В стремлении сделать транспортные средства независимыми от бензоколонки и розетки, на фоне борьбы за экологию, родилась идея создания автомобиля, работающего только за счет полученной солнечной энергии. Хотя, учитывая удар по той же экологии, наносимый при изготовлении кремниевых солнечных элементов (90% панелей сделаны на основе кремния), аргумент в пользу природы вызывает сомнения. Независимость и бесплатное «топливо», на котором работает солнцемобиль, – более понятная мотивация.
До привычного автомобиля как до звезд
Внешность солнцемобиля весьма забавна: обтекаемая форма с максимально большой плоской верхней поверхностью, на которой размещены солнечные панели. Кроме легкого внешнего сходства эти творения инженерной мысли имеют не так много общего с привычными автомобилями. Малая полезная поверхность для размещения солнечных элементов и их невысокий КПД (максимум лишь 20-22%), заставляет конструкторов предельно уменьшать массу, используя легкие материалы и отказываясь от всего «лишнего». Под эту категорию даже иногда попадает колесо, делая электромобиль трехколесным.
По этой же причине солнцемобиль, который не может перевозить тяжелый груз, а ведь обычное авто, сравнимое по габаритам с седаном, может вместить с достаточным комфортом 4-5 человек, и груз до 300 кг и чуть более для него не проблема. В случае с «солнцеядным» транспортным средством здесь сплошь ограничения. Как правило, внутреннее пространство рассчитано на 1-2 человек, но есть исключения – голландский концепт Stella – первый в мире 4-х местный электромобиль.
Жесткость кузова гелиомобиля не лучшим образом сказывается на безопасности. Это у обычных машин есть металлические ребра жесткости, специальная конструкция и разная сопротивляемость удару, благодаря чему гасится энергия удара ради минимальной деформации салона. Здесь пока что преобладает не пассивная безопасность, а обеспечение жизни самой идеи создания гелиотранспорта. Конечно, с достижением достаточно высокого КПД фотоэлементов ситуация будет меняться.
Основные концепции солнцемобиля
Солнцемобиль обычно включает в себя:
- Солнечную батарею;
- Накопитель энергии, позволяющий перемещаться ночью или в условиях сильной облачности, когда уменьшается и без того малая удельная мощность солнечного излучения;
- Электродвигатель, который устанавливается чаще непосредственно на ведущие (-ее) колеса (-о), чтобы исключить потерю мощности при трансмиссии. Чаще задействуют низкооборотные моторы постоянного тока, у которых КПД равен 98%;
- Управляющий блок, который занимается распределением полученной энергии (излишек накапливается в аккумуляторе) и регулированием параметров работы солнечной батареи (охлаждение, ориентирование на солнце);
- Шасси.
Для максимально эффективного преобразования солнечного света в скорость, питания некоторых узлов и запаса хода необходимы:
- Хорошая аэродинамика;
- Большая площадь для размещения фотогальванических элементов;
- Малая масса электромобиля.
Первые два пункта обусловливают причудливую форму кузова, напоминающую насекомое или крыло самолета. В некоторых концепциях колеса прикрыты обтекателями. О солидном клиренсе солнцемобиль может и не мечтать. Крыша обычно выполнена как единое целое с капотом и багажником. Некоторые концепты напоминают гольф-кары – двухместные, без стекол и дверей. А полноценная крыша над головой и вовсе подразумевается не у всех (пример – француз Venturi Astrolab).
Ради легкости конструкции, помимо прочих, используются такие материалы, как углепластик, композиты с карбоновыми включениями.
Солнцемобиль также требователен к шинам. Ему лучше подходят те, у которых низкий коэффициент сопротивления качению. Лучшим их производителем признан Michelin.
Яркие представители семейства солнцемобилей
По вместимости лидирует группа Solar Team из 22 студентов голландского Эйндховенского технологического университета, которая создала гелиомобиль Stella весом в 380 кг. Правда, эта разработка не полностью обеспечивается солнечной энергией. Половина заряда она получает от бытовой или высоковольтной электросети. Также Stella может «отдавать» полученную энергию из своих аккумуляторов обратно в коммунальную сеть, или запитывать бытовые приборы. Интересным моментом в нидерландской разработке является руль, размер которого способен интуитивно меняться в зависимости от скорости.
Возможности аккумуляторов обеспечивают Stella запас хода до 600 км, максимальная скорость составляет 110 км/ч. Изобретение студентов пока только концепт, до потокового производства этого солнцемобиля требуется еще работать и работать.
Astrolab – первый серийный солнцемобиль французской компании Venturi. Его стоимость впечатляет – € 90,000. В движение его приводит асинхронный мотор с воздушным охлаждением. Мощность 16 кВт, крутящий момент 50 Нм. Питание двигатель берет от никель-металлогидридных аккумуляторов весом 110 кг. Astrolab собран в основном из композитных материалов, шасси из углеволокна усилено алюминиевыми вставками. Вес всего авто 300 кг.
Площадь солнечных элементов невелика – 3,6 кв. м., их суммарная мощность – 600 Вт. Они полностью могут обеспечивать электромобиль «топливом», но при недостатке запаса энергии можно подзарядиться от обычной розетки. Максимальная скорость – 120 км/ч, запас хода в автономном режиме — 110 км.
Солнечная батарея как опция
Такие мировые автопроизводители, как Mercedes Benz, BMW, Toyota, в качестве опции устанавливают на крышу солнечные элементы, энергия от которых расходуется на работу навигации и кондиционера. Учитывая высокую цену фотогальванических элементов и сложность при их установке (контроллеры, доработка кузова, т. к. тяжелая крыша играет не на пользу его жесткости), стоимость опции составляет порядка $2,000. Основным «применением» солнечной крыши выступает охлаждение салона автомобиля кондиционером во время длительной стоянки под лучами солнца. Такая машина, конечно, не является солнцемобилем, но идея реализации питания, пусть не всего транспортного средства, а лишь некоторых его элементов от солнца максимально приближает его к таковым.
Несмотря на ограничения, сопутствующие гелиотранспорту, идея создать полноценный солнцемобиль продолжает развиваться. Главный сдерживающий фактор – низкая производительность фотоэлементов, но открытия в этой области появляются постоянно, и как знать, может уже через пару десятков лет бензоколонки будут уже не актуальны…
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.
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:
Показать еще
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.
О том, что фотопанели можно устанавливать на крышах машин, известно достаточно давно. Но мало кто задумывается, что уже создан полноценный автомобиль на солнечных батареях, который работает только от энергии солнца. Причем это не единичные экземпляры изобретателей-любителей, а вполне современные разработки крупных компаний.
Более того, существует даже особый чемпионат, в котором имеют право соревноваться только автомобили на солнечной энергии. Называется он World Solar Challenge и проходит в Австралии. По регламенту участники должны преодолеть 3000км, отделяющих Дарвин от Аделаиды (то есть пересечь всю Австралию с севера на юг), не используя никаких дополнительных энергоисточников. Проходит этот чемпионат раз в два года, в 2013г. в нем выступали 40 команд из более чем 20-ти стран-участниц. Победу тогда одержала голландская Nuon, ее автомобиль поддерживал среднюю скорость 90 км/ч, невзирая на плохие погодные условия.
Особенности гелиоавтомобилей
Таким образом, машины на солнечной энергии – это уже давно не миф, а обычная реальность. Правда, название «автомобиль» не совсем правильно, по сути это – электромобиль, ведь он оснащен именно электродвигателем. На крыше автомобиля размещаются фотопанели, которые и снабжают мотор энергией. Также обязательно имеются мощные аккумуляторы, необходимые для накопления энергии. Причем, как правило, производители предусматривают комбинированный вариант зарядки аккумуляторных блоков. То есть при необходимости их можно подзарядить от специальной электросети. Делается это для повышения надежности и рабочего ресурса солнечного автомобиля.
Выгоды от массового использования таких солнечных электромобилей очевидны. Это и отсутствие загрязнения окружающего пространства, и удобство эксплуатации, и независимость от заправок. Однако есть и целый ряд проблем. Прежде всего – недостаточно высокий КПД современных фотоэлементов (и слишком высокая стоимость высокопроизводительных опытных образцов). Кроме того, это необходимость максимально снизить вес автомобиля без уменьшения его прочности, то есть применение достаточно дорогостоящих композитных материалов.
Тем не менее, инженеры продолжают активную работу в этом направлении, поскольку перспективность гелиоавтомобилей не вызывает сомнений. А значит, необходима эффективная, но не слишком дорогая солнечная батарея и прочные, но легкие составы для корпуса (ведь вес электромотора и аккумуляторов нельзя опустить ниже определенной отметки).
Какие бывают солнечные автомобили
Автомобили на солнечной энергии сильно выделяются из привычного образа. Их дизайн чаще всего напоминает некие фантастические аппараты будущего, а не вполне реальные, работающие машины. Объясняется это не столько фантазией разработчиков, сколько практической необходимостью. Ведь для полноценной работы такого автомобиля нужно достаточно много солнечных батарей, поэтому площадь покрытия приходится увеличивать.
Stella - семейный гелиоавтомобиль из Нидерландов
В Голландии (Технический Университет им.Эйндховена) создали концепт, который вполне может претендовать на звание «первого в мире семейного автомобиля на солнечной энергии». Прототип получил название Stella и вмещает четырех человек. Причем не просто вмещает, но и позволяет им вполне комфортно разместиться в салоне. Более того, в автомобиле предусмотрен и вполне вместительный багажник. Кузов «Стеллы» изготовлен из углеволокон и алюминия, поэтому вес концепта – всего 380кг при длине 4,5м и ширине 1,65.
На крыше автомобиля установлены гибкие высокопроизводительные панели, а управление осуществляется при помощи «умного руля» и сенсорного экрана (вместо привычных кнопок). Максимальная скорость «Стеллы» - 110 км/ч, а в темноте при полностью заряженных батареях она может пройти 600 км. Кстати, в 2013г. Stella достаточно успешно участвовала в World Solar Challenge.
Гоночные технологии для широких масс
Компания Venturi выпустила на рынок солнечный автомобиль Astrolab. Причем это не просто концепт-разработка, это полноценная коммерческая модель, которую может приобрести любой желающий. Рассчитана она на двух пассажиров. Технических же характеристик машины, созданной на базе гоночных болидов Формулы-1, вполне достаточно для комфортной повседневной езды.
Мощность асинхронного мотора – 16 кВт, максимальная скорость – 110-120км/ч, вес самого автомобиля – всего 300 кг. В Astrolab установлены аккумуляторы 7 кВт/ч и общей массой 110 кг.
