Автомобили, работающие на солнечной энергии, все еще находятся в стадии разработки, поэтому сильно отличаются друг от друга по внешнему виду, конструкции и основным параметрам. Но все эти автомобили, как и те, что показаны в этой статье имеют основные общие закономерности. Главная - это наличие солнечных собирающих панелей, которые поглощают солнечный свет и преобразуют его в электричество. В большинстве моделей это электричество накапливается в аккумуляторах, откуда оно поступает в электродвигатель, а тот вращает колеса.

Конструкторы стремятся сделать солнечные автомобили такими, чтобы они могли с большей эффективностью использовать свои запасы энергии. Поэтому большинство подобных автомобилей изготовлено из легких материалов и имеют обтекаемую форму, чтоб уменьшить сопротивление ветра. Теоретически солнечный автомобиль способен работать бесконечно долго, ведь ему не требуется иного топлива, кроме солнечного света. К тому же он не производит никаких выбросов, то есть не портит природу. Однако у него есть большой недостаток: такой автомобиль не может двигаться ночью и при сплошной облачности. Сейчас специалисты работают над тем, чтобы преодолеть подобные ограничения.

Схема устройства автомобиля на солнечных батареях

Электричество, получаемое в панелях солнечных коллекторов, передается по проводам в накопительную батарею, то есть в аккумулятор. Аккумулятор питает электродвигатель, который вращает колесный вал и колеса. Специальная система механической передачи, имеющая 12 скоростей, позволяет эффективно использовать энергию в разных дорожных условиях.

Солнечная батарея

Каждый солнечный элемент состоит из двух слоев кремния: Р-типа, то есть позитивный или положительный, и N-типа, то есть негативный или отрицательный. Когда свет попадает на такой элемент, он освобождает электроны в слое Р-типа, которые сами переходят в слой N-типа. Двигатель солнечного автомобиля пользуется запасами этого тока.

Автомобиль "Southern Cross"

Автомобиль "Southern Cross" имеет наклоняемую солнечную панель

Японский "Саузен кросс" имеет длину около 20 футов, весит 620 фунтов и двигается по ровной поверхности со скоростью до 25 миль в час. А так же он оснащен подвижной солнечной панелью.

Подвижная солнечная панель

Чтобы солнечные коллекторы поглощали наибольшее количество света, панель может наклоняться (справа) по направлению к солнцу - даже во время движения автомобиля.

Коллекторная солнечная панель обтекаемой формы

Автомобиль "Солар флер"(Solar flare), построенный в Калифорнийском университете, участвовал в автомобильной гонке "World Solar" - "Мир солнца" 1990 года. Тогда он прошел по необжитым районам Австралийского материка 1800 миль и занял в гонке 11-е место. Автомобиль имеет в длину двадцать футов и 9200 солнечных элементов толщиной меньше визитной карточки. Корпус автомобиля сделан из эпоксидной смолы, армированной углеродом. На борту находится серебряно-цинковая аккумуляторная батарея. Одного ее заряда - без дополнительной солнечной подпитки - хватает на 125 миль пути.

Гонка по Австралии не обошлась без трудностей. Часто ломалась цепная передача, которая использовалась для привода заднего колеса, - как в мотоцикле. И часто прокалывались колеса. Непредвиденные остановки снижали среднюю скорость. Во время той гонки она оказалась равной 27 милям в час вместо предполагавшихся 42 миль в час. После технической доработки "Solar flare " принял участие в двух автогонках по Соединенным Штатам в 1991 году и победил в них.

На рассвете использования солнечных батарей, когда они стали получать массовое распространение, их применяли везде, где только можно, в калькуляторах, в брелках и конечно в игрушках. Машинка на солнечной батарее не вызовет ни у кого удивления. Мощность игрушки маленькая, и чтобы не заряжать постоянно аккумулятор, использование дешёвой солнечной батареи вполне обоснованно. К тому же применение уникальных батарей положило начало использованию их в настоящем, взрослом, автомобилестроении. И из игрушечной модели появилась вполне полноценная машина на солнечных модулях.

Неоспоримые преимущества солнечных автомобилей

Успешное освоение солнечной энергии и внедрение в энергетику, подтолкнуло конструкторов и ученых к созданию автомобиля на солнечных батареях. Образец авто на солнечном ходу имеет кругом одни плюсы и положительные моменты.

Отличия от обычных машин поражают своей широтой:

• неограниченный запас хода, благодаря накоплению энергии в течение светового дня,
• отсутствие необходимости в заправочных станциях,
• огромный ресурс солнечных модулей,
• отсутствие вредных отработанных газов или других выделяемых элементов,
• абсолютная бесплатность, никто не будет платить за солнечный свет.

Автомобили на солнечных батареях обходят в своей эффективности даже, ставшими популярными в последнее время, электромобили на аккумуляторах.

Так как такие авто имеют следующие недостатки:

• ограниченный запас хода без подзарядки,
• необходимость обустройства заправочных, а точнее зарядных станций,
• большой процент полезной площади салона авто занимают аккумуляторные батареи,
• большая масса автомобилей.

В последнее время, прототипы электромобилей имеются практически в каждой линейке автомобильных гигантов. Никто не сомневается, что будущее за электрокарами. Вот только какую энергию они будут использовать, этого никто не знает. Существуют разработки для электромобилей, позволяющие не подзаряжать авто. Эти конструкторские изыски предполагают устройство под поверхностью дороги уникальных источников для электрической подзарядки. Для этого используется, пока что не до конца изученная, технология передачи электричества на расстояние без материальных соединительных элементов . Такой вариант называется методом электромагнитной индукции.

Появившись сравнительно недавно, данный метод не изучен и пока что работоспособен исключительно с маленькими зарядами.

Начало освоения солнечного двигателя

Первый самоходный автомобиль на солнечных батареях появился более 50 лет назад в Америке. Компания General Motors впервые представила свой уникальный образец автомобиля. Скорость и запас хода не стоит даже упоминать, потому что они оставляли желать лучшего, но не это главное. Интересен сам факт появления подобного устройства и закладка фундамента для будущих разработок.

Спустя 30 лет уже была выпущена первая модель, которая могла развить скорость порядка 100 км/ч, и это при эффективности батареи 15 %. С этого отсчетного момента в гонку, по изготовлению солнечного авто, включились практически все автоконцерны, желающие конкурировать в будущем на рынке автомобилей.

Стоимость таких автомобилей достаточно высока. Обусловлено это в первую очередь тем, что каждый колесный агрегат уникален. В нем используются научные технологии самых последних исследований. Внедрение таких технологий стоит денег, а доведение их до ума или конечной цели еще большего количества денег. Отчасти, поэтому, такие машины стоят под миллион долларов. Но на сегодняшний день суть не том, чтобы заработать на этом изобретении, суть в том чтобы создать доступный, качественный и надёжный автомобиль по доступной цене, к тому моменту когда человечество столкнется с проблемой нехватки жидкого источника энергии - нефти, а следовательно солярки и бензина.

До наступления такого момента, солнечные автомобили могут начать конкурировать с существующими аналогами только при условии повышения КПД солнечных источников до отметки в 45-50 %. Совокупность подобного уровня и применения легких композиционных материалов, для изготовления корпуса, поможет создать автомобиль, который будет активно конкурировать с бензиновыми и электрическими автомобилями.

Основное направление совершенствования солнечных автомобилей

Помощью в будущей конкуренции служат постоянные разработки новых материалов, применяемых в батареях. Например, последние разработки позволяют не устанавливать плоские солнечные батареи на крышу авто, и уничтожать дизайнерские изыски автогигантов. Уже разработаны батареи, которые могут использоваться в качестве тонировки на автомобилях, то есть быть незаметными для обывателя.

Поверхность остекления в авто немаленькая, приплюсовав поверхность всего кузова, который может быть обтянут гибкими солнечными панелями, можно добиться площади вполне достаточной для выработки необходимого количества солнечной энергии, чтобы автомобиль на батареях передвигался на любые расстояния, а владелец не задумывался о его подзарядке.

Минусом таких гибких модулей является низкий КПД . Но как показывает опыт прошлых разработок в солнечной энергетике - повышение производительности всего лишь вопрос времени. Опираясь на исторические данные, можно быть уверенным в том, что через некоторое время, производительность солнечных батарей для электромобилей выйдет на необходимый уровень, и позволит создавать мощные и надежные автомобили для массового использования.

Если вам нужны аккамуляторы для вашего электроавтомобиля то сможете посмотреть .

Три инженера из Мюнхена занимались разработкой доступного электромобиля на солнечных батареях в течение трёх лет. Средства на инженерно-конструкторские работы немцы привлекли с помощью краудфандинговой кампании, собрав за несколько месяцев более 600 тысяч евро на постройку первого ходового прототипа и его испытания. В результате получился электромобиль под названием Sion, оборудованный солнечными панелями.

Всего на компактном кузове удалось разместить 330 фотоэлементов, защищённых от механического воздействия и неблагоприятных условий окружающей среды тонким поликарбонатным покрытием. Солнечные батареи сами по себе способны обеспечить Sion запас хода в 30 километров. Sono Motors планировали выпускать «солнечный» электромобиль с двумя вариантами аккумуляторных батарей — ёмкостью 14,4 и 30 кВт⋅ч.

В первом случае запас хода составлял около 100 километров, а во втором — уже 250 километров. Однако от «младшей» версии решено отказаться — предварительные заказы клиентов поступали только на «старшую» модель. С помощью системы быстрой зарядки батареи электрокара можно зарядить от розетки на 80% всего за 40 минут. Впрочем, аккумулятор можно зарядить и с помощью солнечных батарей — всего за восемь часов.

На центральной панели расположен необычный салонный фильтр на основе… мха. Как заявляют разработчики, мох фильтрует до 20% мелких частиц пыли и заодно поддерживает необходимый уровень влажности в салоне. А ещё есть 10-дюймовый сенсорный экран. Sion будет продаваться в Европе с 2019 года по цене всего 16 тысяч евро, но в стоимость не включена батарея: за неё нужно доплатить ещё 4000, либо оформить аренду.

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.

Немного истории

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.

Солнечные модели авто

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.

Характеристики

• Силовая высокомощностная установка – 22 л.с.;
• Покрываемое без дозарядки расстояние – 50 км;
• Допустимая скорость – 50 км/ч.

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».

Параметры

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:

• Формой корпуса из углепластика и массой, не превышающей 140 кг;
• Развиваемой скоростью – 160 км/ч.

Стоимость

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.

Плюсы

Неоспоримыми плюсами солнечных автомобилей считают:

• Экологичность;
• Низкий вес;
• Малые размеры;
• Экономичность;
• Неограниченный запас солнечной энергии;
• Отсутствие необходимости развивать инфраструктуру (заправочные и подзарядные станции не нужны);
• Длительный срок эксплуатации;
• Дешевая энергия;
• Большой ресурс панелей.

Минусы

Недостатки не позволяют широко войти описанным автомобилям в повседневную жизнь.

Они созвучны с преимуществами:

• штучное производство и инновационные технологии, сильно увеличивающие цену;
• более низкие, чем у авто с ДВС, скорость и проходимый без подзарядки путь;
• отсутствие автосервисов данного сегмента транспорта.

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

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.

Электромобиль сегодня: прорыв в будущее

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).

Новый вид спорта — ралли солнцемобилей

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.

Разработки новых проектов

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.

Достоинства и недочеты электромобиля

Как бы ни развивалось это направление разработки транспорта, автомобили на солнечных батареях имеют множество положительных качеств, способных стать приговором транспорту с ДВС:

• неограниченный ходовой запас на энергии, накопленной в течение светового дня;
• отсутствие сети заправочных станций;
• большой рабочий ресурс солнечной панели;
• полное отсутствие вредных выбросов;
• бесплатность энергии.

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.