Преимущества автомобилей на солнечных батареях

Принцип работы автомобилей на солнечных батареях раскрыли уже в их названии. Их оборудуют специальными панелями, которые улавливают солнечные лучи и преобразуют их в электричество. От этого электричества питается двигатель автомобиля и прочие его узлы. Устанавливают панели на крыше транспортного средства. На вид выгодно и удобно — солнечные лучи бесплатны, можно забыть о заправках и счетах за электричество. Но есть ли будущее у этих автомобилей, и какие у них недостатки? Давайте разберёмся.

Немного о появлении автомобилей на солнечных панелях

Первое транспортное средство с таким способом питания изобрели в Америке ещё в середине XX века. Но тогда не было технологии для изготовления достаточно ёмкой батареи и дальнейшие разработки авто зашли в тупик.

К концу века попытки создать автомобиль с подзарядкой от солнца возобновили. Технологии изготовления аккумуляторов и панелей на тот момент уже шагнули далеко вперёд, повысился их КПД, мощности уже хватает для поездок на ощутимо далёкие расстояния.

Но практичность повысили не только благодаря улучшению качества батареи. Начали использовать более современные материалы для кузова — лёгкие и прочные. Модернизируют трансмиссию — в ней используют материалы с минимальным сопротивлением качению, то есть требуется уже меньше энергии для прокручивания всех механизмов. Улучшают и сам мотор — теперь устанавливают не обычный электромотор, а двигатель бесколлекторного типа. В его составе полюса из редкоземельных сплавов. Отдельные автоконцерны дополнительно ставят мотор-колёса на ведущих осях. Всё это повышает КПД у передаточного механизма и снижает требования к батарее.

Запас мощности увеличивают и за счёт создания гибких материалов — монтировать батарею теперь можно на любом элементе кузова, что повышает совокупную доступную площадь авто для установки батареи. Но даже с гибкими элементами корпус такого автомобиля отличается от стандартного. Чтобы батарея занимала максимально большую площадь, солнцемобили делают плоскими и широкими, как передвижные платформы.

Будущее за солнечной энергией?

Почему вообще встал вопрос создания и внедрения в широкую продажу автомобилей с аккумуляторами и на солнечных батареях? Всё дело в ухудшающейся экологической обстановке в мире и особенно в крупных городах. Огромное количество выбросов в атмосферу нагревает нашу планету и постепенно приближает глобальное потепление. Причём 73% выбросов в окружающую среду — это двигатели частных автомобилей.

Электромобили работают без вредных выбросов в атмосферу, но и здесь есть подводные камни. Чтобы электричество дошло до розетки, от которой заряжают аккумулятор электродвигателя, нужны электростанции, высоковольтные линии и зарядные коммуникации, а это всё тоже наносит вред природе, хотя и не такой заметный, но очень ощутимый. В этой ситуации электромобили на солнечных батареях — это действительно отличная альтернатива. Есть у них недостатки, но и достоинств немало.

Ещё один вариант использования такого типа питания, который уже активно применяют в некоторых моделях — установка солнечных панелей на крышах авто как дополнительного источника питания. То есть в таком случае батарея питает не двигатель и весь автомобиль, а отдельные электропотребители, например, климат-контроль.

Источник изображения

Гибридные автомобили с солнечным питанием

На сегодняшний день серийного производства солнцемобилей нет. Есть только отдельные штучно произведённые модели от разных автоконцернов. Самые популярные из них:

  • Venturi — французский автомобиль, не очень мощный, всего 22 л. с. Автомобиль дополнен генератором ветра и может ещё заряжаться от розетки. Проезжает без подзарядки до 50 км со скоростью не больше 50 км/ч.

  • Stella — семейный автомобиль от Университета г. Эйндховен. Запас хода до 600 км, корпус из алюминия.

  • GreenGT — а это изобретение от швейцарских инженеров. Автомобиль SolarWorld GT уже поинтересней, его мощность — 400 л. с., и максимальная скорость разгона — до 275 км/ч.

  • Tokai Challenger 2 — японское детище, победившее на гонках в 2011 году. Корпус автомобиля из углепластика и вес всего 140 кг. При этом автомобиль может развивать скорость до 160 км/ч. На машине установили батареи Panasonic.

Источник изображения

Серийного производства этих и других солнцемобилей нет из-за низкой практичности — стоимость высокая, КПД — низкий. А вот внедрять технологию в гибридные автомобили в качестве дополнительного питания оказалось очень удобно и выгодно. Можно назвать самые ожидаемые и удачные разработки в этой сфере, которые скоро уже ожидаются на рынке:

  • Sono Motors — немецкая разработка. По сути, планируют создать электромобиль с самостоятельной зарядкой от солнечных панелей, они станут дополнительным питанием автомобиля, когда тот нельзя подключить к сети. В этой модели стоит отметить ещё одну интересную особенность — система очистки воздуха из прядей островного мха, встроенных в приборную панель. Биологический фильтр воздуха, регулирующий температуру и влажность.

  • Lightyear One — автомобиль представлен в 2019 году, это детище команды студентов-инженеров. Ребята прославились тем, что выиграли гонки World Solar Challenge в 2013, 2015 и 2017 году. Это тоже гибридная машина на солнечных батареях. Планируют сделать автомобиль с запасом хода до 725 км, зарядка от панели в течение 60 минут прибавит к ходу ещё 12 км.

  • Toyota Solar Prius — сейчас уже есть Prius с солнечными батареями, но в обновлённом они будут уникальными — ультратонкими, разработка компании Sharp, именно этого типа батареи устанавливают на космические аппараты. Панели с большей эффективностью, чем используемые обычно кремниевые, они смогут увеличивать запас хода до 56 км.

Источник изображения

У таких технологий действительно есть все шансы на будущее и серийное производство. Например, в солнечный день на природе можно будет слушать музыку в машине и не переживать, что разрядится аккумулятор, ведь он тут же подзаряжается от солнца.

Есть ли будущее у автомобилей с питанием только от солнечных панелей

Пока сложно сказать, насколько работоспособными будут машины такой конструкции, нужно испытание временем и жизнью. Эксперты советуют с осторожностью относиться к заявлениям, что скоро только на таких авто ездить и будем. По их оценкам солнечных панелей не хватит для обеспечения дальнего хода автомобилю, сравнивать с характеристиками электромобилей их точно пока нельзя. Чтобы солнцемобиль прошёл столько же, сколько электромобиль, постоявший на зарядке от сети, ему нужно будет заряжаться пару дней на хорошем солнышке. Пока не могут современные солнечные батареи собрать сразу нужное количество энергии.

Посчитать эффективность солнечной панели несложно. 1 м² Земли собирает примерно 1 кВт энергии солнца, и этот показатель ещё зависит от широты и может колебаться от 0,2 до 2 кВт. То есть в теории самая эффективная батарея в среднем соберёт 1 кВт за час, при этом она должна быть по площади 1 м², а погода должна быть ясной.

К примеру, сколько Tesla Model 3 проезжает на каждом киловатт-часе? До 7 км. То есть, если наш автомобиль будет показывать такую же эффективность и на нём будет установлено 4 м² панелей, ему нужно будет заряжаться 6 часов в абсолютно ясную погоду, чтобы проехать 160 км. Но если оценивать реальную эффективность, которая составляет до 25% от того эталона, что мы рассматриваем, то для зарядки на такое расстояние понадобится 26 часов на солнце. А это очень продолжительное время.  

Источник изображения

Одна из перспективных разработок в этой области — тонкоплёночные элементы из перовскитов. Это кристаллы, которые можно использовать для создания солнечных панелей. Они недорогие в добыче, при этом гораздо эффективнее фотоэлектрических аналогов из кремния. Пластины из этих кристаллов тоньше бумаги, и диапазон длины волны у них значительно больше, то есть они могут активно производить энергию в тени, в пасмурный день, а время зарядки сокращается.

Но есть и подводные камни. Солнечные панели нужно идеально выставлять по направлению к солнцу, чтобы добиться максимальной эффективности, что в случае с движущимся транспортным средством невозможно. Для регионов с постоянными дождями, коротким летом или большим количеством пыли в атмосфере такие автомобили вообще не эффективны — слишком долго заряжать. К тому же при движении панель неизбежно будет получать мелкие повреждения от камней и атмосферных осадков, что негативно скажется на её эффективности.

Выводы

Среди плюсов автомобилей с солнечными панелями, конечно же, можно выделить такие:

  • Экологичность, даже если сравнивать с электромобилями с питанием от розетки. Ограничения в запасе источника энергии нет, только природный восполняемый источник.

  • Небольшие размеры, такому автомобилю требуется меньше накопительных аккумуляторов.

  • Нет привязки к зарядным станциям, не нужно заезжать на заправку.

  • Экономичность — заправка бесплатная, то есть расходы на автомобиль заметно снижаются.

Но стоит отметить и недостатки, которые нивелируют все преимущества:

  • Проблема первая — сколько стоит сам автомобиль, цена делает невозможным запустить его в серийное производство.

  • Мощность и скорость ниже, чем у обычных авто.

  • Неразвитая инфраструктура для обслуживания.

  • Длительное время, необходимое на зарядку для поездки на относительно длинное расстояние.

Есть и ещё одна проблема, которую не рассматривают так же широко, как глобальное потепление из-за ДВС на бензине и дизеле. Хотя сам двигатель электро- или солнцемобиля не выбрасывает ничего вредного в атмосферу, проблема утилизации аккумуляторных батарей пока стоит очень остро. В состав АКБ входит огромное количество очень вредных для окружающей среды веществ, которые нельзя отправлять на свалки. Но это тема для отдельной статьи.

В целом же надо сказать, что технологии солнечных батарей в автомобильном транспорте можно широко использовать для гибридных автомобилей, но как единственный источник энергии они пока не оправдывают себя. Технологии не стоят на месте, и со временем учёные создадут машину на солнечных батареях по приемлемой цене и с характеристиками для массового использования. Но сейчас солнцемобили — это единичные разработки штучного производства, интересные в основном только в научных кругах.