Как это работает
Работа транспортных средств с солнечными батареями для зарядки автомобильных аккумуляторов основана на аккумулировании природной энергии солнца и преобразовании ее в электричество, которое питает электродвигатель, приводящий транспорт в движение.
Суть трансформации заключается в использовании проводимости «pn», создаваемой солнечными батареями в ячейках, образованных двумя слоями кремния, при производстве которых в них добавляются разные вещества.
Более подробно разобраться в сути трансформации поможет схема:
Фосфор добавляется в слой «n» сверху в процессе производства, а бор добавляется в слой «p» (нижний). Таким образом, на границе двух слоев образуется «p-n переход», который определяет «p-n» проводимость фотоэлементов, входящих в состав солнечной батареи».
Солнечные лучи, воздействуя на первый слой, формируются в отрицательные частицы – свободные электроны, и положительные, так называемые «дырки» в нижнем слое.
Между ними возникает электрическое поле, что приводит к возникновению разности потенциалов.
При подключении к двум слоям нагрузки в цепи появится ток. Частицы со знаком «минус» стремятся вверх, а со знаком «+» — вниз.
Если в качестве нагрузки взять электродвигатель и дополнительно установить электронные устройства, обеспечивающие необходимый режим работы в разных режимах, и подключить определенное количество аккумуляторов, то схему можно использовать как станцию, которая также служит для установки машина в движении.
Такой автомобиль можно было бы назвать автомобилем на солнечной энергии. Его изобрели еще в 20 веке.
Общие характеристики
Солнечная панель работает по принципу преобразования энергии нашего светильника в электричество. Для того чтобы автомобиль мог двигаться в любое время суток, энергия должна запасаться в аккумуляторе.
Этот источник питания также должен обеспечивать необходимой мощностью другие потребители, необходимые для безопасного вождения (например, стеклоочистители и лампочки) и для комфорта (например, обогрев салона).
Некоторые компании в Соединенных Штатах первыми опробовали эту технологию в 1950-х годах. Однако этот практический шаг не увенчался успехом. Причиной стало отсутствие аккумуляторов большой емкости. Из-за этого у электромобиля был слишком маленький запас хода, особенно ночью. Проект был отложен до лучших времен.
В 90-х технология снова заинтересовала, когда появилась возможность делать аккумуляторы с повышенным КПД. Благодаря этому модель могла собирать больше энергии, которую затем можно было использовать во время движения.
Развитие электротранспорта позволяет более эффективно использовать заряд. Кроме того, каждая автомобильная компания заинтересована в снижении энергопотребления за счет снижения сопротивления, оказываемого коробкой передач, встречным воздушным потоком и другими факторами.
Это позволяет увеличить запас хода на одном заряде более чем на один километр. Сейчас этот интервал измеряется сотнями километров.
Также хорошим подспорьем в этом стала разработка легких модификаций кузовов и различных агрегатов. Это снижает вес автомобиля и положительно влияет на скорость автомобиля. Солнечные автомобили используют все эти инновационные разработки.
Двигатели, устанавливаемые на такие автомобили, заслуживают особого внимания. Это бесщеточные модели. В таких модификациях используются специальные редкие магнитные элементы, снижающие сопротивление качению и повышающие мощность силовой установки.
Еще один вариант, дающий максимальный эффект, — использование моторизованных колес. Так силовая установка не будет тратить энергию на преодоление сопротивления различных элементов трансмиссии. Такое решение будет особенно практичным для автомобиля, имеющего силовую установку гибридного типа.
Последние разработки позволяют использовать электрическую силовую установку практически на всех четырехколесных транспортных средствах. Данная модификация представляет собой гибкую батарею. Он способен эффективно генерировать электричество и принимать различные формы. Благодаря этому блок питания можно устанавливать в разных отсеках автомобиля.
Зарядка АКБ осуществляется с панели, которая в основном находится сверху автомобиля, так как крыша имеет плоскую конструкцию и позволяет размещать элементы под прямым углом к солнечным лучам.
Какие существуют солнцемобили
Почти все компании разрабатывают эффективные солнечные автомобили. Вот некоторые проекты концепт-каров, которые уже готовы:
- Французский электромобиль с этим типом источника питания — Venturi Eclectic. Концепт был разработан в 2006 году. Автомобиль оснащен силовой установкой, мощность которой достигает 22 лошадиных сил.
Максимальная транспортная скорость составляет 50 км/ч, при этом запас хода составляет пятьдесят километров. В качестве дополнительного источника энергии производитель использует ветрогенератор.
- Astrolab Eclectic — еще одна разработка той же французской компании, работающая на солнечной энергии. Особенность автомобиля в том, что у него открытый кузов, а панель размещена по периметру вокруг водителя и его пассажира.
Это удерживает центр тяжести как можно ближе к земле. Эта модель разгоняется до 120 км/ч. Сама батарея имеет большую емкость и находится прямо под солнечной панелью. Мощность установки 16 кВт.
- Голландская солнечная машина для всей семьи — Stella. Модель разработана группой студентов в 2013 году. Машине придали футуристический вид, а кузов выполнен из алюминия. Максимальное расстояние, которое может преодолеть автомобиль, составляет примерно 600 километров.
- В 2015 году появилась еще одна рабочая модель — Immortus, которую создала компания EVX Ventures из Мельбурна, Австралия. Этот двухместный электромобиль получил приличную солнечную батарею, площадь которой составляет 2286 квадратных сантиметров. В солнечную погоду транспорт способен целый день проехать без подзарядки любое расстояние.
Для обеспечения энергией бортовой сети используется аккумулятор емкостью всего 10 кВт/ч.В пасмурный день автомобиль преодолевает расстояние 399 км, а затем с максимальной скоростью 59 км/ч. Компания планирует запустить модель в серию, но ограниченную — всего около ста экземпляров. Стоимость такого автомобиля составит примерно 370 тысяч долларов.
- Другой автомобиль, использующий этот вид энергии, показывает хорошие результаты даже в качестве спортивного автомобиля. Модель Green GT от Solar World GT имеет мощность 400 лошадиных сил, а ограничение скорости составляет около 275 километров в час.
- В 2011 году был проведен конкурс среди солнечных автомобилей. Его выиграл японский электромобиль Tokai Challenger 2, работающий на солнечной энергии. Автомобиль весит всего 140 килограммов, а разгоняется до 160 км/ч.
Принцип действия
Принцип работы автомобиля на солнечных батареях основан на преобразовании солнечной энергии в электрическую, которая является источником питания электродвигателя на солнечной энергии, установленного на автомобиле.
Принцип преобразования солнечной энергии в электрическую основан на «p-n проводимости», создаваемой в элементах солнечной батареи из двух слоев кремния с добавлением различных веществ.
Процесс тока показан ниже:
- Фосфор добавляется в верхний слой при производстве, это слой «n», а бор добавляется в нижний слой, это слой «p». На границе слоев образуется «p-n-переход», определяющий «p-n-проводимость» фотоэлемента, из которого в некоторой степени состоит солнечная батарея.
- Под воздействием солнечного света в верхнем слое образуется дополнительное количество отрицательно заряженных электронов, а в нижнем — положительно заряженных («дырок»). Наличие дополнительного количества разнозаряженных частиц создает электрическое поле между слоями, образуется разность потенциалов.
В этом случае при наличии нагрузки между электродами, соединенными с верхним и нижним слоями, в цепи протекает электрический ток, при этом отрицательно заряженные частицы движутся вверх, а положительно заряженные – вниз.
При подключении электродвигателя в качестве нагрузки, с установкой дополнительных электронных устройств, обеспечивающих нормальную работу в различных режимах работы и определенного количества аккумуляторов, отвечающих за подачу электроэнергии, такая схема может служить приводным узлом механической коробки передач, включены для движущегося транспортного средства.
Немного истории
Своим появлением автомобили на солнечных батареях обязаны американцам. Однако из-за того, что в то время не существовало подходящих технологий, позволяющих собирать конструкции на солнечных батареях компактных размеров, серийное производство транспортных средств на солнечных батареях так и не было начато.
Выпускались только низкоэнергетические аккумуляторы. Поэтому эта отрасль автомобилестроения не нашла в то время развития. Вернулись к автомобилям, использующим солнечную энергию, только в девяностых.
В то время это была возможность повысить эффективность автомобилей на солнечных батареях. Количество электроэнергии, вырабатываемой панелями, также увеличилось. Аккумуляторы нового поколения позволяли создавать и передавать необходимый запас энергии при перемещении на значительное расстояние.
Также появились новые материалы, которые используются при изготовлении кузовов автомобилей, современных систем трансмиссии и типов электродвигателей. Все это также положительно сказалось на развитии отрасли.
Сегодня в производстве элементов кузова используются высокопрочные и очень легкие пластмассы, для трансмиссии — детали, характеризующиеся минимальным значением сопротивления качению, и бесщеточные двигатели, содержащие редкоземельные магниты для полюсов.
Мотор-колесо также было новаторским изобретением. При этом каждое ведущее колесо снабжено электродвигателем, что повышает КПД трансмиссионного механизма.
Солнечные панели стали гибкими. Это не могло не привести к увеличению мощности, так как появилась возможность крепить их на любой части тела, увеличивая таким образом площадь, способную собирать энергию.
Солнечные модели авто
Практически нет ведущей автомобильной компании, которая не ведет разработки транспортных средств, работающих на солнечных батареях.
Среди самых известных – автомобиль Ecletic, разработанный французской компанией Venturi.
Характеристики
- Мощность большой силовой установки — 22 л.с.;
- Пройденное расстояние без подзарядки – 50 км;
- Разрешенная скорость – 50 км/ч.
Резервным источником питания модели является ветрогенератор, установленный на крыше. Но застройщик предусмотрел и другую возможность – пополнение энергии от бытовой электросети.
Еще один проект французских инженеров Вентури — модель «Астролаб».
Читайте также: Ip камера с датчиком движения: как работают видеокамеры с записью
Параметры
Запас хода серийной модели почти в два раза выше, чем у предыдущей. Мощность 16 кВт, скорость ограничена 120 км/ч.
Рекомендуемые:
- Zotye T300EV: обзор, характеристики, цена, где появляется впервые
- Концепт Geely Concept Icon, характеристики и цена
- Коммерческий грузовик из России Next Electro
За счет использования пластика для изготовления корпуса вес модели составляет всего 300 килограммов. У нее установлена солнечная панель на крыше автомобиля.
Футуристично выглядит голландское детище под названием «Стелла», которое разработали сотрудники Эйндхоэнского университета. Это семейный автомобиль, оснащенный мощной солнечной батареей и сенсорным экраном. В кузове много алюминиевых деталей из карбона.
Энергии, которую вырабатывает автомобиль с помощью солнечных батарей, даже больше, чем необходимо для зарядки аккумуляторов, емкость которых довольно велика, поэтому запас хода достигает 600 км.
Свой вклад в развитие автомобилестроения, в частности автомобилей с солнечными батареями, внесли и специалисты компании Green GT (Швейцария.
Они создали автомобиль «Solar World GT» мощностью до 400 л.с.
Двигатель и емкостная батарея позволяют разгоняться до 275 км/ч, а до сотни разгоняться всего за 4 секунды.
Отечественные солнечные автомобили также успешно разрабатываются в России, точнее, в Санкт-Петербурге.
Для кузова автомобиля на солнечных батареях используется легкий композит, за счет чего вес составляет всего 200 килограммов. Форма напоминает катамаран. Ожидаемая скорость 150 км/ч.
И, конечно же, не обошлось без него в Японии, создавшей автомобиль, выигравший ежегодную австралийскую гонку 2011 года. Он назывался «Токай Челленджер 2», и он во многом удивляет:
- Форма корпуса из углепластика и масса не более 140 кг;
- Развиваемая скорость – 160 км/ч.
Стоимость
Так как солнечные автомобили все же являются штучным товаром, их стоимость нельзя назвать низкой. Хотя машины не принимаются на вооружение, об их характеристиках известно немного. Производители автомобилей не спешат раскрывать секреты.
Об уже запущенных в серию таких же моделях данных больше. Так известна цена французского Astrolab, которая составляет около 92 тысяч евро.
Плюсы
Неоспоримыми преимуществами солнечных автомобилей являются:
- Экологичность;
- Низкий вес;
- Маленький размер;
- Прибыльность;
- Неограниченная солнечная энергия;
- Не нужно развивать инфраструктуру (не требуются заправки и зарядные станции);
- Долгий срок службы;
- Дешевая энергия;
- Большие панели ресурсов.
Минусы
Недостатки не позволяют войти в обиход много описанным автомобилям.
Они соответствуют преимуществам:
- штучное производство и инновационные технологии, значительно повышающие цену;
- ниже, чем у автомобиля с двигателем внутреннего сгорания, скорость и пройденное расстояние без подзарядки;
- отсутствие автосервиса в данном транспортном сегменте.
Но новое направление, т.е создание автомобилей на солнечной энергии, способно уже в ближайшее время вытеснить с рынка автомобили с двигателями внутреннего сгорания.
Кроме того, концерны финансируют разработку солнечных автомобилей, создаваемых небольшими агентствами и командами.
Важно: массовое производство автомобилей на солнечных батареях достигнет беспрецедентного уровня, как только КПД панелей достигнет 50%.
В наше время купить емкостную солнечную батарею для автомобиля даже в интернете не будет проблемой.
ТОП-5 популярных моделей
Вот мы и рассмотрели основные проблемы, связанные с особенностями использования солнечных батарей. Давайте рассмотрим 5 топ-моделей, наиболее популярных на российском рынке.
SunForce
Канадская качественная модель, которая выполнена на основе жесткой рамы. Он имеет хорошую производительность 17 Вт и, благодаря уникальной технологии усиления света, может генерировать хороший уровень мощности в дождь и пасмурную погоду. Панель имеет большую длину (почти 1 метр), но маленькую ширину (35 см), поэтому на крышу можно поставить 2 штуки.
Стоимость от 10 000 руб.
Преимущества: Хороший уровень мощности Компактные размеры по ширине В комплекте много полезных адаптеров.
TCM 15F
Небольшая гибкая модель для потолка, которая имеет небольшую мощность 15 Вт. Для сборки используются модули канадской компании SunForce, хотя сама система значительно дешевле. Модель проста в сборке, а для сборки полноценной автомобильной «силовой установки» рекомендуется покупать 2-3 панели (благо габариты и вес аккумулятора небольшие). Оснащен хорошей защитой от осадков и легких механических ударов, что очень радует.
Стоимость от 6000 руб.
ПлюсыГибкая модель, простая в сборке.Компактные размеры, малый вес.Хорошая герметизация фотоэлементов.МинусыКороткий шнур.
Sunsei SE-500
Маломощный компактный аккумулятор, который выполнен на жестком корпусе. Мощность одного аккумулятора составляет всего 7,5 Вт, но габариты совсем небольшие – 37,5 х 36 см. На основе этой модели обычно делают небольшие электростанции, которые монтируются на крышу автомобиля.
Хотя при желании можно купить 1-2 панели, чтобы поставить их внутрь салона. Сборка осуществляется с помощью подставки или специальных креплений, что удобно.
Цена от 3000 руб.
Плюсы Компактный размер, хорошая прочность. Приемлемая цена, наличие в магазине. Отлично подходит для монтажа силовой установки на крышу автомобиля. Недостатки Низкая удельная мощность.
ФЭ модуль ТСМ-15А
Старший брат модели TCM 15F, имеющий, однако, ряд серьезных конструктивных отличий. Главная особенность в том, что модель выполнена на основе жесткого (а не гибкого) тела.
Эта модель должна монтироваться с помощью специального раздвижного механизма, но если вам нравится спокойная манера вождения, вы можете установить аккумулятор с помощью липучек или силиконового клея. Мощность устройства составляет 15 Вт.
Цена от 5000 руб.
Плюсы Прочный, надежный корпус. Компактные размеры (26,5 х 60 см). Умеренная цена. Преимущества Плохая выработка электроэнергии в плохую погоду.
KKMOON 12V
Ультракомпактная модель для размещения внутри салона (например на козырьке). Он имеет небольшую мощность 4,5 Вт, но работает стабильно и стоит очень дешево. Имеет разъемы USB, благодаря которым вы сможете заряжать свои гаджеты в машине.
Некоторые покупают эту модель на случай разрядки аккумулятора (то есть в этом случае солнечная панель используется как пусковое зарядное устройство).
Стоимость от 1500 руб.
ПлюсыКомпактный размер (32 х 12 см) для удобного размещения Хорошая прочность, множество адаптеров в комплекте Очень низкая цена.
Как правильно выбрать панель для авто?
Чтобы сделать правильный выбор, следуйте этим советам:
- Если вам нужен стартовый блок или вы редко путешествуете на дальние расстояния, вы можете купить модель KKMOON 12V. Он вырабатывает небольшой ток, но этого электричества вполне достаточно для небольшого заряда аккумулятора, что будет особенно ценно в критический момент (например, во время дальней поездки вы забыли выключить фары ночью и аккумулятор мертв).
При желании панель можно разместить внутри салона, что очень практично.
- Если вы планируете монтировать небольшую электростанцию на крышу вашего автомобиля, вы можете использовать модели линейки SunForce или фотомодуль TCM-15A. Они генерируют довольно мощный ток, а благодаря небольшой ширине таких панелей на крышу автомобиля можно поставить одновременно несколько аккумуляторов.
Таких панелей достаточно для быстрой зарядки аккумулятора, что будет особенно критично, если вы часто пользуетесь мощным встроенным компьютером или гаджетами.
- Модель Sunsei SE-500 аналогична двум батареям из предыдущего раздела, но имеет уменьшенный размер (хотя мощность у нее будет меньше). С его помощью будет удобно монтировать электростанцию на крышу автомобиля по размеру крыши, что будет очень удобно для новичков, которые только недавно открыли для себя солнечную энергию.
Эту модель также можно разместить внутри салона или использовать в качестве аварийного источника питания на случай разрядки аккумуляторной батареи.
- TCM 15F — еще одна удобная панель, подходящая для начинающих электриков. Он очень гибкий и для установки нужно просто снять защитный кожух и прислонить устройство к чистой поверхности. Чаще всего модель размещают на крыше транспортного средства, что позволяет «захватить» много солнца.
Хотя при желании можно прикрепить панель к заднему стеклу — в этом случае вы получите меньше мощности, но ее будет вполне достаточно, если вы редко ездите на дальние расстояния.
