Солнечная машина - Solar car

Токай Челленджер, победитель 2009 года Мировой солнечный вызов, со средней скоростью 100,5 км / ч на дистанции 2998 км.
В Световой Год Один, запуск в производство запланирован на 2021 г.

А солнечный автомобиль это солнечный автомобиль используется для наземного транспорта. Солнечные автомобили обычно работают только на солнечной энергии, хотя некоторые модели дополняют эту мощность с помощью аккумулятора, или используют солнечные панели для подзарядки аккумуляторов или запускают вспомогательные системы для автомобиля, который в основном использует энергию аккумулятора.

Солнечные автомобили сочетают в себе технологии, обычно используемые в аэрокосмический, велосипед, Альтернативная энергетика и автомобильный отрасли. Конструкция транспортного средства на солнечных батареях сильно ограничена количеством энергии, потребляемой автомобилем. Большинство солнечных машин было построено с целью солнечные автомобильные гонки. Некоторые прототипы были разработаны для публичного использования, а Световой год один солнечный заряженный аккумулятор электромобиль ожидается, что он будет доступен с 2021 года; В настоящее время в продаже нет автомобилей, работающих преимущественно от солнца.

Солнечные автомобили зависят от солнечная батарея который использует фотоэлектрические элементы (Фотоэлементы) для преобразования солнечного света в электричество. В отличие от солнечной тепловой энергии, которая преобразует солнечную энергию в тепло, фотоэлементы напрямую преобразуют солнечный свет в электричество.[1] Когда солнечный свет (фотоны) попадает в фотоэлектрические элементы, они возбуждают электроны и позволяют им течь, создавая электрический ток. Фотоэлементы изготовлены из полупроводниковых материалов, таких как кремний и сплавы индия, галлия и азота. Кристаллический кремний является наиболее часто используемым материалом и имеет КПД 15-20%.

История

Первой изобретенной моделью автомобиля на солнечных батареях стал крошечный 15-дюймовый автомобиль, созданный сотрудником General Motors Уильямом Коббом. Назначил Санмобиль, он показал его в 1955 году на конгрессе Powerama в Чикаго. Он состоял из 12 селеновых фотоэлементов и небольшого электродвигателя.[2]

Солнечная батарея

Солнечная батарея состоит из сотен солнечные батареи преобразование солнечного света в электричество. Чтобы построить массив, ячейки PV объединяются, чтобы сформировать модули, которые помещаются вместе, чтобы сформировать массив.[3] Используемые массивы большего размера могут производить более 2 киловатт (2,6 л.с.).

Клетки, модули, и массивы

Солнечную батарею можно установить шестью способами:

  • горизонтальный. Это наиболее распространенное расположение обеспечивает максимальную общую мощность в течение большей части дня в низких широтах или летом в более высоких широтах и ​​мало взаимодействует с ветром. Горизонтальные массивы могут быть интегрированными или иметь форму свободного навеса.
  • вертикальный. Такое расположение иногда встречается в отдельно стоящих или интегрированных паруса использовать энергию ветра.[4] Полезная солнечная энергия ограничена утром, вечером или зимой и когда автомобиль указывает в правильном направлении.
  • регулируемый. Свободные солнечные батареи часто можно наклонять вокруг оси движения, чтобы увеличить мощность, когда солнце находится низко и далеко в сторону. В качестве альтернативы можно наклонить весь автомобиль на стоянке. Двухосная регулировка встречается только на морских транспортных средствах, где аэродинамическое сопротивление менее важно, чем на дорожных транспортных средствах.
  • интегрированный. Некоторые автомобили покрывают все доступные поверхности солнечными батареями. Некоторые ячейки будут под оптимальным углом, тогда как другие будут закрашены.
  • трейлер. Солнечные прицепы особенно полезны для переоборудования существующих транспортных средств с небольшой устойчивостью, например велосипеды. Некоторые прицепы также включают в себя аккумуляторные батареи, а другие - также приводной двигатель.
  • удаленный. Установив солнечную батарею в стационарном месте вместо транспортного средства, можно максимизировать мощность и минимизировать сопротивление. Однако виртуальное сетевое соединение влечет за собой больше электрических потерь, чем с настоящими солнечными транспортными средствами, и батарея должна быть больше.

Выбор геометрии солнечной батареи включает оптимизацию выходной мощности, аэродинамического сопротивления и массы транспортного средства, а также практические соображения. Например, свободный горизонтальный купол дает в 2-3 раза большую площадь поверхности автомобиля со встроенными ячейками, но обеспечивает лучшее охлаждение ячеек и затенение водителей. Также в разработке находятся тонкие гибкие солнечные батареи.

Солнечные батареи на солнечных автомобилях устанавливаются и инкапсулируются совсем не так, как стационарные солнечные батареи. Солнечные батареи на солнечных автомобилях обычно крепятся с помощью двусторонней клейкой ленты промышленного класса прямо на кузов автомобиля. Массивы инкапсулируются тонкими слоями тедлара.

Некоторые солнечные автомобили используют солнечные элементы из арсенида галлия с эффективностью около тридцати процентов. Другие солнечные автомобили используют кремниевые солнечные элементы с эффективностью около двадцати процентов.[нужна цитата ]

Аккумуляторы

Аккумуляторной батареи в типичном автомобиле на солнечных батареях достаточно, чтобы позволить автомобилю проехать 250 миль (400 км) без солнца и позволить автомобилю непрерывно двигаться со скоростью 60 миль в час (97 км / ч).

Двигатели

Двигатели, используемые в солнечных автомобилях, обычно вырабатывают около 2 или 3 лошадиных сил,[5] тем не менее экспериментальные легкие автомобили на солнечных батареях могут развивать ту же скорость, что и типичный семейный автомобиль (100 миль в час (160 км / ч)).[6]

Телеметрия

Чтобы автомобиль работал плавно, водитель должен следить за несколькими приборами, чтобы определить возможные проблемы. В автомобилях без датчиков почти всегда есть беспроводная связь. телеметрия, что позволяет водителю контролировать потребление энергии автомобилем, улавливание солнечной энергии и другие параметры, тем самым позволяя водителю сосредоточиться на вождении.

Гонки

Основная статья: Солнечные автомобильные гонки
Солнечные автомобили от университет Мичигана и Университет Миннесоты направляясь на запад к финишу в North American Solar Challenge 2005 года.

Две гонки на солнечных автомобилях Мировой солнечный вызов и Американский солнечный вызов - соревнования в стиле наземных ралли, в которых принимают участие различные университетские и корпоративные команды.

В Мировой солнечный вызов показывает поле конкурентов со всего мира, которые стремятся пересечь Австралийский континент на расстояние 3000 километров (1900 миль). Неуклонно росли скорости машин. Так, например, высокие скорости участников гонки 2005 года привели к тому, что правила для солнечных автомобилей были изменены, начиная с гонки 2007 года и 2014 года.

В Американский солнечный вызов, ранее известный как «North American Solar Challenge» и «Sunrayce USA», в основном состоят из студенческих команд, участвующих в гонках через определенные промежутки времени в США и Канаде. Эта гонка также изменила правила последней гонки из-за того, что команды достигли установленных ограничений скорости. Самый последний American Solar Challenge проходил с 6 по 22 июля 2018 года из Омахи, Небраска, в Бенд, Орегон. [7]. Конкурс школьных автомобилей на солнечных батареях Dell-Winston это ежегодные автомобильные гонки на солнечных батареях для старшеклассников. Событие привлекает команды со всего мира, но в основном из американских средних школ. Впервые гонка была проведена в 1995 году. Каждое мероприятие является конечным продуктом двухлетнего образовательного цикла, начатого Winston Solar Car Team. В нечетные годы гонка представляет собой дорожную трассу, которая начинается у Dell Diamond в Раунд-Роке, штат Техас; окончание курса меняется из года в год. В четные годы гонка представляет собой гонку на треке по автодрому Texas Motor Speedway. Dell спонсирует это мероприятие с 2002 года.

Солнечная клетки, разбросанные по крыше автомобиля, производят достаточно энергия сохранить свой электрический мотор работает.

В Южноафриканский солнечный вызов - это двухнедельная гонка на автомобилях на солнечных батареях, которая проходит дважды в год вдоль и поперек Южной Африки. Команды должны будут построить свои собственные автомобили, спроектировать собственные инженерные системы и мчаться на этих машинах по самой сложной местности, которую когда-либо видели солнечные автомобили. Гонка 2008 года доказала, что это событие может заинтересовать публику и что оно имеет необходимую международную поддержку со стороны FIA. В конце сентября все участники вылетят из Претории и направятся в Кейптаун по трассе N1, затем поедут вдоль побережья в Дурбан, а через 10 дней поднимутся по откосу на обратном пути к финишу в Претории. В 2008 году мероприятие было одобрено Международной федерацией солнечных автомобилей (ISF), Fédération Internationale de l'Automobile (FIA), Всемирный фонд дикой природы (WWF), что делает его первой солнечной гонкой, получившей поддержку этих трех организаций.

Есть и другие дистанционные гонки, например Сузука, Фаэтон, WGC (WSR / JISFC / WSBR) и Мировое солнечное ралли на Тайване. Сузука и WGC - ежегодные трековые гонки в Япония и Фаэтон был частью Культурной Олимпиады в Греция прямо перед Олимпийские игры 2004 года.

Рекорд скорости

Sunswift IV и управляющая машина во время попыток установления рекорда скорости на HMAS Альбатрос.

Книга Рекордов Гиннесса признать рекорд наземной скорости для транспортных средств, работающих только от солнечных батарей. Этот рекорд в настоящее время принадлежит Sky Ace TIGA из Университет Ашия.[8] Рекорд 91,332 км / ч (56,75 миль / ч) был установлен 20 августа 2014 г. Симодзисима аэропорт, в Миякодзима, Окинава, Япония. Предыдущий рекорд принадлежал Университет Нового Южного Уэльса с машиной Sunswift IV. Его 25-килограммовая (55 фунтов) аккумуляторная батарея была удалена, поэтому автомобиль питался только от солнечных батарей.[9] Рекорд 88,8 км / ч (55,2 миль / ч) был установлен 7 января 2011 года на авиабазе ВМФ. HMASАльбатрос в Nowra, побив рекорд, ранее установленный Дженерал Моторс машина Sunraycer 78,3 км / ч (48,7 миль / ч). Рекорд установлен на участке полета 500 метров (1600 футов) и является средним показателем двух пробегов в противоположных направлениях.

Автомобили для общественного пользования

Смотрите также: Список прототипов автомобилей на солнечных батареях
Прототип Семейный автомобиль сион.

Первый семейный автомобиль на солнечных батареях был построен в 2013 году.[10] Исследователи из Кейс Вестерн Резервный университет, также разработали лучший автомобиль на солнечных батареях, который может заряжаться быстрее благодаря лучшим материалам, используемым в солнечных батареях.[11]

Китайский производитель солнечных батарей Hanergy планирует строить и продавать солнечные автомобили, оснащенные литий-ионные батареи потребителям в Китае.[12][13] Hanergy утверждает, что пять-шесть часов солнечного света должны позволить тонкопленочным солнечным элементам автомобилей вырабатывать от 8 до 10 кВтч энергии в день, что позволяет автомобилю проехать около 80 км (50 миль) только на солнечной энергии.[14] Максимальная дальность составляет около 350 км (217 миль).

В июне 2019 года солнечно-электрическая Световой Год Один было объявлено. Разработан бывшими инженерами из Тесла и Феррари, капот и крыша автомобиля состоят из солнечных батарей. Автомобиль также заряжается от обычной электроэнергии, а также от станций быстрой зарядки, и ожидается, что он будет запущен в ограниченное производство в 2021 году по цене около 135 тысяч долларов.[15]

В июле 2020 года немецкий автопроизводитель Audi подписал меморандум о взаимопонимании с израильским стартапом Аполлон-Сила для разработки плана по внедрению запатентованных компанией легких гибких панелей в автомобильные детали. Программа Apollo-Power состоит в том, чтобы превратить все автомобили в мире в солнечные.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Пиментель, Д. «Возобновляемые источники энергии: экономические и экологические проблемы»
  2. ^ [h / first-solar-car.htm «История солнечной машины»] Проверять | url = ценить (помощь). Автомобильная история 386N. Эрроухед-авеню Сан-Бернардино, Калифорния 92415. Получено 2018-02-22.
  3. ^ Линч, Дж., Энергия солнечного света: фотоэлектрическая энергия.
  4. ^ The Leading Edge, Tamai, Goro, Robert Bentley, Inc., 1999, стр. 137
  5. ^ "Почему не практичный автомобиль на солнечной энергии?". Welweb.org. Получено 2017-12-11.
  6. ^ Самый быстрый автомобиль на солнечной энергии в туре
  7. ^ «Американский солнечный вызов 2018». 23 октября 2017.
  8. ^ «Самый быстрый автомобиль на солнечной энергии». Книга Рекордов Гиннесса. 2014-08-20. Получено 2017-12-11.
  9. ^ Самый быстрый в мире автомобиль на солнечных батареях побил мировой рекорд Гиннеса
  10. ^ «Студенческая команда представляет первый в мире семейный автомобиль на солнечной энергии». Вт.nl. Получено 2017-12-11.
  11. ^ «Крошечные солнечные элементы вскоре смогут заряжать электромобили в дороге». Gizmag.com. 2015-08-29. Получено 2017-12-11.
  12. ^ «Hanergy представляет автомобили на солнечных батареях для расширения возможностей использования технологий». Блумберг. 2016-07-02. Получено 2017-12-11.
  13. ^ Тихо Де Фейтер. «Hanergy запускает автомобили на солнечных батареях в Китае». Forbes.com. Получено 2017-12-11.
  14. ^ Hanergy представляет электромобили с нулевым зарядом на солнечной энергии. RenewEconomy. 2016-07-04. Получено 2017-12-11.
  15. ^ "Lightyear One - электромобиль на солнечной энергии дальнего действия". 26 июня 2019.


внешняя ссылка

https://scientificgems.wordpress.com/solar-racing/american-solar-challenge-2018/