Что такое солнечный автомобиль кратко
Автомобиль на солнечных батареях: принцип действия, преимущества и недостатки
В ХХI веке – в эпоху ускорения развития науки и техники – человечество стоит перед выбором: развитое производство или живая природа. Так или иначе, но деятельность человека наносит вред экосистеме. И научный потенциал всего мира направлен на разработку инновационных экологически чистых технологий. К новейшим изобретениям такого рода относится автомобиль на солнечных батареях, который уже сегодня становится все более популярным в потребительской среде. Современные учёные, работающие в энергетической отрасли, относят «солнцемобиль» к мерам ресурсосбережения. Но обо всём по порядку.
Немного истории
Первый гелиомобиль был сконструирован ещё в 1982 году. Ханс Толструп – создатель агрегата под названием «Тихий рекордсмен» – пересёк на своём детище Австралию с максимальной скоростью 20 км/ч.
Идея автомобиля, питающегося энергией солнца, вызвала одобрение. Гелиомобиль привлёк к себе внимание. За этим последовал ряд попыток сконструировать более мощную и совершенную «солнечную машину».
Спустя 14 лет, скорость авто на солнечных батареях достигла отметки в 90 км/ч. Этот рекорд был поставлен гелиомобилем Dream («Мечта»), который стал победителем IV Международного ралли. На отдельных участках трассы машина разгонялась до скорости 135 км/ч.
Принцип действия, конструкция
Любой автомобиль на солнечных батареях относится к классу электромобилей. Действующий электродвигатель питается от солнечных батарей. Солнце заряжает также и резервные аккумуляторы. Таким образом, для функционирования этой машины используется чистая энергия солнечного излучения, и агрегат не наносит ущерба экосистеме. К слову, от фотопреобразователей питаются также:
Внешний вид такого авто с первого взгляда обескураживает. Дело в том, что для обеспеченья электродвигателей достаточным количеством энергии требуются батареи большой площади, поэтому корпус машины плоский и продолговатый. Это необходимость, в связи с которой машина походит на инопланетный корабль. В противном случае авто не могло бы проехать и десяти километров.
Преимущества
Машины на солнечных батареях готовы похвастаться рядом преимуществ перед обычными авто:
На некоторые из перечисленных достоинств можно посмотреть двояко. Многие из этих «плюсов» стали причиной невостребованности подобных авто на широком рынке.
Недостатки
Машины, работающие на солнечной энергии, всё ещё не нашли широкого распространения на мировом рынке, т. к. их конструкция несовершенна. К весомым недостаткам относятся следующие:
Чтобы сделать автомобили на солнечных батареях более дешёвыми и доступными среди простого населения, необходимо:
Даже таких минимальных мер хватит для того, чтобы повысить уровень продаж авто, оснащённых солнечными батареями. На данный момент прогрессивные инженеры-учёные работают в этом направлении.
Заключение
Автомобиль на солнечных батареях – не миф и не роскошь. Да, сегодня в конструкции солнцемобилей присутствуют недостатки, которые делают данный продукт невостребованным. Однако учёные всего мира стараются сделать его более практичным и комфортабельным. Каждые два года в Австралии проводятся ралли солнцемобилей с целью выяснить, на что способны эти средства передвижения. За гелиотранспортом стоит чистое будущее Земли.
Солнечная машина
Солнечный автомобиль является солнечный автомобиль используется для наземного транспорта. Солнечные автомобили обычно работают только от солнечной энергии, хотя некоторые модели дополняют эту мощность с помощью аккумулятора, или используют солнечные панели для подзарядки аккумуляторов или запускают вспомогательные системы для автомобиля, который в основном использует энергию аккумулятора.
Солнечные автомобили зависят от солнечной батареи, которая использует фотоэлектрические элементы (фотоэлементы) для преобразования солнечного света в электричество. В отличие от солнечной тепловой энергии, которая преобразует солнечную энергию в тепло, фотоэлементы напрямую преобразуют солнечный свет в электричество. [1] Когда солнечный свет (фотоны) попадает в фотоэлементы, они возбуждают электроны и позволяют им течь, создавая электрический ток. Фотоэлементы изготовлены из полупроводниковых материалов, таких как кремний и сплавы индия, галлия и азота. Кристаллический кремний является наиболее распространенным материалом и имеет коэффициент полезного действия 15-20%.
СОДЕРЖАНИЕ
История [ править ]
Солнечная батарея [ править ]
Солнечная батарея состоит из сотен солнечных элементов, преобразующих солнечный свет в электричество. Чтобы построить массив, ячейки PV помещаются вместе, чтобы сформировать модули, которые помещаются вместе, чтобы сформировать массив. [3] Используемые массивы большего размера могут производить более 2 киловатт (2,6 л.с.).
Солнечную батарею можно установить шестью способами:
Выбор геометрии солнечной батареи включает оптимизацию выходной мощности, аэродинамического сопротивления и массы транспортного средства, а также практические соображения. Например, свободный горизонтальный навес дает в 2-3 раза большую площадь поверхности автомобиля со встроенными ячейками, но обеспечивает лучшее охлаждение ячеек и затенение водителей. Также в разработке находятся тонкие гибкие солнечные батареи.
Солнечные батареи на солнечных автомобилях устанавливаются и инкапсулируются совсем не так, как стационарные солнечные батареи. Солнечные батареи на солнечных автомобилях обычно крепятся с помощью двусторонней клейкой ленты промышленного класса прямо на кузов автомобиля. Массивы инкапсулируются тонкими слоями тедлара.
Некоторые солнечные автомобили используют солнечные элементы из арсенида галлия с эффективностью около тридцати процентов. Другие солнечные автомобили используют кремниевые солнечные элементы с эффективностью около двадцати процентов. [ необходима цитата ]
Батареи [ править ]
Аккумуляторной батареи в типичном автомобиле на солнечных батареях достаточно, чтобы позволить автомобилю проехать 400 км без солнца и позволить автомобилю непрерывно двигаться со скоростью 60 миль в час (97 км / ч).
Двигатели [ править ]
Двигатели, используемые в автомобилях на солнечных батареях, обычно вырабатывают около 2 или 3 лошадиных сил [5], но экспериментальные легкие автомобили на солнечных батареях могут развивать ту же скорость, что и типичный семейный автомобиль (100 миль в час (160 км / ч)). [6]
Телеметрия [ править ]
Расы [ править ]
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 в Дурбан, 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), Fédération Internationale de l’Automobile.(FIA), Всемирный фонд дикой природы (WWF), что делает его первой гонкой Solar Race, получившей поддержку этих трех организаций.
Рекорд скорости [ править ]
Автомобили для общественного пользования [ править ]
Первый семейный автомобиль на солнечных батареях был построен в 2013 году. [10] Исследователи из Западного резервного университета Кейса также разработали более совершенный автомобиль на солнечных батареях, который может заряжаться быстрее благодаря лучшим материалам, используемым в солнечных батареях. [11]
Китайский производитель солнечных батарей Hanergy планирует производить и продавать солнечные автомобили, оснащенные литий-ионными батареями, потребителям в Китае. [12] [13] Hanergy утверждает, что пять-шесть часов солнечного света должны позволить тонкопленочным солнечным элементам автомобилей вырабатывать от 8 до 10 кВтч энергии в день, что позволяет машине проехать около 80 км (50 миль) по только солнечная энергия. [14] Максимальная дальность составляет около 350 км (217 миль).
СОДЕРЖАНИЕ
Земля
Солнечные автомобили
Солнечные автомобили зависят от фотоэлементов для преобразования солнечного света в электричество для привода электродвигателей. В отличие от солнечной тепловой энергии, которая преобразует солнечную энергию в тепло, фотоэлементы напрямую преобразуют солнце в электричество. Например, недавно выпущенный Hyundai Solar Car, на крыше которого установлены солнечные батареи. Фотоэлектрические панели автомобиля будут вырабатывать электричество для зарядки аккумуляторов в автомобиле.
Некоторые из студентов, которые создали Stella Lux, основали компанию Lightyear для коммерциализации этой технологии.
Солнечные автобусы
Одноколейные автомобили
Приложения
Venturi Astrolab в 2006 году был первым в мире коммерческим гибридным электромобилем, который должен был быть выпущен в январе 2008 года.
В мае 2007 года партнерство канадских компаний во главе с Hymotion изменило Toyota Prius на использование солнечных батарей для выработки до 240 Вт электроэнергии при ярком солнечном свете. Сообщается, что это позволяет увеличить запас хода до 15 км в солнечный летний день при использовании только электродвигателей.
В 2005 году изобретатель из Мичигана, США, построил уличный, лицензированный, застрахованный электрический скутер с солнечной зарядкой. Его максимальная скорость контролировалась на уровне чуть более 30 миль в час, а для зарядки аккумуляторов на стоянке использовались складные солнечные панели.
Вспомогательная мощность
9 июня 2008 года президенты Германии и Франции объявили о плане предоставления кредита в размере 6-8 г / км выбросов CO 2 для автомобилей, оснащенных технологиями, «еще не учтенными в стандартном цикле измерения выбросов автомобиля. «. Это породило предположения о том, что фотоэлектрические панели могут широко применяться в автомобилях в ближайшем будущем.
Также технически возможно использование фотоэлектрической технологии (в частности, термофотоэлектрической (TPV) технологии) для обеспечения движущей силы автомобиля. Топливо используется для нагрева излучателя. Генерируемое инфракрасное излучение преобразуется в электричество фотоэлектрическим элементом с малой шириной запрещенной зоны (например, GaSb). Был даже построен прототип гибридного автомобиля TPV. «Викинг 29» был первым в мире автомобилем с термофотоэлектрическим приводом (TPV), спроектированным и построенным Институтом исследований транспортных средств (VRI) в Университете Западного Вашингтона. Потребуется повысить эффективность и снизить стоимость, чтобы сделать TPV конкурентоспособным с топливными элементами или двигателями внутреннего сгорания.
Личный скоростной транспорт
Некоторые концепции личного скоростного транспорта (PRT) включают фотоэлектрические панели.
Железная дорога
PVTrain пришел к выводу, что наибольший интерес для фотоэлектрических систем на железнодорожном транспорте вызывают грузовые вагоны, в которых бортовая электроэнергия обеспечит новые функции:
Также в рамках проекта «Гелиотрам» построено несколько пилотных проектов, например, трамвайные депо в Ганновере, Лейнхаузен и Женеве (Bachet de Pesay). Женевский участок мощностью 150 кВт ( p) подавал 600 В постоянного тока непосредственно в электрическую сеть трамвая / троллейбуса, обеспечивая около 1% электроэнергии, потребляемой транспортной сетью Женевы при ее открытии в 1999 году. 16 декабря 2017 года был запущен поезд, полностью работающий на солнечной энергии. в Новом Южном Уэльсе, Австралия. Поезд питается от бортовых солнечных батарей и бортовых аккумуляторных батарей. Он вмещает 100 пассажиров на расстояние 3 км.
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 на солнечных батареях; однако лодки, которые используют паруса (которые не вырабатывают электричество, в отличие от двигателей внутреннего сгорания), используют аккумуляторную батарею 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.
Воздух
Солнечные корабли могут относиться к дирижаблям на солнечных батареях или гибридным дирижаблям.
Существует значительный военный интерес к беспилотным летательным аппаратам (БПЛА); солнечная энергия позволила бы им оставаться в воздухе в течение нескольких месяцев, став гораздо более дешевым средством выполнения некоторых задач, которые сегодня выполняются с помощью спутников. В сентябре 2007 года сообщалось о первом успешном полете в течение 48 часов на постоянной мощности БПЛА. Вероятно, это будет первое коммерческое использование фотоэлектрической энергии в полете.
Пилотируемый самолет на солнечных батареях
Гибридные дирижабли
Беспилотные летательные аппараты
Будущие проекты
Космос
Космический корабль на солнечной энергии
Космический корабль на солнечных батареях
Другие предложения для солнечных космических аппаратов включают солнечное тепловое нагревание топлива, обычно водорода или иногда воды. Электродинамический трос можно использовать для изменения ориентации спутника или изменить его орбиту.
Планетарные исследования
Возможно, наиболее успешными летательными аппаратами на солнечных батареях были «вездеходы», используемые для исследования поверхностей Луны и Марса. Программа » Луноход» 1977 года и Mars Pathfinder 1997 года использовали солнечную энергию для приведения в движение дистанционно управляемых транспортных средств. Срок службы этих марсоходов намного превышал пределы выносливости, которые были бы наложены, если бы они работали на обычном топливе. Два марсохода Mars Exploration также использовали солнечную энергию.
Электромобиль с солнечной батареей
Компания Solar Electrical Vehicles добавляет выпуклые солнечные элементы на крышу гибридных электромобилей.
Подключаемые гибридные автомобили и автомобили на солнечной энергии
Ограничения
Существуют ограничения на использование фотоэлементов в транспортных средствах:
А солнечный автомобиль это солнечный автомобиль используется для наземного транспорта. Солнечные автомобили обычно работают только на солнечной энергии, хотя некоторые модели дополняют эту мощность с помощью аккумулятора, или используют солнечные панели для подзарядки аккумуляторов или запускают вспомогательные системы для автомобиля, который в основном использует энергию аккумулятора.
Солнечные автомобили сочетают в себе технологии, обычно используемые в аэрокосмический, велосипед, Альтернативная энергетика и автомобильный отрасли. Конструкция транспортного средства на солнечных батареях сильно ограничена количеством энергии, потребляемой автомобилем. Большинство солнечных машин было построено с целью солнечные автомобильные гонки. Некоторые прототипы были разработаны для публичного использования, а Световой год один солнечный заряженный аккумулятор электромобиль ожидается, что он будет доступен с 2021 года; В настоящее время в продаже нет автомобилей, работающих преимущественно от солнца.
Солнечные автомобили зависят от солнечная батарея который использует фотоэлектрические элементы (Фотоэлементы) для преобразования солнечного света в электричество. В отличие от солнечной тепловой энергии, которая преобразует солнечную энергию в тепло, фотоэлементы напрямую преобразуют солнечный свет в электричество. [1] Когда солнечный свет (фотоны) попадает в фотоэлектрические элементы, они возбуждают электроны и позволяют им течь, создавая электрический ток. Фотоэлементы изготовлены из полупроводниковых материалов, таких как кремний и сплавы индия, галлия и азота. Кристаллический кремний является наиболее часто используемым материалом и имеет КПД 15-20%.
Содержание
История
Первой изобретенной моделью автомобиля на солнечных батареях стал крошечный 15-дюймовый автомобиль, созданный сотрудником General Motors Уильямом Коббом. Назначил Санмобиль, он показал его в 1955 году на конгрессе Powerama в Чикаго. Он состоял из 12 селеновых фотоэлементов и небольшого электродвигателя. [2]
Солнечная батарея
Солнечная батарея состоит из сотен солнечные батареи преобразование солнечного света в электричество. Чтобы построить массив, ячейки PV объединяются, чтобы сформировать модули, которые помещаются вместе, чтобы сформировать массив. [3] Используемые массивы большего размера могут производить более 2 киловатт (2,6 л.с.).
Солнечную батарею можно установить шестью способами:
Выбор геометрии солнечной батареи включает оптимизацию выходной мощности, аэродинамического сопротивления и массы транспортного средства, а также практические соображения. Например, свободный горизонтальный купол дает в 2-3 раза большую площадь поверхности автомобиля со встроенными ячейками, но обеспечивает лучшее охлаждение ячеек и затенение водителей. Также в разработке находятся тонкие гибкие солнечные батареи.
Солнечные батареи на солнечных автомобилях устанавливаются и инкапсулируются совсем не так, как стационарные солнечные батареи. Солнечные батареи на солнечных автомобилях обычно крепятся с помощью двусторонней клейкой ленты промышленного класса прямо на кузов автомобиля. Массивы инкапсулируются тонкими слоями тедлара.
Некоторые солнечные автомобили используют солнечные элементы из арсенида галлия с эффективностью около тридцати процентов. Другие солнечные автомобили используют кремниевые солнечные элементы с эффективностью около двадцати процентов. [ нужна цитата ]
Аккумуляторы
Аккумуляторной батареи в типичном автомобиле на солнечных батареях достаточно, чтобы позволить автомобилю проехать 250 миль (400 км) без солнца и позволить автомобилю непрерывно двигаться со скоростью 60 миль в час (97 км / ч).
Двигатели
Двигатели, используемые в солнечных автомобилях, обычно вырабатывают около 2 или 3 лошадиных сил, [5] тем не менее экспериментальные легкие автомобили на солнечных батареях могут развивать ту же скорость, что и типичный семейный автомобиль (100 миль в час (160 км / ч)). [6]
Телеметрия
Чтобы автомобиль работал плавно, водитель должен следить за несколькими приборами, чтобы определить возможные проблемы. В автомобилях без датчиков почти всегда есть беспроводная связь. телеметрия, что позволяет водителю контролировать потребление энергии автомобилем, улавливание солнечной энергии и другие параметры, тем самым позволяя водителю сосредоточиться на вождении.
Гонки
Две гонки на солнечных автомобилях Мировой солнечный вызов и Американский солнечный вызов- соревнования в стиле наземных ралли, в которых принимают участие различные университетские и корпоративные команды.
В Мировой солнечный вызов показывает поле конкурентов со всего мира, которые стремятся пересечь Австралийский континентна 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 и 2014 года.
Рекорд скорости
Книга Рекордов Гиннесса признать рекорд наземной скорости для транспортных средств, работающих только от солнечных батарей. Этот рекорд в настоящее время принадлежит Sky Ace TIGA из Университет Ашия. [8] Рекорд 91,332 км / ч (56,75 миль / ч) был установлен 20 августа 2014 г. Симодзисима аэропорт, в Миякодзима, Окинава, Япония. Предыдущий рекорд принадлежал Университет Нового Южного Уэльса с машиной Sunswift IV. Его 25-килограммовая (55 фунтов) аккумуляторная батарея была удалена, поэтому автомобиль питался только от солнечных батарей. [9] Рекорд 88,8 км / ч (55,2 миль / ч) был установлен 7 января 2011 года на авиабазе ВМФ. HMASАльбатрос в Nowra, побив рекорд, ранее установленный Дженерал Моторс машина Sunraycer 78,3 км / ч (48,7 миль / ч). Рекорд установлен на участке полета 500 метров (1600 футов) и является средним показателем двух пробегов в противоположных направлениях.
Автомобили для общественного пользования
Первый семейный автомобиль на солнечных батареях был построен в 2013 году. [10] Исследователи из Кейс Вестерн Резервный университет, также разработали лучший автомобиль на солнечных батареях, который может заряжаться быстрее благодаря лучшим материалам, используемым в солнечных батареях. [11]
Китайский производитель солнечных батарей Hanergy планирует строить и продавать солнечные автомобили, оснащенные литий-ионные батареи потребителям в Китае. [12] [13] Hanergy утверждает, что пять-шесть часов солнечного света должны позволить тонкопленочным солнечным элементам автомобилей вырабатывать от 8 до 10 кВтч энергии в день, что позволяет автомобилю проехать около 80 км (50 миль) только на солнечной энергии. [14] Максимальная дальность составляет около 350 км (217 миль).
В июне 2019 года солнечно-электрическая Световой Год Один было объявлено. Разработан бывшими инженерами из Тесла и Феррари, капот и крыша автомобиля состоят из солнечных батарей. Автомобиль также заряжается от обычной электроэнергии, а также от станций быстрой зарядки, и ожидается, что он будет запущен в ограниченное производство в 2021 году по цене около 135 тысяч долларов. [15]
В июле 2020 года немецкий автопроизводитель Audi подписал меморандум о взаимопонимании с израильским стартапом Аполлон-Сила для разработки плана по внедрению запатентованных компанией легких гибких панелей в автомобильные детали. Программа Apollo-Power состоит в том, чтобы превратить все автомобили в мире в солнечные.