили будут работать за счет чистого, неисчерпаемого источника энергии – солнца.

Идея о том, что автомобили могут функционировать исключительно на солнечной энергии, набирает обороты в наши дни, когда борьба с климатическим кризисом стоит первым пунктом на повестке дня. Одним из её основных направлений является переосмысление того, как люди передвигаются. Итак, 65 лет спустя, почему автомобильный рынок не полон альтернативного транспорта на солнечной энергии?

Десятилетия эволюции

Первая модель «солнечного автомобиля» не была легковой машиной по общепринятым меркам – всего лишь образцом. Детище Уильяма Г. Кобба, сотрудника General Motors, получило название Sunmobile и демонстрировало 12 фотоэлементов, прикрепленных к крыше и вырабатывающих энергию, необходимую для передвижения маленького транспортного средства. Реализовать эту концепцию в жизни было невозможно, потому что максимальной мощности, производимой солнечными панелями, было недостаточно для работы любого из автомобилей той эпохи, но Sunmobile нарисовал картину того, куда может двигаться автомобильная промышленность. Это был первый из многих прототипов.

Bluebird, построенный Эдом Пассенери в 1977-м, многие считают первым настоящим солнечным транспортным средством. У экспериментальной модели было три колеса, и она могла двигаться за счет энергии, создаваемой фотоэлектрическими элементами, без использования батареи.

В 1982 году The Quiet Achiever стал первым автомобилем на солнечных батареях, способным преодолевать большие расстояния. Он проехал 2485 миль (4000 км), путешествуя от западного побережья Австралии до восточного, на что ушло чуть меньше 20 дней.

1980-е годы ознаменовались главным испытанием транспортных средств на солнечной энергии – гонками. В 1985 году в Швейцарии были проведены первые официальные соревнования автомобилей на солнечных батареях: Tour de Sol.

Самую известную гонку на сегодняшний день – World Solar Challenge – впервые провели в 1987-м. Теперь это мероприятие проводится раз в два года, а главными участниками являются университетские и корпоративные команды. Между собой состязаются солнечные автомобили, покрытые энергетическими панелями (обычно это один квадрат) и двигающиеся на 3-4 миниатюрных колесах. Они больше похожи на бобслейные, чем на легковые, но это чудо современной инженерии способно развивать скорость свыше 80 км/ч при меньшем потреблении энергии, чем фен. Такая техника далека от работоспособного аналога современных автомобилей, но позволяет анализировать и совершенствовать технологии.

Подобный конкурс регулярно проводится и в Австралии, собирая более 50 международных команд из десятков стран. Но за пределами гоночного мира фотоэлектрические элементы пока не получили широкого распространения на авторынке. Основными препятствиями являются:

непомерно высокие затраты, связанные с внедрением технологии;
пространство, ограничивающее количество размещенных на автомобиле панелей;
расстояние, которое автомобиль способен проехать;
скорость, которую он может развить.

Проекты и перспективы

Существует ряд инициатив по созданию транспортных средств на солнечной энергии, которые пытались открыть дверь потребителю. Одна из самых обсуждаемых – Lightyear One, электромобиль на солнечных батареях дальнего действия (725 км WLTP), не зависящий от сети. Он использует фотоэлектрические элементы, способные, по словам его создателей, дать на 20 процентов больше энергии, чем традиционные, и работающие независимо, даже когда некоторые из них находятся в тени. С ценой в 150 000 евро это неприемлемый вариант для большинства автолюбителей, но идея имеет интересные перспективы.

Еще один подобный автомобиль – Sono Sion. Он использует 248 солнечных элементов, разбросанных по всему «телу», что обеспечивает дополнительную дальность действия 21 милю (34 км) впридачу к 155 милям (250 км), которые он может пробежать от аккумулятора. Обеспечена полная автономность машины на небольших расстояниях. Цена – 25 500 евро.

Многие жизнеспособные проекты застопорились из-за финансовых трудностей. Один из таких случаев – спроектированный в Испании двухместный автомобиль, созданный для городских путешествий. Цена доступная – 5000 евро, но команда, стоящая за проектом, недавно объявила, что прекращает реализацию инициативы из-за отсутствия финансирования для производства первых единиц.

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.

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.

Солнечные гибриды

В настоящее время нет серийных автомобилей, полностью работающих на солнечной энергии. Однако появился ряд гибридов, добавляющих солнечные технологии к электрическим. Машины, подобные Sono Motors Sion, Lightyear One и Toyota Solar Prius, мы увидим на дорогах в ближайшие несколько лет.

Sono Motors – немецкий стартап по производству электромобилей. Sion будет, по сути, самозаряжающимся электромобилем со встроенными солнечными панелями, способными подпитывать машину, даже если она не подключена к электросети. Одна из наиболее интересных особенностей – система очистки воздуха: пряди островного мха, интегрированные в приборную панель, фильтруют воздух, регулируют температуру и влажность.

Lightyear One, представленный в 2019-м и разработанный командой студентов-инженеров, выигравших гонки World Solar Challenge в 2013, 2015 и 2017 годах, – тоже гибридный электромобиль с солнечными батареями. Ожидается, что базовая «дальность полёта» машины составит 725 км, а каждый час, проведенный на солнце, увеличит запас хода примерно на 12 км. Автомобиль определенно роскошный. Запуск запланирован на 2021 год.

Третий пионер – Toyota Solar Prius. Текущий Prius уже предлагает солнечные панели в качестве опции, но новый Solar обзаведется уникальными солнечными батареями – ультратонкими панелями, разработанными Sharp и обычно используемыми на спутниках. Ожидается, что они обеспечат гораздо более высокую эффективность, чем кремниевые элементы, лежащие в основе наиболее доступных видов солнечных энергосистем, и увеличат запас хода на 56 км.

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.

Будущее «солнцемобилей»

Все это не делает невозможным использование солнечных батарей, но пока это не слишком практично. Крупный транспорт вроде автобусов и поездов может выиграть из-за большей площади «рабочей» поверхности, но пока не будут достигнуты значительные успехи в технологии солнечных панелей, полностью работающие от солнца легковые автомобили вряд ли получат путевку в жизнь.

Инженеры сейчас больше озабочены тем, как интегрировать солнечную энергию в электромобили, чтобы сделать их более эффективными. Tesla, к примеру, планирует использовать «солнечное стекло», превращающее люк на крыше в прозрачную солнечную батарею. Некоторые современные продукты Tesla поставляются с солнечными панелями, которые можно хранить в багажнике и разворачивать над крышей. Это вдохновило многих производителей начать разработку собственных электромобилей, использующих солнечные батареи для расширения возможностей.

Вдохновляет то, что затраты в «солнечной отрасли» падают. Международное энергетическое агентство (МЭА) недавно опубликовало ежегодный отчет, где впервые отмечено, что солнечная энергия является самым дешевым источником электроэнергии для большинства стран мира. И в автомобильной отрасли будут активно использовать эти возможности.

Заключение

Солнечные панели на автомобилях пока не получили широкого распространения. Их недостаточно, чтобы стать единственным источником энергии, но он чище и экономнее других. Вероятно, мы нескоро увидим на дороге машины, работающие на одной солнечной энергии, но идея определенно кажется разумной.

Транспорт – едва ли не главное орудие убийства планеты как по ресурсам, которые он сжигает, так и по выбросам в окружающую среду. Поэтому естественно, что и потребители, и производители ищут более чистые и экономичные решения для транспортировки, и фотоэлектрические панели непременно сыграют в этом свою роль.

Видео о коммерческом авто на солнечной энергии:

Источник

Автомобили на солнечных батареях

Обновлено: 2 января 2021

Как это работает?

Солнечный автомобиль использует для передвижения не привычный двигатель внутреннего сгорания, а электродвигатель, питающийся от аккумуляторов.

Первые автомобили на солнечных батареях были сконструированы в США, в середине прошлого века. Сама идея была чрезвычайно заманчивой, особенно, если учесть обилие солнечных дней в большинстве американских штатов. Проблемой стало отсутствие достаточно мощных АКБ, что на тот момент не позволило развивать создание солнцемобиля. Новые попытки изготовления авто на солнечных батареях датируются девяностыми годами прошлого века, когда появились более эффективные аккумуляторы. Необходимо понимать, какова была цель разработки солнечных автомобилей.

Основная причина — топливный кризис, начавшийся в связи с увеличением количества автомобилей. Рост цен на горючее, загрязнение окружающей среды и прочие отрицательные моменты вынудили инженеров искать альтернативные виды конструкции машин. Солнечные автомобили являются обычным средством передвижения, хотя широкого распространения они пока не получили.

Для того, чтобы понять, что такое солнечный автомобиль, надо рассмотреть его конструкцию. Прежде всего, рассмотрим, какой источник энергии используется в солнечных автомобилях. Это солнечный свет, падающий на крышу автомобиля, на которой размещены фотоэлектрические элементы — солнечные батареи. Они преобразуют свет в электрический ток, который накапливается в аккумуляторных батареях и расходуется на питание бесколлекторного электродвигателя. Управляет работой системы контроллер, который следит за режимом зарядки аккумуляторов, переключает их при необходимости и выполняет другие функции.

Гонки на солнцемобилях

С появлением солнцемобилей возник и новый вид спорта — брейнспорт. Это — гонки на машинах, перемещающихся на солнечной энергии.

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.

Средние цены

Информация о стоимости подобных автомобилей крайне неохотно выдается производителями, поскольку массового производства пока не ведется. Заранее заявлять о ценах не принято, работы по созданию промышленных образцов еще не начаты.

Единственная определенная информация, которую можно получить на эту тему — это стоимость французской модели Astrolab от компании Venturi, которая в настоящее время обойдется покупателю в 92 000 евро.

Плюсы и минусы

К достоинствам автомобилей на солнечных батареях следует отнести:

экологическая безопасность, отсутствие вредных выбросов
источник энергии бесконечен и неиссякаем
в отличие от электромобилей, которым требуется подзарядка на специальной станции
длительные сроки службы автомобилей
отсутствие платы за пользование солнечной энергией

Недостатками этого вида транспорта можно считать:

высокие цены, вызванные штучным производством автомобилей
солнечные батареи для автомобиля на крышу не изготавливаются специально, что требует подгонки параметров ходовой части под возможности фотоэлементов
отсутствуют ремонтные станции и сети обслуживания подобной техники
скорость и запас хода значительно уступают существующим моделям на двигателях внутреннего сгорания

Производители стремятся усилить положительные стороны солнцемобилей, параллельно работая над устранением недостатков.

Перспективы развития

Часто возникает вполне резонный вопрос — кто водит солнечные автомобили и когда, на дорогах их не видно. Необходимо понимать, что на данном этапе разработок подобные модели являются штучными изделиями и в промышленное производство пока не идут. Для инженеров важно определить уровень возможностей подобной техники и создать конкурентоспособные образцы по доступным ценам.

Электромобиль на солнечных батареях — экспериментальная, во многом «сырая» конструкция, которая находится в стадии активной разработки. Пока еще ни солнечная панель для автомобиля, ни электродвигатели не могут соперничать с двигателями внутреннего сгорания в отношении мощности и скорости.

Существуют разные варианты конструкции, от общего двигателя до мотор-колес, обеспечивающих самостоятельный привод для каждого колеса. Высокие перспективы не позволяют конструкторам отказываться от работы, а полученные результаты демонстрируют успех и стимулируют дальнейшие исследования.

Солнечная панель на крышу автомобиля

Солнечные панели используются не только для соответствующих автомобилей, перемещающихся на солнечной энергии. Они используются и обычными автолюбителями для подзарядки аккумуляторов, питания ноутбуков, мобильных устройств или походной бытовой техники. Широко распространены солнечные батареи для автодома, обеспечивающие энергией все устройства во время стоянки и получающие заряд в светлое время суток. Они могут работать и во время движения, что расширяет возможности и позволяет эффективнее использовать световой день.

Существуют специальные разработки, предназначенные для монтажа на крышу автомобиля. Это гибкие фотоэлектрические панели, повторяющие форму крыши машины и не ухудшающие аэродинамику автомобиля. Исчезает риск срыва панелей от сильного встречного потока или порыва бокового ветра. Существуют и другие разработки, обладающие различными характеристиками и эксплуатационными особенностями.