Солнечный автомобиль — это солнечное транспортное средство для использования на дорогах общего пользования или гоночных трассах. Солнечные автомобили — это электромобили , которые используют автономные солнечные элементы для обеспечения полной или частичной мощности транспортного средства с помощью солнечного света. Солнечные автомобили обычно содержат перезаряжаемую батарею , которая помогает регулировать и хранить энергию от солнечных элементов и рекуперативного торможения . Некоторые солнечные автомобили можно подключать к внешним источникам питания, чтобы дополнять мощность солнечного света, используемого для зарядки их аккумулятора.
Солнечные автомобили сочетают в себе технологии, обычно используемые в аэрокосмической , велосипедной , альтернативной энергетике и автомобильной промышленности. Конструкция солнечных автомобилей всегда подчеркивает энергоэффективность , чтобы максимально использовать ограниченное количество энергии, которое они могут получить от солнечного света. Большинство солнечных автомобилей были построены для гонок солнечных автомобилей . Однако было спроектировано и построено несколько прототипов солнечных автомобилей, предназначенных для использования на дорогах общего пользования.
В мире проводятся различные соревнования по солнечным автомобилям, в которых обычно принимают участие студенческие и корпоративные команды. Наиболее заметным соревнованием является World Solar Challenge , международное соревнование, которое проводится в Австралии. Среди других соревнований — American Solar Challenge и United Solar Challenge.
По состоянию на декабрь 2022 года был запущен в производство только один автомобиль на солнечных батареях — Lightyear 0 , но поставки осуществлялись ограниченным темпом — один автомобиль в неделю. [1] В январе 2023 года компания остановила производство и продажу автомобилей, а производственная компания автопроизводителя Atlas Technologies BV подала заявление о банкротстве. [2] [3]
Ожидается, что производство Aptera начнется в 2024 году. [ 4 ]
Солнечные автомобили зависят от солнечной батареи , которая использует фотоэлектрические элементы (PV-элементы) для преобразования солнечного света в электричество. В отличие от солнечной тепловой энергии, которая преобразует солнечную энергию в тепло, PV-элементы напрямую преобразуют солнечный свет в электричество. [5] Когда солнечный свет (фотоны) попадает на PV-элементы, они возбуждают электроны и позволяют им течь, создавая электрический ток. PV-элементы изготавливаются из полупроводниковых материалов, таких как кремний и сплавы индия, галлия и азота. Кристаллический кремний является наиболее распространенным используемым материалом и имеет коэффициент эффективности 15–25%.
История
Первой моделью изобретенного солнечного автомобиля была крошечная 15-дюймовая машина, созданная сотрудником General Motors Уильямом Г. Коббом. Названная Sunmobile, она была представлена им в 1955 году на съезде Powerama в Чикаго. Она состояла из 12 селеновых фотоэлектрических элементов и небольшого электродвигателя. [6]
В 1962 году компания International Rectifier Company добавила солнечную панель к модели Baker Electric 1912 года и представила первый солнечный автомобиль, который мог перевозить пассажиров. [7]
Солнечная батарея
Солнечная батарея состоит из сотен солнечных элементов, преобразующих солнечный свет в электричество. Для того чтобы построить батарею, фотоэлементы объединяются в модули, которые объединяются в батарею. [8] Более крупные используемые батареи могут вырабатывать более 2 киловатт (2,6 л.с.).
Солнечную батарею можно установить шестью способами:
горизонтальный . Это наиболее распространенное расположение обеспечивает большую часть общей мощности в течение большей части дня в низких широтах или летом в более высоких широтах и предлагает малое взаимодействие с ветром. Горизонтальные массивы могут быть интегрированы или иметь форму свободного навеса.
вертикальный . Такое расположение иногда встречается в отдельно стоящих или интегрированных парусах для использования энергии ветра. [9] Полезная солнечная энергия ограничена утром, вечером или зимой, а также когда транспортное средство направлено в правильном направлении.
регулируемый . Свободные солнечные батареи часто можно наклонять вокруг оси движения, чтобы увеличить мощность, когда солнце низко и далеко в стороне. Альтернативой является наклон всего транспортного средства при парковке. Двухосевая регулировка встречается только на морских транспортных средствах, где аэродинамическое сопротивление имеет меньшее значение, чем на дорожных транспортных средствах.
Городской автомобиль Squad Solar , представленный на мероприятии Fully Charged 2022 в Амстердаме.интегрированный . Некоторые транспортные средства покрывают все доступные поверхности солнечными элементами. Некоторые элементы будут находиться под оптимальным углом, а другие будут затенены.
прицеп . Солнечные прицепы особенно полезны для модернизации существующих транспортных средств с небольшой устойчивостью, например велосипедов. Некоторые прицепы также включают в себя батареи, а другие также и приводной двигатель.
удаленный . Устанавливая солнечную батарею на стационарном месте, а не на транспортном средстве, можно максимизировать мощность и минимизировать сопротивление. Однако виртуальное подключение к сети подразумевает большие электрические потери, чем в настоящих солнечных транспортных средствах, и аккумулятор должен быть больше.
Выбор геометрии солнечной батареи подразумевает оптимизацию между выходной мощностью, аэродинамическим сопротивлением и массой транспортного средства, а также практические соображения. Например, свободный горизонтальный навес дает в 2-3 раза большую площадь поверхности транспортного средства с интегрированными ячейками, но обеспечивает лучшее охлаждение ячеек и затенение пассажиров. Также разрабатываются тонкие гибкие солнечные батареи.
Солнечные батареи на солнечных автомобилях монтируются и инкапсулируются совсем не так, как стационарные солнечные батареи. Солнечные батареи на солнечных автомобилях обычно монтируются с помощью двухсторонней клейкой ленты промышленного класса прямо на корпусе автомобиля. Батареи инкапсулируются с помощью тонких слоев 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. [10]
Аккумуляторы
Аккумуляторной батареи в типичном автомобиле на солнечных батареях достаточно, чтобы позволить автомобилю проехать 250 миль (400 км) без солнца и 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, [11] однако экспериментальные легкие солнечные автомобили могут достигать той же скорости, что и типичный семейный автомобиль (100 миль в час (160 км/ч)). [12]
Две гонки на солнечных автомобилях — World Solar Challenge и American Solar Challenge — представляют собой соревнования в стиле шоссейных ралли по суше, в которых принимают участие различные университетские и корпоративные команды.
В World Solar Challenge принимают участие участники со всего мира, которые соревнуются, чтобы пересечь австралийский континент на расстояние в 3000 километров (1900 миль). Скорости транспортных средств постоянно растут. Например, высокие скорости участников гонки 2005 года привели к изменению правил для солнечных автомобилей, начиная с гонки 2007 года и 2014 года.
American Solar Challenge , ранее известный как «North American Solar Challenge» и «Sunrayce USA», в основном представляет собой студенческие команды, соревнующиеся в гонках с определёнными интервалами времени в США и Канаде. Эта гонка также изменила правила для последней гонки из-за того, что команды достигли установленных ограничений скорости. Последняя гонка American Solar Challenge проходила от Индепенденса , штат Миссури, до Твин-Фолс , штат Айдахо , с 9 по 16 июля 2022 года. [13]
Dell -Winston School Solar Car Challenge — ежегодная гонка на автомобилях на солнечных батареях для старшеклассников. Мероприятие привлекает команды со всего мира, но в основном из американских школ. Гонка впервые прошла в 1995 году. Каждое мероприятие является конечным продуктом двухгодичного образовательного цикла, запущенного Winston Solar Car Team. В нечетные годы гонка представляет собой шоссейную трассу, которая начинается на Dell Diamond в Раунд-Роке, штат Техас; окончание трассы меняется из года в год. В четные годы гонка представляет собой гонку по треку вокруг Texas Motor Speedway. Dell спонсирует мероприятие с 2002 года.
Солнечные батареи, установленные на крыше этого автомобиля, производят достаточно энергии для работы его электродвигателя .
South African Solar Challenge — это двухнедельная гонка автомобилей на солнечных батареях, которая проводится дважды в год по всей Южной Африке. Командам придется строить собственные автомобили, проектировать собственные инженерные системы и гонять на этих же машинах по самой сложной местности, которую когда-либо видели солнечные автомобили. Гонка 2008 года доказала, что это мероприятие может привлечь интерес публики и что оно имеет необходимую международную поддержку FIA. В конце сентября все участники стартуют из Претории и отправятся в Кейптаун по трассе N1, затем проедут вдоль побережья до Дурбана, прежде чем подняться на откос на обратном пути к финишной черте в Претории 10 дней спустя. В 2008 году мероприятие было одобрено Международной федерацией солнечных автомобилей (ISF), Международной автомобильной федерацией (FIA) и Всемирным фондом дикой природы (WWF), что сделало его первой гонкой на солнечных батареях, получившей поддержку этих трех организаций.
Sunswift IV и управляемый аппарат во время попыток установить рекорд скорости на HMAS Albatross
Книга рекордов Гиннесса признает рекорд скорости на суше для транспортных средств, работающих только от солнечных батарей. Этот рекорд в настоящее время принадлежит Sky Ace TIGA из Университета Ашия . [14] Рекорд в 91,332 км/ч (56,75 миль/ч) был установлен 20 августа 2014 года в аэропорту Симодзисима в Миякодзиме , Окинава , Япония. Предыдущий рекорд был установлен Университетом Нового Южного Уэльса на автомобиле Sunswift IV . Его 25-килограммовая (55 фунтов) батарея была снята, поэтому транспортное средство питалось только от солнечных батарей. [15] Рекорд в 88,8 км/ч (55,2 миль/ч) был установлен 7 января 2011 года на военно-морской авиабазе HMAS Albatross в Ноуре , побив предыдущий рекорд, установленный автомобилем General Motors Sunraycer в 78,3 километра в час (48,7 миль/ч). Рекорд был установлен на участке длиной 500 метров (1600 футов) и представляет собой среднее значение двух забегов в противоположных направлениях.
Первый семейный автомобиль на солнечных батареях был построен в 2013 году. [16] Исследователи из Университета Кейс Вестерн Резерв также разработали солнечный автомобиль, который может заряжаться быстрее благодаря материалам, используемым в солнечных панелях. [17]
Китайский производитель солнечных панелей Hanergy планирует производить и продавать солнечные автомобили, оснащенные литий-ионными аккумуляторами, потребителям в Китае. [18] [19] Hanergy утверждает, что пять-шесть часов солнечного света должны позволить тонкопленочным солнечным элементам автомобиля генерировать 8-10 кВт·ч энергии в день, что позволит автомобилю проехать около 80 км (50 миль) только на солнечной энергии. [20] Максимальный запас хода составляет около 350 км (217 миль).
В июне 2019 года был анонсирован солнечно-электрический Lightyear One , впоследствии переименованный в Lightyear 0. Разработанный бывшими инженерами Tesla и Ferrari , капот и крыша автомобиля состоят из солнечных панелей. Автомобиль также заряжается от обычной электроэнергии, а также от станций быстрой зарядки. [21] В сентябре 2021 года сообщалось, что компания Lightyear собрала достаточно денег, чтобы запустить автомобиль в ограниченное производство, по цене 149 000 евро, поставив первые единицы в 2022 году. [22]
Первый прототип электромобиля Aptera на солнечных батареях
В августе 2019 года компания Aptera Motors объявила о начале кампании по сбору средств на создание работающего на солнечной энергии, очень эффективного электромобиля «Never Charge» под названием Aptera с запасом хода до 1000 миль. [23] [24] Эта кампания по сбору средств оказалась успешной, и первый прототип Aptera был показан, а электромобиль был запущен в производство 4 декабря 2020 года. [25] По состоянию на июль 2023 года было построено и показано три поколения прототипов, закупается производственное оборудование и инструменты, продолжается сбор средств.
В июле 2020 года немецкий автопроизводитель Audi подписал меморандум о взаимопонимании с израильским стартапом Apollo-Power о разработке плана по внедрению легких гибких панелей собственной разработки в детали автомобиля. Цель Apollo-Power — превратить каждый автомобиль в мире в солнечный.
В 2019 году был анонсирован Squad Solar City Car от Squad Mobility, а в мае 2022 года он был наконец представлен в СМИ. Squad Solar City Car — это первый солнечный микроавтомобиль для (пригородного) использования.
.jpg/1280px-Squad_Solar_Car_(Fully_Charged_2022).jpg)
.JPG/1280px-Sono_Sion_2017-08-18_1213_(cropped).JPG)
.jpg){kind=link}
.JPG){kind=link}
