Топливный кризис в мире не за горами. Не так давно озвучивались данные о том, что при сохранении нынешних темпов добычи нефти в России, её хватит на 30 лет. То есть, запасы тают с каждым днём, а потребление растёт. Кроме того, есть и другая проблема. От большого количества автомобилей ежедневно в атмосферу поступает масса выхлопных газов с вредными веществами. Эти проблемы нужно решать. Причём в ближайшее время. Некоторые специалисты видят выход в создании электромобилей, работающих на солнечной энергии. Действительно, это не фантастический рассказ, а реальные разработки. Конечно, до выпуска серийных моделей ещё далеко, но уже есть рабочие образцы, включая гоночные кары.
Впервые фотоэлектрические панели на крыше автомобиля попробовали установить довольно давно. В наше время появились полноценные авто, которые приводятся в движение исключительно от солнечной энергии. И эти автомобили делаются не в единичном экземпляре энтузиастами, а в производственных цехах крупных автомобильных корпораций.
Концерн General Motors ещё в середине прошлого столетия представил модель с электродвигателем, который работает на солнечной энергии. В длину машина была не больше полуметра. Н крыше были закреплены 10 солнечных батарей.
Разработкой автомобиля занимался Уильям Кобб ─ инженер компании GM. Эти исследования были профинансированы автомобильным гигантом в надежде на прорыв. Но тогда исследования свернули из-за низкой рентабельности, а вернулись к ним лишь через несколько десятилетий.
К разработкам авто на солнечной энергии вернулись в девяностые годы прошлого века. В этом время КПД фотоэлементов достиг 15 процентов. Это послужило мощным толчком к освоению энергии солнца. К делу разработки электромобилей подключились многие крупные концерны. Не так давно появлялись сообщения о том, что специалистам из Spektrolab удалось получить солнечные панели с КПД выше 30%. Но серийных образцов с такой эффективностью пока не выпускается.
Итак, подведём итоги по плюсам и минусам автомобилей на солнечной энергии.
Выпуском этого электромобиля занимаются специалисты компании Venturi. Максимальная скорость, которую развивает авто, составляет 120 километров в час. Пробег до 110 километров. На автомобиле закреплены фотогальванические элементы общей площадью 3,6 квадратных метров. Стоимость этого чуда составляет больше 90 тысяч евро.
Как говорят конструкторы, таких параметров им удалось добиться благодаря усовершенствованному кузову автомобиля. Astrolab подобен гоночным болидам. Внутренняя часть машины выполнена в виде карбонового монокока для защиты водителя и пассажира. Дизайн Astrolab разработал Саша Лакик. Сам он называет этот электромобиль, как крыло на колёсах.
Ecletic является ещё одним гелиомобилем от Venturi. Мощность двигателя этого авто составляет 22 лошадиные силы. Для сравнения, у других авто на солнечных батареях мощность в среднем составляет одну лошадиная сила с двух квадратных метров панелей. Ecletic работает только от энергии солнца.
Конструкторы утверждают, что их творение пробегает на скорости 50 километров в час до пятидесяти километров. И ещё один интересный нюанс Ecletic. Машина может проходить до 15 километров на энергии ветра. Если на улице непогода, то авто заряжается от электрической сети примерно за 5 часов.
Ухудшающаяся с каждым годом экология нашей планеты и технический прогресс, не стоящий на месте, послужили мощными катализаторами для разработки и выпуска такого экологического транспорта, как автомобиль на солнечных батареях.
Основана работа транспортных средств с солнечными батареями для подзарядки аккумуляторов автомобилей на аккумулировании природной энергии Светила и ее превращении в электричество, питающее электромотор, приводящий в действие автотранспорт.
Суть преобразования в использовании проводимости «p-n», солнечными батареями создаваемой в элементах, образованных двумя кремниевыми слоями, при производстве которых к ним добавляются различные вещества.
Детальнее вникнуть в суть преобразования поможет схема:
В находящийся сверху «n» слой добавляют фосфор в процессе изготовления, в слой «p» (нижний) – бор. Таким образом на границе двух слоев образуется «p-n переход», определяющий для фотоэлементов, составляющих солнечную батарею, проводимость «р-n».
Лучи солнца, воздействуя на первый слой, образуют в отрицательные частицы — свободные электроны, и положительные, так называемые «дырки», в слое нижнем.
Между ними появляется электрическое поле, приводящее к появлению разности потенциалов.
При подключить к двум слоям нагрузки, в цепи появится ток. Частицы со знаком минус стремятся вверх, а со знаком «+» пробиваться книзу.
Если за нагрузку взят электрический мотор и дополнительно установлены электронные устройства, в различных режимах обеспечивающие требуемый рабочий режим, а также подключено определенное число батарей, схема использоваться может как привод, служащий, в том числе, для приведения машины в движение.
Такое средство передвижения будет называться, автомобилем, функционирующим благодаря солнечным батареям. Изобрели его еще в 20 столетии.
Автомобили на солнечных батареях обязаны своим появлением американцам. Но, из-за того, что в то время не было соответствующих технологий, позволяющих собирать компактных размеров солнечные мощные конструкции, массовый выпуск солцемобилей так и не был начат.
Выпускались только низкоэнергоемкие батареи. Поэтому эта отрасль автомобилестроения не нашла развития в то время. Вернулись к автомобилям, использующим солнечную энергию, только в девяностые годы.
К тому моменту была возможность, позволившая поднять КПД автомобилей на солнечных батареях. Выросло и количество вырабатываемого панелями электричества. Батареи нового поколения дали возможность создавать и передавать при перемещении на значительное расстояние требующийся запас энергии.
Также появились новые материалы, используемые для изготовления кузовов автомобилей, современные системы трансмиссии и виды электромоторов. Все это также положительно сказалось на развитии отрасли.
Сегодня в производстве элементов кузова применяют высокопрочный и очень легкий пластик, для трансмиссии — детали, для которых характерно минимальное значение сопротивлению качения, а моторы использовать стали бесколлекторные, содержащие редкоземельные магниты для полюсов.
Инновационным изобретением было и мотор-колесо. Электродвигателем, в этом случае, оснащено каждое ведущее колесо, что и увеличивает для передаточного механизма КПД.
Солнечные батареи, стали производить гибкими. Это не могло не привести к росту мощности, поскольку появилась возможность их крепить на любые части кузова, тем самым больше стала площадь, способная аккумулировать энергию.
Практически нет ведущей автомобильной компании, которая бы не вела разработки средств передвижения, функционирующих на батареях солнечных.
Среди наиболее известных, разработанный французской фирмой Venturi автомобиль Ecletic.
Резервным источником питания модели является генератор ветра, установленный на крыше. Но предусмотрел разработчик и вторую возможность — пополнения энергией от бытовой электросети.
Другим проектом французских инженеров Venturi является модель «Astrolab».
Запас хода у серийной модели выше почти вдвое, в сравнении с предыдущей. Мощность составляет 16 кВт, скорость ограничена отметкой 120 км/час.
За счет использования пластика для изготовления корпуса, вес у модели всего 300 килограмм. У нее солнечная батарея установлена на крыше автомобиля.
Футуристично выглядит голландское детище под названием «Stella», разработали которое сотрудники Университета г. Эйндхоен. Это семейный автомобиль, оснащенный высокомощной батареей солнечной и имеющий сенсорный экран. Его корпус имеет много алюминиевых деталей изготовленных из углерода.
Энергии, которую вырабатывает авто, использующее солнечные батареи, даже больше, чем необходимо для подзарядки аккумуляторов, емкость которых немаленькая, поэтому запас хода достигает 600 км.
Специалисты компании Green GT(Швейцария) тоже внесли свой вклад в развитие автоотрасли, а конкретно в автомобили с солнечными батареями.
Они создали автомобиль «Solar World GT», у которого мощность достигает 400 л.с.
Двигатель и емкостная батарея позволяют разгоняться до 275 км/ч, ускоряясь до сотни всего з 4 секунды.
Успешно развивают отечественные солнечные авто и в России, точнее – в Санкт-Петербурге.
Для кузова автомобиля на солнечных батареях используется легкий композит, за счет чего вес равен всего 200 килограмма. Форма напоминает катамаран. Ожидаемая скорость — 150 км/ч.
И, конечно, не могло обойтись без Японии, которая создала автоомбиль, победивший в 2011 году на австралийских ежегодных гонках. Его назвали «Tokai Challenger 2», а удивляет он многим:
Поскольку солнечные автомобили пока остаются товаром штучным, то стоимость их низкой назвать нельзя. Пока автомобили не поставлены на поток, об их характеристиках известно немного. Создатели автомобилей не спешат раскрывать секреты.
О тех же моделях, которые уже запущены в серию, данных побольше. Так, известна цена на французский Astrolab», которая составляет примерно 92 тысячи евро.
Неоспоримыми плюсами солнечных автомобилей считают:
Недостатки не позволяют широко войти описанным автомобилям в повседневную жизнь.
Они созвучны с преимуществами:
Тем не менее, новое направление, т.е. создание солнцемобилей способно в недалеком будущем вытеснить автомобили с ДВС с рынка.
К тому же, концерны финансируют работы по развитию солнцемобилей, создающихся небольшими бюро и коллективами.
Важно: Серийное производство солнцемобилей достигнет небывалых размеров, как только КПД панелей достигнет 50%.
Сегодня не составит проблем солнечную батарею емкостную для автомобиля купить даже Интернет.
Видео: Автомобили на солнечной энергии вышли на старт
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.
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.
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.
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).
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.
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.
Как бы ни развивалось это направление разработки транспорта, автомобили на солнечных батареях имеют множество положительных качеств, способных стать приговором транспорту с ДВС:
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.
