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.

Как в автомобилестроении используется солнечная энергия?

Топливный кризис в мире не за горами. Не так давно озвучивались данные о том, что при сохранении нынешних темпов добычи нефти в России, её хватит на 30 лет. То есть, запасы тают с каждым днём, а потребление растёт. Кроме того, есть и другая проблема. От большого количества автомобилей ежедневно в атмосферу поступает масса выхлопных газов с вредными веществами. Эти проблемы нужно решать. Причём в ближайшее время. Некоторые специалисты видят выход в создании электромобилей, работающих на солнечной энергии. Действительно, это не фантастический рассказ, а реальные разработки. Конечно, до выпуска серийных моделей ещё далеко, но уже есть рабочие образцы, включая гоночные кары.

Впервые фотоэлектрические панели на крыше автомобиля попробовали установить довольно давно. В наше время появились полноценные авто, которые приводятся в движение исключительно от солнечной энергии. И эти автомобили делаются не в единичном экземпляре энтузиастами, а в производственных цехах крупных автомобильных корпораций.

Концерн General Motors ещё в середине прошлого столетия представил модель с электродвигателем, который работает на солнечной энергии. В длину машина была не больше полуметра. Н крыше были закреплены 10 солнечных батарей.

Разработкой автомобиля занимался Уильям Кобб ─ инженер компании GM. Эти исследования были профинансированы автомобильным гигантом в надежде на прорыв. Но тогда исследования свернули из-за низкой рентабельности, а вернулись к ним лишь через несколько десятилетий.

К разработкам авто на солнечной энергии вернулись в девяностые годы прошлого века. В этом время КПД фотоэлементов достиг 15 процентов. Это послужило мощным толчком к освоению энергии солнца. К делу разработки электромобилей подключились многие крупные концерны. Не так давно появлялись сообщения о том, что специалистам из Spektrolab удалось получить солнечные панели с КПД выше 30%. Но серийных образцов с такой эффективностью пока не выпускается.

Плюсы и минусы гелио автомобилей

Итак, подведём итоги по плюсам и минусам автомобилей на солнечной энергии.

Плюсы

• Солнечная энергия бесплатна;
• Не требуется сеть заправочных станций;
• Фотоэлементы имеют большой срок службы (до 30 лет);
• Не выбросов а атмосферу;
• Использование таких авто стимулирует разработку передовых технологий в смежных сферах.

Минусы

• Низкий КПД фотоэлектрических панелей (максимум 12─15%);
• Высокая стоимость солнечных панелей;
• Эффективность выработки электроэнергии зависит от времени суток и погоды;
• Необходимо осуществлять накопление энергии от батарей.

Примеры электромобилей на солнечных батареях

Astrolab

Выпуском этого электромобиля занимаются специалисты компании Venturi. Максимальная скорость, которую развивает авто, составляет 120 километров в час. Пробег до 110 километров. На автомобиле закреплены фотогальванические элементы общей площадью 3,6 квадратных метров. Стоимость этого чуда составляет больше 90 тысяч евро.

Как говорят конструкторы, таких параметров им удалось добиться благодаря усовершенствованному кузову автомобиля. Astrolab подобен гоночным болидам. Внутренняя часть машины выполнена в виде карбонового монокока для защиты водителя и пассажира. Дизайн Astrolab разработал Саша Лакик. Сам он называет этот электромобиль, как крыло на колёсах.

Ecletic

Ecletic является ещё одним гелиомобилем от Venturi. Мощность двигателя этого авто составляет 22 лошадиные силы. Для сравнения, у других авто на солнечных батареях мощность в среднем составляет одну лошадиная сила с двух квадратных метров панелей. Ecletic работает только от энергии солнца.

Конструкторы утверждают, что их творение пробегает на скорости 50 километров в час до пятидесяти километров. И ещё один интересный нюанс Ecletic. Машина может проходить до 15 километров на энергии ветра. Если на улице непогода, то авто заряжается от электрической сети примерно за 5 часов.

Перевод текста

«Солнечные» автомобили

А вы знали, что есть автомобили, которым не нужны «традиционные» источники энергии, такие как бензин или дизельное топливо? Это «солнечные» автомобили (солнцемобили), использующие энергию Солнца. Они экологичны, поскольку не выпускают выхлопные газы, но их скорость не такая высокая, как у обычных бензиновых и дизельных автомобилей.

Автомобили с солнечными батареями разрабатываются и ездят по всему миру уже много лет, но почти исключительно в конкурсах или исследовательских программах - просто чтобы показать, что эти автомобили могут ездить без бензина. В большинстве случаев это были небольшие капсулы, в которых было место только для водителя.

И вот компания Ford разработала концептуальную модель солнечного автомобиля для повседневного использования. Концептуальный автомобиль или выставочная модель - это автомобиль, созданный для демонстрации нового стиля и новых технологий. Их часто показывают на автосалонах, чтобы увидеть, как клиенты реагируют на новые и радикальные проекты, которые могут быть или не быть массовыми. Концептуальные автомобили часто имеют оригинальные разработки в двигателе или дизайне. Некоторые используют нетрадиционные, экзотические или дорогие материалы. У других - уникальный вид, 3 или 5 (или более) колес или особые способности, которые обычно не встречаются на автомобилях. Многие концепт-кары так и остаются небольшими моделями или даже рисунками, выполненными в компьютерной программе. Концептуальные автомобили никогда не запускаются в производство напрямую. Однако многие из особенностей и технологий, которые мы видим в современных автомобилях, были впервые продемонстрированы в концептуальных моделях несколько лет назад.

1. What is a “solar car”? - It is a solar powered car.

2. What is the energy source used in solar cars? – It is the energy of the Sun.

3. Are solar cars a common means of transport? - No, they aren"t.

Who drives them, and when? – Solar cars are driven by test drives almost exclusively in contests or research programmes.

4. What is a concept model? – It is a car made to demonstrate new styling and new technology.

5. What was the purpose of developing solar cars? - The purpose of developing solar cars is to show that cars could travel without petrol.

6. How different is a new concept model developed by Ford? - It is a model of a solar car for everyday use.

7. What is the advantage and disadvantage of solar cars? - The advantage is that they are ecologically friendly as they are free of exhaust fumes. The disadvantage is their speed: it is not as high as that of conventional petrol and diesel fuel cars.

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.

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.