Содержание
Porsche Солнцемобиль — Porsche Россия
Маркус Экштайн, Хендрик Лёббердинг и Марк Локе (слева направо) рядом с солнцемобилем.
3 022 километра по Австралии, заправляясь от солнца. Студенты Рейнско-Вестфальского технического университета Ахена при поддержке Porsche Motorsport примут участие в гонке «World Solar Challenge».
Мягко и практически бесшумно он начинает движение. Благодаря куполу из оргстекла над верхней поверхностью кузова и сдвоенному килю, как в катамаране, этот автомобиль выглядит, как будто он прибыл из будущего. Тем не менее, в нем есть нечто уже знакомое от фантастических автомобилей из разноцветных комиксов шестидесятых годов, которые побуждали нас мечтать о машинах будущего. И вот будущее обогнало прошлое, причем вообще без выбросов, ведь этот автомобиль использует энергию солнца.
Выезжает машина на солнечных батареях тихо. К ней сразу же подбегают Кристиане Рупп, Хендрик Лёббердинг и Маркус Экштайн. Пилот Марк Локе покидает свое спартанское место за рулем и снимает каску.
Они учатся в Рейнско-Вестфальском техническом университете Ахена (RWTH) или в Университете прикладных наук (FH) в Ахене. Вместе с почти сорока товарищами по учебе они поставили перед собой амбициозную цель: в составе команды «Sonnenwagen Aachen» выстоять в World Solar Challenge в Австралии — самой известной в мире гонке среди автомобилей на солнечных батареях. Протяженность трассы — 3 022 километра, и трудностей на ней хватает.
Анализ данных — это главное: руководитель проекта Хендрик Лёббердинг (в центре) обсуждает с Маркусом Экштайном и Марком Локе полученные результаты.
Ключ к успеху
Автомобиль студенты сконструировали сами. На протяжении двух лет будущие специалисты самого различного профиля работают над этим проектом. Своего рода стартовым сигналом для них стал отчет о гонке «World Solar Challenge 2015». Начали с чистого листа, и с того времени свет в небольшой лаборатории почти не гаснет. Ключевым понятием для студентов стал КПД: ведь во всех вопросах, будь то трение шин, продолжительность работы аккумуляторов и солнечных батарей или использование предоставленного бюджета, ключом к успеху является эффективность разработки.
Эта задача актуальна для солнцемобиля в той же степени, как и для модели 919 Hybrid, прототипа LMP1, с которым Porsche в этом году в третий раз подряд победил в гонке «24 часа Ле-Мана». С этой точки зрения, сотрудничество между производителем спортивных автомобилей и начинающими инженерами из Ахена было естественной необходимостью. Отделение автоспорта Porsche оказывает команде не только финансовую, но и специализированную техническую поддержку.
Что касается технической части, то студенты создали хороший задел. Основу солнцемобиля образует прочная стальная несущая рама, гарантирующая необходимую безопасность при столкновении. Кузов с оптимизированной аэродинамикой состоит из легких волокнистых композиционных материалов. На его поверхности размещены 260 кремниевых солнечных элементов, которые заряжают блок литий-ионных аккумуляторов собственной разработки. Мотор-колесо 135 В мощностью 1,4 кВт — еще одна инновация. Это чуть больше мощности фена, но, тем не менее, достаточно для того, чтобы разогнать машину весом менее 200 кг до скорости 135 км/ч, к чему, правда, никто не стремится.
Солнцемобиль двигается со средней скоростью 70–80 км/ч, а заряда аккумулятора хватает на четыре часа и почти 300 километров.
Водитель солнцемобиля: пилот Марк Локе должен быть в хорошей форме, ведь в Австралии его ожидают температуры до 45 градусов по Цельсию. Кристиане Рупп делает последние приготовления, и можно начинать пробный заезд.
919 Hybrid как образец
«Наша основная цель — прийти к финишу», заявляет руководитель проекта Хендрик Лёббердинг. «В 2015 году многие участники гонки „World Solar Challenge“ были дисквалифицированы». Избежать такой участи еще на этапе подготовки помог опыт команды Porsche LMP, приобретенный на чемпионатах мира по гонкам на выносливость (FIA). Это касалось как вопросов тяжелой транспортной логистики для воспламеняющихся блоков аккумуляторов, так и точного наблюдения за погодой и рекуперации: и солнцемобиль, и 919 Hybrid регенерируют часть движущей энергии при торможении. Центр разработок Porsche в Вайссахе провел для солнцемобиля даже испытания в аэродинамической трубе.
«Как и мы, студенты из Ахена в своих разработках гоночного автомобиля ориентируются на предельные параметры», говорит директор команды Porsche LMP Андреас Зайдль, отмечая и другие сходные моменты. «Такие важные аспекты, как легкая конструкция, охлаждение, КПД, мощный электропривод и аэродинамика, совпадают с нашими требованиями к модели 919 Hybrid». Трехкратный победитель гонок в Ле-Мане — неплохой пример для подражания.
Текст Клаус-Ахим Пайтцмайер
Фото Торстен Дёрк
World Solar Challenge
World Solar Challenge в Австралии считается самой сложной в мире гонкой для автомобилей на солнечных батареях. С 8 по 15 октября этого года она пройдет в 14-й раз. Ее 3 022-километровый маршрут проходит через пустынные области, так называемый аутбек, от Дарвина на севере по шоссе Стюарта и далее до Аделаиды на юге. Для прохождения этой трассы в распоряжении участников 6 дней. Время передвижения ограничено периодом с 8 до 17 часов, включая перерывы.
Средняя скорость не должна быть ниже 65 км/ч. Обязательное условие — 2 литра жидкости для каждого пилота. При температурах выше 40 градусов по Цельсию это просто необходимо.
www.worldsolarchallenge.org
Солнцемобиль — реальность?
сообщение №947
Велогелиомобиль.
В поисках новых ресурсов топлива, в стремлении заменить автомобили экологически чистыми транспортными средствами специалисты все чаще обращаются к солнцу — неисчерпаемому источнику лучистой энергии. Гелиоэнергетика быстро развивается в самых разных направлениях — от космоса до жилищного строительства и сельского хозяйства. Солнцемобили, которые совсем недавно рассматривали лишь как забавный аттракцион, сегодня пересекают страны и континенты, не уступая в скорости легковому автомобилю. Конструкции лучших из них опираются на авиационную и космическую технику и технологию, последние достижения машиностроения, химии, электротехники и электроники.
Чаще всего такие экипажи можно встретить в Швейцарии, где на них с 1975 года проводят многодневное ралли «Тур де соль» (с 1987 — чемпионат мира).
Количество экипажей участников достигает 100, из которых около 40 — зарубежные. Технический регламент соревнований хорошо отражает уровень и возможности машин.
По сути, речь идет о легких электромобилях, которым энергию для подзарядки аккумуляторов дают солнечные батареи, размещенные как на самом электромобиле, так и вне его (передвижные или стационарные гелиоустановки). Они, в свою очередь, непосредственно преобразуют солнечную энергию в электрическую благодаря фотоэлектрическому эффекту.
Наиболее перспективными считают электро- (или солнце-)мобиль с зарядкой от небольших гелиостанций мощностью 1,5—10 кВт, размещаемых на крышах зданий, в других подходящих местах. Появились они в США, Германии и других странах. В течение года установка мощностью — 2—2,5 кВт отдает в сеть общего пользования около 3500 кВт-ч электроэнергии, а при размещении в горных районах — значительно больше. Этого достаточно для зарядки аккумуляторов нескольких электромобилей. В ближайшем будущем мощность каждой установки, а их в Швейцарии несколько десятков, предполагают довести до 100 кВт.
Созданием машин занято более 20 швейцарских фирм, но лишь немногие добились ощутимых успехов. Так, с 1986 года фирма «Сан-крафт» продала уже более 30 экземпляров своего двухместного «Салка-солар». Пробег на одной зарядке аккумулятора у него — около 50 километров, максимальная скорость — 50 км/ч, масса — 400 кг, габаритные размеры: длина — 2400 мм, ширина — 1250 мм и высота — 1370 мм. Цена «Салка-солар» — почти 17000 швейцарских франков, за солнечную панель на кузове мощностью 100 кВт — еще 1800.
Близка к нему по параметрам модель «Пингвин» стоимостью 16000 франков, которую выпускает фирма «Фридес Солар». Ее солнечная панель имеет номинальную мощность 80 Вт.
Фирма «Хорлахер» с 1985 года строит одно- и двухместную модификации трехколесного электромобиля с асинхронным двигателем (цена — 16500 франков) с питанием от солнечных батарей.
По условиям «Тур де соль», солнцемобиль считается серийным, если фирма продала не менее 10 машин данной модели и они официально допущены к движению по дорогам общего пользования.
Экспериментальный солнцемобиль «Санрейсер».
Организаторы чемпионата делают все возможное для их популяризации. Регулярно проходят семинары, конференции, а в феврале 1989 года в Берне состоялся первый солнцемобильный салон. Технические требования «солнечного ралли» поощряют участие в нем доступных по цене машин, пригодных для серийного производства, а не уникальных рекордсменов наподобие американского «Санрейсера», который в ноябре 1987 года пересек Австралию с севера на юг, пройдя 3025 километров со средней скоростью 67,4 км/ч, развив на пробном участке 114 км/ч. Его разработка обошлась концерну «Дженерал моторс» в несколько миллионов долларов.
На «Тур де соль» таких скоростей не показывают, но один из основных призов жюри присуждает за солнцемобипь, отличающийся оптимальным сочетанием весовых и энергетических характеристик, надежностью и простотой эксплуатации, безопасностью и современным дизайном.
Всякий солнцемобиль — это устройство, которое преобразует солнечную энергию в механическую (энергию движения ведущих колес).
В качестве основных элементов он включает фотоэлектрические преобразователи, аккумуляторную батарею, электродвигатель и трансмиссию.
КПД аккумуляторной батареи, электродвигателя и трансмиссии электромобиля можно принять равным соответственно 80%, 85% и 90%, а КПД электронных преобразователей тока и блоков управления — 97—98 %. Общий КПД такой системы преобразования энергии — около 60 %. При зарядке аккумуляторов энергией, вырабатываемой на обычных электростанциях с КПД преобразования тепла в электричество 30 %, можно считать, что КПД электромобиля и автомобиля с бензиновым двигателем (он около 20 %) приблизительно одинаковы. Значит, с точки зрения энергозатрат эти машины равноценны.
Но широкому использованию электромобилей препятствуют низкая энергоемкость, недостаточная долговечность и высокая стоимость аккумуляторных батарей. Электромобиль может стать перспективным лишь при оборудовании недорогими аккумуляторами, обеспечивающими пробег без перезарядки не менее 120 км.
На пути распространения солнцемобилей есть, кроме проблемы аккумуляторов, не менее серьезное препятствие — высокая стоимость и малая эффективность фотоэлектрических преобразователей.
Сейчас наиболее распространенные солнечные элементы имеют КПД 10 % и только единичные — 15 %. При этом общий КПД солнцемобиля как преобразователя энергии падает до 6—9%. Однако тенденции в развитии гелиоэнергетики обнадеживают.
Еще в 70-х годах в США удельная стоимость кремниевых солнечных элементов в расчете на один ватт установленной мощности составляла 50—60 долларов, а за последние 10—12 лет благодаря совершенствованию технологии изготовления снизилась до 5—6 долларов. Задача — снизить стоимость до 50 центов за ватт, чтобы вырабатывать электроэнергию по ценам, конкурентоспособным с другими ее автономными источниками, например дизель-электростанциями.
Только в США интенсивным совершенствованием фотопреобразователей на основе кристаллического и аморфного кремния, кремнийгерманиевых сплавов, арсенида галлия, теллурида кадмия и других материалов заняты десятки исследовательских организаций и промышленных фирм. В Национальной лаборатории Сандия в Альбукерке получены солнечные элементы с КПД, превышающим 30%.
Советские исследователи считают вполне реальным сократить стоимость солнечных батарей в 50—100 раз по сравнению с сегодняшней. Ими теоретически доказана возможность создавать элементы из однородных полупроводниковых материалов с КПД до 44%, а при использовании специальных структур — до 93%.
Рынок фотоэлектрической техники расширяется впечатляющими темпами. Однако специалисты полагают, что солнцемобили смогут всерьез конкурировать с автомобилями лишь после создания долговечных и недорогих солнечных элементов с КПД не ниже 50 %. Вероятно, это будет одно- или двухместный городской экипаж с дневным пробегом, не превышающим 70—80 километров, со скоростью 40—50 км/ч, бесшумный и не загрязняющий воздух.
А в Швейцарии, с которой мы начали рассказ, воспользоваться им можно уже сегодня. В январе 1990 года в Берне открылось первое в Европе бюро проката электромобилей, аккумуляторы которых можно подзаряжать от стационарных «солнцезаправок». В ясную погоду таким экипажам гарантирован запас хода 100 километров.
Муниципалитет Берна заявил, что в 1995 году любой пассажир, прибывший в город по железной дороге, сможет арендовать солнцемобиль прямо на вокзале.
Солнцемобиль «ДОКА-гелио». Масса с аккумуляторами — 170 кг, максимальная скорость — 53 км/ч, площадь фотоэлементов — 6 м2, номинальная мощность элементов — 720 Вт, длина — 4500 мм, ширина — 1500 мм, высота — 800 мм.
Наши успехи в использовании солнечной энергии для транспортных средств пока скромны. Весной 1989 года солнцемобиль построил творческий коллектив под руководством А. Кноха, финансируемый Центром НТТМ «ДОКА» в подмосковном Зеленограде. Летом 1989 года его сопнцемобиль демонстрировался на Всесоюзном конкурсе самодельных автомобилей в Набережных Челнах, а затем был отмечен серебряной медалью ВДНХ СССР на Всесоюзной выставке «НТТМ-89».
А. Пополов, кандидат технических наук (За рулем №1, 1991)
См. также статью Пусть всегда будет солнце!
«Технический ЛикБез», авточтиво
Поделиться в FacebookДобавить в TwitterДобавить в Telegram
Автомобили на солнечных батареях — Science Learning Hub
Добавить в коллекцию
Автомобили на солнечных батареях питаются от электричества за счет использования солнечной энергии.
Солнечные панели крепятся к поверхности (как правило, к верхней части) автомобиля. Фотоэлектрические (PV) элементы преобразуют энергию Солнца непосредственно в электрическую энергию.
Использование солнечной энергии для автомобилей имеет ряд преимуществ:
- Использование солнечной энергии означает, что ископаемое топливо (ресурс которого ограничен) будет использоваться меньше.
- Солнечная энергия бесплатна.
- Солнечная энергия не загрязняет окружающую среду.
- Солнечная энергия никогда не иссякнет.
Однако есть некоторые проблемы:
- Вы можете получить солнечную энергию только днем (а в пасмурные дни меньше).
- Солнечное оборудование очень дорогое.
- Дорогие батареи необходимы для хранения солнечной энергии, чтобы автомобили могли ездить ночью.
- Солнечные батареи не очень эффективны, а площади коллекторов слишком велики для легковых автомобилей.
Ученые работают над этими проблемами.
Аккумуляторные системы, обеспечивающие высокую плотность энергии, стали предметом пристального внимания ученых автомобильной промышленности. Продолжается разработка более эффективных солнечных панелей для автомобилей.
К сожалению, на данном этапе солнечные автомобили еще не подходят для повседневного транспорта. Однако автомобили на солнечных батареях строятся для особых целей (демонстрация и инженерные учения) и строятся энтузиастами, которые хотят на них погонять.
Существует очень известная гонка под названием World Solar Challenge, которая проводится каждые 2-3 года от Дарвина до Аделаиды в Австралии. Он проводится там, потому что там много Солнца. Его длина составляет 3006 км. Пара киви Вивиан и Стюарт Листер спроектировали и построили автомобиль на солнечных батареях и представили его в 1993 гонки. (Вы можете прочитать об их истории в School Journal Part 4, Number 3, 1994.)
Вивианна и Стюарт построили большую солнечную панель на крыше своей машины.
Они сделали панель регулируемой, чтобы ее можно было поворачивать лицом к Солнцу. Это было здорово, потому что они могли продолжать работать весь день, просто наклоняя панель. Однако это вызвало проблему – машина стала неустойчивой на высоких скоростях. Следовательно, их средняя скорость составила 50 км/ч. Однажды сильный порыв ветра поднял машину на 10 метров в воздух и швырнул на камни и деревья примерно в 100 метрах от дороги.
Другие проблемы включали сильную жару в кабине во время вождения (40–45°C), а аккумулятор не мог накопить достаточно энергии для пасмурной погоды. Батареи были большими и занимали много места.
Вивиан и Стюарт завершили гонку и заняли первое место в своем классе (для частных владельцев). Были машины лучше и быстрее, но это были автомобили, спонсируемые крупными компаниями, такими как Toyota, которые могли вкладывать в их производство много денег.
Исследования и разработки автомобилей на солнечных батареях продолжаются. Автомобили становятся быстрее, а крупные корпорации ищут более эффективные солнечные элементы и технологии аккумуляторов, где батареи легче и содержат больше энергии.
Когда начался World Solar Challenge (1987), средняя скорость победителя составила 67 км/ч. В 2007 году средняя скорость победителя составила 91 км/ч.
Природа науки
Ученые часто направляются в области новых знаний из-за потребности общества. Поскольку нефть является ограниченным ресурсом, ученым пришлось сосредоточиться на альтернативных, устойчивых источниках энергии. Хотя в области солнечной энергетики все еще существует много проблем, ученые настойчиво пытаются сделать солнечную энергию жизнеспособным решением.
Полезные ссылки
Перейдите по этим ссылкам на последние статьи о будущем транспортных средств на солнечных батареях:
- Солнечные автомобили за 15 миллиардов долларов – только начало
- Солнечные автомобили, автобусы, грузовики, поезда 2020-2030
Посетите веб-сайт ежегодного конкурса солнечных автомобилей.
В этой статье New Zeland Geographic под названием «Заряд легкой бригады» рассказывается об участии Новой Зеландии в конкурсе автомобилей на солнечных батареях в 1990 году.
Опубликовано 9 августа 2010 г., обновлено 17 июня 2020 г.
Добавить 0 предметов в коллекцию
Скачать 0 шт.
Скачать все
Где все солнечные машины? Что вам нужно знать
Рассказ
Кейт Лоуренс
История
Кейт Лоуренс
Кейт Лоуренс — австралийский технический журналист, живущий в Берлине.
Она фокусируется на всех аспектах мобильности: электровелосипедах, автономных транспортных средствах, вертикальном взлете и посадке, смарт-ки.
(показать все)
Кейт Лоуренс — австралийский технический журналист, живущий в Берлине. Она фокусируется на всех аспектах мобильности: электровелосипедах, автономных транспортных средствах, вертикальном взлете и посадке, умных городах и будущем альтернативных источников энергии, таких как электрические батареи, солнечная энергия и водород.
Мы много говорим в SHIFT об инновациях в материалах, особенно об улучшениях в составе аккумуляторов, размерах и ассортименте.
Аккумуляторные электромобили становятся все более популярными благодаря твердым обязательствам OEM-производителей заменить ДВС на электрические (и, в меньшей степени, водородные) автомобили. Но есть еще одна форма энергии, которая еще старше — солнечная.
В то время как солнечная энергия претерпела сравнимую революцию в развитии фотоэлектрических систем, серийный автомобиль на солнечных батареях еще не появился на рынке нигде в мире.
Я хотел знать почему, поэтому решил провести небольшое исследование.
Что такое солнечный автомобиль?
Присоединяйтесь к TNW в Валенсии!
Сердце технологий приближается к сердцу Средиземноморья
Подробнее
Во-первых, когда мы говорим о транспортных средствах на солнечных батареях, очень важно правильно их классифицировать.
Термин «автомобиль с солнечными панелями» обычно используется для описания любого транспортного средства с солнечными элементами, встроенными в его конструкцию — электромобилей, работающих на солнечной энергии (sEV).
Они могут работать без сбоев ночью или при отсутствии прямых солнечных лучей, поскольку они могут использовать свои панели для накопления солнечной энергии в своих батареях.
Эээ, так как же работают солнечные панели в автомобилях?
Давайте упростим задачу.
Солнечные панели содержат фотоэлектрические (PV) элементы. Эти фотоэлементы принимают свет или фотоны и преобразуют его в солнечную электроэнергию. Когда солнечный свет попадает на солнечную панель, фотоэлементы производят электричество постоянного тока (DC).
Электроэнергия, полученная в результате этого процесса, преобразуется контроллером в стандартное напряжение, а затем накапливается в аккумуляторе.
Каковы преимущества автомобилей на солнечных батареях?
- Снижение затрат на зарядку аккумуляторов
- Никаких дополнительных затрат, кроме возможной замены батареи
- Нет шумового загрязнения или загрязнения воздуха
- Идеально подходит для водителей, путешествующих на короткие расстояния в солнечном климате
- Можно заряжать при облачности и ездить ночью
- Исследования в области инновационных материалов для солнечной энергетики ведутся активно и могут привести к созданию более легких батарей и более эффективных фотоэлектрических элементов.
Хорошо, сообщи мне плохие новости
- Солнечные панели преобразуют солнечный свет с эффективностью около 20-35%. Таким образом, вам нужно чертовски много, чтобы получить реальную власть.
- Солнечные панели должны сбалансировать эффективность и вес — более легкие солнечные панели лучше подходят для автомобилей, но могут быть менее эффективными.
- Высокоспециализированные автомобили, что усложняет гиперлокальное обслуживание.
- Хотя они могут работать в облачных районах, они полностью оптимальны только в солнечных условиях.
- Отсутствие реальных инвестиций со стороны большинства OEM-производителей, которые добавили их как приятные за счет устойчивых инноваций.
Как солнечная энергия интегрируется в электромобили?
Солнечные автомобильные крыши
Солнечные крыши Hyundai
Солнечные автомобильные крыши существуют уже давно. Они доступны в качестве дополнительных опций для таких автомобилей, как:
Sonata Hybrid: согласно Hyundai, солнечные панели Sonata Hybrid могут генерировать достаточно электроэнергии, чтобы зарядить аккумулятор автомобиля на 30–60 % за 6 часов ежедневной зарядки.
Это добавляет около 1300 км в год.
Toyota Prius: В Японии Toyota Prius Prime предлагается с крышей из солнечных батарей, что увеличивает запас хода до 6 км в день. Однако эта технология недоступна в США, поскольку используемые материалы не проходят испытания на опрокидывание в США.
Nissan Leaf: компания выпустила свой первый автомобиль с крышей от солнечных батарей в 2010 году — намного раньше остальных. Но большая часть внимания компании была сосредоточена на увеличении емкости батарей и создании солнечной энергии для зданий, поэтому любая реальная инновация в солнечной крыше была в лучшем случае запоздалой мыслью.
Тонно на солнечной энергии
Есть также грузовой автомобиль на солнечной энергии. Солнечные панели собирают солнечные лучи и сохраняют их в аккумуляторе большой емкости. Сохраненная энергия доступна через встроенный инвертор переменного/постоянного тока, увеличивая запас хода электромобиля по мере его движения.
Гоночные автомобили
Зеленая молния на солнечных батареях
Хотя существует множество гоночных автомобилей на солнечных батареях, созданных студентами-инженерами, которые путешествуют на большие расстояния в солнечных уголках Австралии и Калифорнии, примером может служить World Solar Challenge.
К сожалению, это не привело к созданию функциональных стартапов, как мы видели в случае с другими конкурентными инновациями, такими как Hyperloop.
Стартапы
Затем идут стартапы. И их усилия заставляют OEM-производителей выглядеть явно слабыми.
Lightyear была основана в 2016 году и родом из Нидерландов. Он привлек 100 миллионов долларов финансирования.
В настоящее время они работают над автомобилем, розничная цена которого составляет 175 000 долларов, с надеждой на снижение цены по мере масштабирования.
Немецкая компания Sono Motors создает Sion. Компания была основана в 2016 году и привлекла более 126 миллионов долларов инвестиций.
Компания имеет более 15 000 бронирований на сумму 385 миллионов долларов. Мы можем ожидать IPO очень скоро.
Старая идея со многими упущенными возможностями
В целом, солнечная энергия — это область, которая страдает от недостатка коллективных инвестиций, которые мы наблюдали в последнее время в отношении электрических батарей и водорода.