Автомобілі на сонячній енергії: реальні і практичні

Напевно, коли ви бачите слова «сонячний автомобіль», то малюєте щось подібне цієї фотографії, розташованої вище. Цікаве інноваційний транспортний засіб, але дуже непрактична для повсякденного користування.
Наприклад, що робити, якщо ви хочете взяти пасажирів? Де місце для багажу? Що робити, коли сонце ховається за хмарами?
Одним з важливих вкладів Австралії в технологічний прогрес є їх щорічні гонки автомобілів на сонячній енергії (які, на жаль, згадуються нечасто). Ці змагання сфокусовані не стільки на те, хто прийде перший, скільки на демонстрації можливостей сонячних технологій в транспортних засобах, які постійно удосконалюються. Вже зараз ясно, що рано чи пізно кінцевим результатом цих змагань стане електричний сімейний автомобіль, який ніколи не треба буде підключати до розетки.
Деякі електромобілі та гібриди вже пропонують додаткові електропанелі на даху, але їх площі не вистачає, щоб заряджати акумулятори швидше, ніж вони розряджаються під час водіння. Навіть якщо автомобіль стоїть на місці, для повної зарядки акумуляторної батареї буде потрібно кілька днів або навіть тижнів, в залежності від погоди.
Наприклад, Hyundai і його дочірня компанія Kia планує випустити нову сонячну дах для автомобілів. Якщо система першого покоління була призначена для гібридних транспортних засобів, технологія другого покоління принесла напівпрозору дах з сонячними фотоелементами для машин з двигунами внутрішнього згоряння. Третє покоління цієї технології забезпечить поява легкої сонячної даху для повністю електричних транспортних засобів.
Енергетичні обмеження
Як правило, такі сонячні панелі використовуються тільки для харчування кондиціонера, який утримує всередині автомобіля потрібну температуру. Чому так відбувається? Неприємний факт полягає в тому, що на один квадратний метр припадає максимум один кіловат енергії у вигляді сонячного світла. Таким чином, навіть маючи сонячні панелі з коефіцієнтом корисної дії 100%, це все, що ви можете отримати на такій малій площі. До того ж, фотоелементи не завжди спрямовані в напрямку сонця, що знижує їх ефективність.
Але якщо сконструювати автомобіль з прицілом на сонячні панелі, то можна отримати дійсно достатню поверхню для генерації електроенергії? Завдяки гнучким панелям він може навіть мати хороший аеродинамічний коефіцієнт. Наприклад, гоночні автомобілі, що працюють на сонячній енергії, здатні досягати швидкості 130 км/ч.
І дійсно цікава категорія, яка з’явилася порівняно недавно — сонячна сімейна машина. Це ще один клас транспортних засобів для змагань, який повинен вміщати чотирьох людей, мати багажник і відповідати іншим критеріям, які необхідні для того, щоб це авто було корисним на кожен день.
Лідером у цьому класі вже багато років є Stella Lux, група голландських студентів-інженерів, які називають себе Solar Team Eindhoven. Їх розробка досягає максимальної швидкості близько 120 км/год і має запас ходу (в сонячний день) до 950 км, це абсолютно чудова машина з точки зору продуктивності.
Stella Lux
Як щодо комфорту для пасажирів і водія?
4 плюшевих сидіння, тримачі для чашок, і навіть зарядні пристрої для мобільних телефонів на панелі — ось що можна побачити в кабіні. 381 окремий сонячний елемент на даху постійно заряджають акумуляторну батарею ємністю 15 кВт-год, що забезпечує необхідну енергію для руху. Команда називає свою розробку “енергетично позитивним” автомобілем, оскільки за нормальних обставин він виробляє більше енергії, ніж потрібно для руху. Навіть в умовах суворої голландської зими він все одно здатний подолати 50 км до зарядного пристрою.
Причому це не єдиний «лімузин» на змаганнях. Sunswift eVe, побудований командою UNSW Solar Racing, зайняв останнє третє місце, незважаючи на те, що це найшвидший учасник зі швидкістю 130 км/год. Автомобіль має запас ходу до 800 км при живленні від акумулятора і сонячних панелей. Це одна з характеристик, де eVe трохи відстає від Stella Lux.
Позитивна новина в тому, що таке авто ще більше нагадує стандартний сімейний седан. І це все з сонячними панелями, які мають коефіцієнт корисної дії всього 21% (хоча це далеко не найгірші на сьогодні панелі). Але тут існують хороші перспективи вдосконалення. Наприклад, NASA використовує панелі з багатошаровий елементами, які здатні перевищити межа Шоклі-Кьюисера і мають ефективність до 40%.
Взагалі, для стандартних одношарових фотоелементів межа Шоклі-Кьюисера становить 33%, що дає вам уявлення про можливі перспективи для автомобілів, що працюють на сонячній енергії. Якщо сьогодні вони здатні рухатися на фотопанелях з ефективністю 21%, то в майбутньому ми можемо очікувати появи більш доступних, комфортних і потужних сонячних авто.
Сказати чесно, ці автомобілі вже сьогодні виглядають як готові до продажу. Ви б купили авто на сонячній енергії? Чи ви бачите майбутнє для електричних транспортних засобів, розроблених з фокусом на великих гнучких сонячних батареях, але які також мають досить важкі акумулятори, щоб рухатися, коли сонце зникне? Здається у цього підходу немає ніяких недоліків.
Таким чином, транспортні засоби не будуть просто пасивно споживають енергію, але також зможуть ефективно генерувати. Це допоможе перетворити їх із споживачів енергії на виробників.