Автомобиль на солнечных батареях. Виды и устройство. Работа

Каждый день машин становится все больше, что неизменно ведет к уменьшению запасов нефти. К тому же увеличение сжигания топлива ведет к росту числа выхлопных газов и загрязнению окружающей среды. Многие ученые пытаются решить данную проблему самыми разными путями. Однако на данный момент полноценного решения, которое позволило бы забыть данную проблему, пока не найдено. Одним из вариантов решения данной проблемы является создать автомобиль на солнечных батареях.

Разработки этой машины начались в 1950-х годах. Перспективный автомобиль на солнечных батареях появился в 1982 году благодаря изобретателю Хансу Толструпу. На этой машине он сумел проехать по всей Австралии, но на тот момент его максимальная скорость составляла лишь 20 километров в час. Спустя 14 лет были созданы солнечные автомобили, которые могли развивать скорость до 135 километров в час. Такую цифру сумел продемонстрировать автомобиль под наименованием «Dream». Такие автомобили имеют серьезную перспективу, однако на данные момент в серийном производстве их нет. Это связано с целым рядом нерешенных проблем, в числе которых достаточно высокая стоимость машины.

Виды

Автомобиль на солнечных батареях интересен многим автомобильным брендам. И каждый из них пытается реализовать свое видение этих машин. Именно поэтому они сильно отличаются по конструктивному исполнению, внешнему виду и ряду параметров. Тем не менее, у всех этих автомобилей имеются общие закономерности.

Большая часть разработок ведется по следующим направлениям:

• Изготовление смешанных конструкций солнечных машин. Их принцип базируется на том, что в солнечную погоду они работают от солнца, а при плохой погоде они способны подзаряжаться от электрической сети и ездить как обычный электрический автомобиль.
• Разработка транспортных средств, где солнечная энергия применялась бы для обеспечения вспомогательных потребностей, к примеру, для работы навигации, кондиционера и так далее.
• Создание автомобилей, которые работали бы лишь на энергии солнца. На данный момент это только экспериментальные конструкции, которым до серийного производства еще далеко. Вызвано это тем, что для полноценной каждодневной езды нужна большая площадь солнечных панелей, да и солнце светит не всегда.

Среди наиболее известных разработок является автомобиль на солнечных батареях под названием «Astrolab» от Venturi. Данная машина может достигать скорости в 120 километров в час и перемещаться на расстоянии 110 километров. Площадь панелей составляет 3,6 квадратных метров. Его корпус выполнен из пластика, вследствие чего машина весит порядка 300 килограмм. Стоимость этого экземпляра составляет 90 тысяч евро.

Французская машина под названием «Ecletic» способна передвигаться до 50 километров и имеет мощность в 22 лошадиные силы. Ее скорость достигает полсотни километров в час. С целью увеличения хода транспорта предусмотрен ветровой генератор, в том числе подзарядка от электросети.

В Голландии создан автомобиль «Stella», который способен перемещаться на расстоянии до 600 километров в час. Устройство имеет корпус, выполненный из алюминия и углерода, а также мощную батарею.

В Швейцарии создан автомобиль «Solar World GT», который выделяется огромной мощностью в 400 лошадиных сил. Он способен достигать ста километров в час всего лишь за 4 секунды и разгоняться до 275 километров в час.

В нашей стране также занимаются созданием солнечного автомобиля. Так питерский политехнический университет создал машину с кузовом из композитных материалов. Весит агрегат до 200 килограмм и способен разгоняться до 150 километров в час.

Устройство

Автомобиль на солнечных батареях зачастую довольно сильно выделяется от остальных машин, работающих при помощи двигателя внутреннего сгорания. В большинстве случаев они напоминают футуристические агрегаты, что вызвано необходимостью размещения большего числа солнечных панелей на корпусе машины, а также желанием разработчиков создать автомобиль будущего.

Главная особенность каждого солнечного транспорта – это наличие фотоэлектрических панелей. На текущий момент солнечные панели способны обеспечивать коэффициент полезного действия порядка 12%, что приводит к определенным ограничениям. Чтобы можно было запустить солнечные автомобили в серийное производство, необходимо создать панели с коэффициентом полезного действия порядка 50%. Технологии на данный момент не позволяют это сделать.

Поэтому разработчикам солнечных автомобилей приходится прибегать к разнообразным ухищрениям, чтобы улучшить параметры их функционирования:

• Уменьшение массы машины, что достигается применением прочных пластиков и легких сплавов металла.
• Улучшение аэродинамики.
• Использование новых микропроцессорных систем управления.
• Использование инновационных двигателей.

В большинстве случаев автомобиль на солнечных батареях включает следующие конструктивные элементы:

1. Солнечные панели.
2. Накопитель энергии, который позволяет ездить машине в условиях облачности и в ночное время, то есть тогда, когда нет солнца;
3. Электродвигатель. В большей части случаев он ставится на ведущие колеса, что позволяет минимизировать потерю мощности из-за меньшего числа элементов трансмиссии. Довольно часто в подобных машинах применяются низкооборотные моторы постоянного тока, имеющие коэффициент полезного действия в 98%;
4. Управляющий блок, занимающийся перераспределением полученной от солнца энергии. Часть тратится на движение, другая – на накопление в аккумуляторной батарее. К тому же управляющий блок занимается регулированием параметров функционирования панелей, их охлаждением и ориентированием на солнце.
5. Шасси. Колеса в большей части случаев также являются инновационными, они имеют минимальный коэффициент сопротивления качению.

Принцип действия

Автомобиль на солнечных батареях функционирует благодаря принципу преобразования энергии солнца в электрическую. Именно электроэнергия необходима для питания электродвигателя машины и возможности передвижения. Принцип преобразования базируется на «p-n проводимости», которая создается в солнечной панели. Для достижения этой цели панели производятся из двух слоев кремния, куда добавляются специальные вещества. В верхнем слое присутствует фосфор, а в нижнем – бор.

На границе указанных слоев создается «р-n переход», именно он и влияет на «р-n проводимость» панели. Под действием солнца в верхнем слое создается дополнительное число отрицательно заряженных электронов, на нижней части появляются положительно заряженные элементы. Появление дополнительного числа разнозаряженных частиц приводит к появлению электрического поля между слоями. Создается разность потенциалов.

В случае появления нагрузки между электродами, которые подсоединены к этим слоям, в цепи появляется электроток. В случае подсоединения электродвигателя, это приведет к его работе. Но ток должен быть определенного уровня. Поэтому для регулирования поступающего электротока применяются дополнительные электронные устройства. Они отвечают за выдаваемую мощность и скорость вращения вала электродвигателя. Лишняя энергия накапливается в аккумуляторах. В случае отсутствия солнца в определенный период времени, то в работу вступает аккумулятор, который буде направлять энергию на двигатель. Остальные элементы солнечного автомобиля практически полностью идентичны элементам обычной машины.

Применение

Автомобиль на солнечных батареях сегодня производится только в экспериментальных образцах. Но в подобных машинах применяются самые последние технологии и изобретения. Так на них ставятся шины с наиболее низким сопротивлением качению, кузова выполняются из легчайших композитных материалов высочайшей прочности.

Специально для этих автомобилей применяются электрические двигатели постоянного тока бесколлекторного типа с полюсами, выполненными из редкоземельных магнитных материалов. Также в ряде моделей применяются мотор-колеса. К тому же солнечные машины используются в качестве концептов для отработки последних достижений в разработке автомобилей.

Ряд крупных автомобильных производителей, к примеру, Mercedes и Toyota в качестве опции используют солнечные панели для получения энергии для работы кондиционера и навигации. Но работы над созданием серийной солнечной машины не останавливаются. Решаются проблемы с низким коэффициентом полезного действия, аккумуляторами и так далее. Появление новых технологий в создании материалов, гибких солнечных панелей и батарей открывает новые возможности в деле создания новых автомобилей.

Появление разных моделей солнцемобилей привело к появлению нового вида спорта – гонок на солнцемобилях. Сегодня они организуются в различных странах, но самые известные находятся в Австралии. Благодаря таким гонкам автомобилепроизводители могут протестировать новые технические разработки, что позволяет развивать солнечные автомобили.

Развитие технологий в будущем позволит создавать солнечные автомобили, которые будут иметь:

• Неограниченный запас хода, который был накоплен за солнечный день.
• Большой рабочий ресурс панелей.
• Создавать полностью бесплатную энергию.

В результате не будет необходимости содержать заправочные станции. У машин не будет вредных выбросов, что при серийном выпуске положительно скажется на экологии.

IT News

• Новости науки
• Новости игр
• Новости IT
• Другие новости

• Физика
• Погода и климат
• Человеческое тело
• Подводный мир
• Все о транспорте

Last update Вс, 29 Янв 2017 11pm

Устройство автомобиля на солнечных батареях

• » onclick=»window.open(this.href,’win2′,’status=no,toolbar=no,scrollbars=yes,titlebar=no,menubar=no,resizable=yes,width=640,height=480,directories=no,location=no’); return false;» rel=»nofollow»> Печать
• E-mail

Дата Категория: Транспорт

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.

Производители автомобилей на солнечных батареях, особенности, цена

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.

Как это работает

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.

Рекомендуем:

• Zotye T300EV: обзор, особенности, цена, где появится впервые
• Концепт Geely Concept Icon, особенности и цена
• Коммерческий грузовой автомобиль России Next Electro

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

Источник Источник Источник Источник http://electrosam.ru/glavnaja/slabotochnye-seti/oborudovanie/avtomobil-na-solnechnykh-batareiakh/
Источник Источник http://information-technology.ru/sci-pop-articles/27-transport/6187-ustrojstvo-avtomobilya-na-solnechnykh-batareyakh
Источник http://motocarrello.ru/drugie-jelektromobili/1875-avtomobil-na-solnechnyh-batarejah.html