Как в автомобилестроении используется солнечная энергия? В будущее на «солнечном» автомобиле Автомобиль на солнечных батареях виды

В середине прошлого века на одной из выставок автомобильной техники компании General Motors впервые был представлен первый автомобиль на солнечных батареях, движущей силой которого служил электродвигатель, питанием которого служила селеновая батарея с питанием от солнца. Длина его составляла всего около полуметра, а чуть более десяти батарей располагались на крыше транспортного средства.

Конструктором автомобильчика был инженер компании Уильям Кобб, исследования которого в то время усиленно финансировались компанией, обещая большой скачок в развитии автомобилей на солнечных батареях. Однако исследования в скором времени были свернуты, а их результаты забыты почти на тридцать лет.

Электромобиль сегодня: прорыв в будущее

И только в начале девяностых годов прошлого столетия, когда коэффициент полезного действия солнечной панели поднялся до 15%, начался бум изобретений солнце мобилей одиночными изобретателями, в который, в последствие, включились и крупные автоконцерны. Совершенно недавно компания Spektrolab, являющаяся подразделением концерна Boeing, разработала панели с эффективностью около 36%, что явилось настоящим прорывом в сфере использования энергии Солнца.

Сегодня производство электромобилей, где применяется батарея от солнца является сосредоточием самых последних технических изобретений и находок в материаловедении. Ведь невысокую эффективность панелей необходимо компенсировать низкими механическими потерями и небольшим весом самой техники.

Поэтому в таких моделях применяются самые последние изобретения в области трансмиссий, на них устанавливаются шины с самым низким сопротивлением качению и для их кузовов используются самые легкие композитные материалы высокой прочности. Кроме того, солнечные электрокары служат концептами для отработки последних достижений в автомобилестроении.

Так, специально для электромобилей разработаны легкие электродвигатели постоянного тока бесколлекторного типа с полюсами из редкоземельных магнитных материалов. А на ряде экземпляров для полного исключения механических потерь в трансмиссии стали устанавливать так называемые мотор-колеса, когда электродвигатель находится, непосредственно, в каждом колесе автомобиля. Компании-производители автошин, такие как Michelin, Dunlop и ряд других, заняты разработкой шин специально для электромобилей, коэффициент сопротивления качению которых, в настоящее время, достиг 0,007. Аналогичные шины высокого уровня сбережения энергии, используя наработки для электромобилей, разрабатываются и для обычных серийных моделей.

Большим подспорьем для автомобилестроителей стало изобретение батарей от солнца настолько тонких, что ими можно оборудовать не только крышу, но и любую поверхность автомобиля, тем самым увеличив общую площадь поглощения световой энергии. В последнее время при конструировании энергообеспечения серийных моделей стали применять солнечные панели для питания систем микроклимата, мультимедийных систем и систем подзарядки автомобильного аккумулятора на стоянках. Коэффициент аэродинамического сопротивления электромобилей достиг минимально возможной величины (0,1).

Новый вид спорта — ралли солнцемобилей

В результате бума разработок автомобилей на солнечных батареях возник и новый вид спорта брейнспорт, в рамках которого ежегодно в Австралии проводятся ралли солнцемобилей с пробегом около 3000 км между городами Дарвин и Аделаида. Эти соревнования собирают тысячи зрителей, а миллионы наблюдают за ними по телевидению. Не обделены вниманием эти соревнования и со стороны крупных автомобильных концернов, понимающих, что за этим видом энергии будущее.

Результатом более чем пятидесятилетнего прогресса, стал ряд конструкций электромобилей, питающихся от панелей, преобразующих солнечную энергию в электрическую.

Так, в 1996 году на австралийском ралли, автомобиль Мечта компании Honda прошел 3010 километров со скоростью 90 км/час и максимальной скоростью 135 км/час.

В этом же году компанией GeneralMotors был представлен автомобиль Sunracer, разгоняющийся до скорости 100 км/час за 9 секунд и имеющий максимальную скорость 130 км/час. Он был оснащен передовым, на тот момент, электродвигателем с высоким КПД и на обычных свинцовых аккумуляторах мог пройти около 100 километров.

В одном из австралийских соревнований третье место заняло детище студентов Мичиганского университета. Автомобиль Momentum показал скорость 105 км/час, неся на своем борту водителя и панели из более 3000 солнечных батарей. Мощность двигателя составила 2 кВт и вес 290 килограмм вместе с водителем. Техника имеет три колеса шириной всего 65 миллиметров для снижения сопротивления качению.

Победителями австралийского ралли в 2001 и 2003 годах стала команда гонщиков из Голландии на автомобилях Nuna3, которые прошли дистанцию за двадцать девять часов одиннадцать минут при средней скорости 102,75 км/час. Теоретической максимальной скоростью этого автомобиля является показатель в 170 км/час.

Разработки новых проектов

Французская фирма Venturi имеет два проекта автомобилей на солнечных батареях, практически готовых к выпуску в серию: Ecletic и Astrolab. Ecletic имеет крышу, расположенной на ней солнечной панели и электродвигатель мощностью 22 л/с, что позволяет ему проехать со скоростью 50 км/час около 50 километров. Более совершенный экземпляр Astrolab способен преодолеть 110 километров и на отдельных участках иметь скорость 120 км/час.

Недавно был представлен автомобиль на солнечных батареях, разработанный группой преподавателей и студентов Университета Южной Австралии. Разгон до 100 км/час у модели Trev составляет 10 секунд, при максимальной скорости 150 км/час. Пробег свыше 150 километров ему обеспечивает литиевая батарея весом 44 килограмма, подзаряжаемая от солнечной панели. Машина имеет 2 места и достаточно объемный багажник. Техника весит 270 килограмм, оснащен эффективным электрическим приводом с низким уровнем шума и конструктивно может эксплуатироваться на дорогах общего пользования. Солнце мобиль позиционируется разработчиками как городской транспорт ближайшего будущего.

Стоимость подобного транспортного средства превышает полмиллиона долларов, а некоторые экземпляры достигают стоимости и в 2 миллиона, как Мечта от корпорации Honda. Поэтому, массовость автомобилей, использующих панели, берущие энергию от солнца, скорее всего, наступит не скоро. А пока такие модели могут обрести владельца, обладающего соответствующим капиталом. Правда, некая компания-производитель из Венесуэлы объявила о скором выпуске легковых единиц и малых грузовиков на солнечной тяге стоимостью не более 6000 долларов, но дальше обещаний дело пока не пошло.

Достоинства и недочеты электромобиля

Как бы ни развивалось это направление разработки транспорта, автомобили на солнечных батареях имеют множество положительных качеств, способных стать приговором транспорту с ДВС:

неограниченный ходовой запас на энергии, накопленной в течение светового дня;
отсутствие сети заправочных станций;
большой рабочий ресурс солнечной панели;
полное отсутствие вредных выбросов;
бесплатность энергии.

Пока же эти преимущества становятся, наоборот, недостатками солнце мобилей, не позволяющими им стать широко распространенным видом транспорта.

Автомобили на солнечных батареях присутствует в программе практически каждого крупного автомобильного концерна. Кроме того, эти же концерны финансируют разработки в этой области небольшими конструкторскими бюро и коллективами учебных заведений. По оценкам специалистов, серийный электромобиль сможет появиться только тогда, когда солнечная батарея достигнет коэффициента полезного действия в 50%. Тогда автомобили на солнечных батареях смогут успешно конкурировать с машинами, движущей силой которых служат двигатели внутреннего сгорания.

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:

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.

На рассвете использования солнечных батарей, когда они стали получать массовое распространение, их применяли везде, где только можно, в калькуляторах, в брелках и конечно в игрушках. Машинка на солнечной батарее не вызовет ни у кого удивления. Мощность игрушки маленькая, и чтобы не заряжать постоянно аккумулятор, использование дешёвой солнечной батареи вполне обоснованно. К тому же применение уникальных батарей положило начало использованию их в настоящем, взрослом, автомобилестроении. И из игрушечной модели появилась вполне полноценная машина на солнечных модулях.

Неоспоримые преимущества солнечных автомобилей

Успешное освоение солнечной энергии и внедрение солнечных модулей в энергетику, подтолкнуло конструкторов и ученых к созданию автомобиля на солнечных батареях. Образец авто на солнечном ходу имеет кругом одни плюсы и положительные моменты.

Отличия от обычных машин поражают своей широтой:

неограниченный запас хода, благодаря накоплению энергии в течение светового дня,
отсутствие необходимости в заправочных станциях,
огромный ресурс солнечных модулей,
отсутствие вредных отработанных газов или других выделяемых элементов,
абсолютная бесплатность, никто не будет платить за солнечный свет.

Автомобили на солнечных батареях обходят в своей эффективности даже, ставшими популярными в последнее время, электромобили на аккумуляторах.

Так как такие авто имеют следующие недостатки:

ограниченный запас хода без подзарядки,
необходимость обустройства заправочных, а точнее зарядных станций,
большой процент полезной площади салона авто занимают аккумуляторные батареи,
большая масса автомобилей.

В последнее время, прототипы электромобилей имеются практически в каждой линейке автомобильных гигантов. Никто не сомневается, что будущее за электрокарами. Вот только какую энергию они будут использовать, этого никто не знает. Существуют разработки для электромобилей, позволяющие не подзаряжать авто. Эти конструкторские изыски предполагают устройство под поверхностью дороги уникальных источников для электрической подзарядки. Для этого используется, пока что не до конца изученная, технология передачи электричества на расстояние без материальных соединительных элементов . Такой вариант называется методом электромагнитной индукции.

Появившись сравнительно недавно, данный метод не изучен и пока что работоспособен исключительно с маленькими зарядами.

Начало освоения солнечного двигателя

Первый самоходный автомобиль на солнечных батареях появился более 50 лет назад в Америке. Компания General Motors впервые представила свой уникальный образец автомобиля. Скорость и запас хода не стоит даже упоминать, потому что они оставляли желать лучшего, но не это главное. Интересен сам факт появления подобного устройства и закладка фундамента для будущих разработок.

Спустя 30 лет уже была выпущена первая модель, которая могла развить скорость порядка 100 км/ч, и это при эффективности батареи 15 %. С этого отсчетного момента в гонку, по изготовлению солнечного авто, включились практически все автоконцерны, желающие конкурировать в будущем на рынке автомобилей.

Стоимость таких автомобилей достаточно высока. Обусловлено это в первую очередь тем, что каждый колесный агрегат уникален. В нем используются научные технологии самых последних исследований. Внедрение таких технологий стоит денег, а доведение их до ума или конечной цели еще большего количества денег. Отчасти, поэтому, такие машины стоят под миллион долларов. Но на сегодняшний день суть не том, чтобы заработать на этом изобретении, суть в том чтобы создать доступный, качественный и надёжный автомобиль по доступной цене, к тому моменту когда человечество столкнется с проблемой нехватки жидкого источника энергии - нефти, а следовательно солярки и бензина.

До наступления такого момента, солнечные автомобили могут начать конкурировать с существующими аналогами только при условии повышения КПД солнечных источников до отметки в 45-50 %. Совокупность подобного уровня производительности солнечной батареи и применения легких композиционных материалов, для изготовления корпуса, поможет создать автомобиль, который будет активно конкурировать с бензиновыми и электрическими автомобилями.

Основное направление совершенствования солнечных автомобилей

Помощью в будущей конкуренции служат постоянные разработки новых материалов, применяемых в батареях. Например, последние разработки позволяют не устанавливать плоские солнечные батареи на крышу авто, и уничтожать дизайнерские изыски автогигантов. Уже разработаны батареи, которые могут использоваться в качестве тонировки на автомобилях, то есть быть незаметными для обывателя.

Поверхность остекления в авто немаленькая, приплюсовав поверхность всего кузова, который может быть обтянут гибкими солнечными панелями, можно добиться площади вполне достаточной для выработки необходимого количества солнечной энергии, чтобы автомобиль на батареях передвигался на любые расстояния, а владелец не задумывался о его подзарядке.

Минусом таких гибких модулей является низкий КПД . Но как показывает опыт прошлых разработок в солнечной энергетике - повышение производительности всего лишь вопрос времени. Опираясь на исторические данные, можно быть уверенным в том, что через некоторое время, производительность солнечных батарей для электромобилей выйдет на необходимый уровень, и позволит создавать мощные и надежные автомобили для массового использования.

Если вам нужны аккамуляторы для вашего электроавтомобиля то сможете посмотреть .

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.