السيارة الشمسية هي سيارة تعمل بالطاقة الشمسية للنقل البري. عادة ما يتم تشغيل السيارات الشمسية على الطاقة فقط من الشمس ، على الرغم من أن بعض النماذج ستكمل هذه الطاقة باستخدام بطارية ، أو استخدام الألواح الشمسية لإعادة شحن البطاريات أو تشغيل أنظمة مساعدة لسيارة تستخدم بشكل رئيسي طاقة البطارية.

تجمع السيارات الشمسية التكنولوجيا المستخدمة عادة في صناعات الفضاء والدراجات والطاقة البديلة وصناعات السيارات. يقتصر تصميم السيارة الشمسية بشدة على كمية الطاقة الداخلة في السيارة. تم بناء معظم السيارات الشمسية لأغراض سباقات السيارات الشمسية. وقد تم تصميم بعض النماذج الأولية للاستخدام العام ، على الرغم من عدم وجود سيارات مستخدمة بشكل أساسي من الشمس متاحة تجاريًا.

تعتمد السيارات الشمسية على مجموعة شمسية تستخدم الخلايا الكهروضوئية (الخلايا الكهروضوئية) لتحويل ضوء الشمس إلى كهرباء. على عكس الطاقة الحرارية الشمسية التي تحول الطاقة الشمسية إلى حرارة ، تقوم الخلايا الكهروضوئية بتحويل أشعة الشمس مباشرة إلى كهرباء. عندما يضرب ضوء الشمس (الفوتونات) الخلايا الكهروضوئية ، فإنها تثير الإلكترونات وتسمح لها بالتدفق ، مما يخلق تيارًا كهربائيًا. تصنع الخلايا الكهروضوئية من مواد شبه موصلة مثل السليكون وسبائك الإنديوم والغاليوم والنيتروجين. السيليكون البلوري هو المادة الأكثر شيوعًا المستخدمة ولديه معدل كفاءة يتراوح بين 15 و 20٪.

التاريخ
كانت أول سيارة تعمل بالطاقة الشمسية تم ابتكارها عبارة عن سيارة صغيرة بحجم 15 بوصة قام بإنشائها موظف في شركة جنرال موتورز ، ويليام ج. كوب. أطلق عليه اسم Sunmobile ، وعرضه في عام 1955 في مؤتمر شيكاغو ، Powerama. كانت مكونة من 12 خلية فلورية ضوئية و محرك كهربائي صغير.

مجموعة الشمسية
تتكون المجموعة الشمسية من مئات الخلايا الشمسية التي تحول ضوء الشمس إلى كهرباء. من أجل إنشاء مصفوفة ، يتم وضع الخلايا الكهروضوئية معًا لتشكيل وحدات يتم وضعها معًا لتشكيل مصفوفة. المصفوفات الأكبر المستخدمة يمكن أن تنتج أكثر من 2 كيلو واط (2.6 حصان).

يمكن تركيب المجموعة الشمسية بستة طرق:

أفقي. يمنح هذا الترتيب الأكثر شيوعًا معظم القوة الكلية خلال معظم أوقات النهار في خطوط العرض المنخفضة أو في أوقات عرض الصيف الأعلى ، ولا يقدم تفاعلًا يذكر مع الرياح. يمكن دمج المصفوفات الأفقية أو تكون في شكل مظلة مجانية.
عمودي. يتم العثور على هذا الترتيب في بعض الأحيان في الأشرعة القائمة بذاتها أو المدمجة لتسخير طاقة الرياح. تقتصر الطاقة الشمسية المفيدة على الصباح أو المساء أو الشتاء وعندما تكون السيارة تسير في الاتجاه الصحيح.
قابل للتعديل. غالباً ما تكون المصفوفات الشمسية المجانية مائلة حول محور السفر من أجل زيادة الطاقة عندما تكون الشمس منخفضة وجيدة للجانب. البديل هو إمالة السيارة بأكملها عند الوقوف. تم العثور على تعديل المحور الثاني فقط على المركبات البحرية ، حيث تكون مقاومة الديناميكية الهوائية أقل أهمية من مركبات الطرق.
متكامل. تغطي بعض المركبات كل سطح متوفر بالخلايا الشمسية. ستكون بعض الخلايا في زاوية مثالية بينما ستظل الأخرى مظللة.
عرض مختصر لفيلم. تعتبر المقطورات الشمسية مفيدة بشكل خاص لإعادة تركيب المركبات الموجودة باستقرار قليل ، مثل الدراجات. بعض المقطورات تشمل أيضا البطاريات وغيرها أيضا محرك الأقراص.
التحكم عن بعد. من خلال تركيب مجموعة الطاقة الشمسية في مكان ثابت بدلاً من السيارة ، يمكن زيادة الطاقة وتقليل المقاومة. ومع ذلك ، فإن الاتصال الشبكي الافتراضي يتضمن المزيد من الخسائر الكهربائية مقارنة بالمركبات الشمسية الحقيقية ، ويجب أن تكون البطارية أكبر.

يتضمن اختيار هندسة الصفيف الشمسي تحسينًا بين إنتاج الطاقة والمقاومة الإيرودينامية وكتلة السيارة ، بالإضافة إلى الاعتبارات العملية. على سبيل المثال ، تعطي المظلة الأفقية الحرة 2-3 مرات من المساحة السطحية للمركبة ذات الخلايا المدمجة ولكنها تقدم تبريدًا أفضل للخلايا وتظليل الدراجين. هناك أيضا المصفوفات الشمسية المرنة رقيقة في التنمية.

يتم تركيب المصفوفات الشمسية للسيارات الشمسية وتغليفها بشكل مختلف جدًا عن المصفوفات الشمسية الثابتة. عادة ما يتم تركيب المصفوفات الشمسية على السيارات الشمسية باستخدام شريط لاصق على الوجهين الصناعية الصف على جسم السيارة. يتم تغليف المصفوفات باستخدام طبقات رقيقة من Tedlar.

تستخدم بعض السيارات الشمسية الخلايا الشمسية لزرنيخيد الغاليوم ، مع كفاءة تبلغ حوالي ثلاثين بالمائة. تستخدم السيارات الشمسية الأخرى خلايا السليكون الشمسية ، مع كفاءات حول عشرين بالمائة.

بطاريات
تعتبر حزمة البطارية في سيارة شمسية نموذجية كافية للسماح للسيارة بالانتقال لمسافة 250 ميلاً (400 كم) دون الحاجة إلى الشمس ، والسماح للسيارة بالسفر باستمرار بسرعة 60 ميل في الساعة (97 كم / ساعة).

المحركات
المحركات التي تستخدم في السيارات الشمسية عادة ما تكون حوالي 2 أو 3 حصانا ، ولكن السيارات الشمسية الخفيفة التجريبية قد تحقق نفس السرعة مثل سيارة عائلية نموذجية (100 ميل في الساعة (160 كم / ساعة)).

القياس عن بعد
للحفاظ على تشغيل السيارة بسلاسة ، يجب على السائق مراقبة عدة مقاييس لرصد المشاكل المحتملة. تتميز السيارات بدون أجهزة القياس دائمًا بالقياس اللاسلكي عن بُعد ، والذي يتيح لفريق السائق مراقبة استهلاك الطاقة في السيارة ، والتقاط الطاقة الشمسية وغيرها من المعلمات ، وبالتالي تحرير السائق للتركيز على القيادة.

سباقات
سباقان للطاقة الشمسية هما التحدي العالمي للطاقة الشمسية والتحدي الأمريكي للطاقة الشمسية ، وهما منافسة على غرار الطرق البرية التي تنافس عليها مجموعة متنوعة من فرق الجامعات والشركات.

يتميز World Solar Challenge بميدان من المنافسين من جميع أنحاء العالم الذين يتسابقون لعبور القارة الأسترالية ، على مسافة 3000 كم (1900 ميل). سرعات السيارات ازدادت باطراد. لذا ، على سبيل المثال ، أدت السرعات العالية للمشاركين في السباق لعام 2005 إلى تغيير القواعد بالنسبة للسيارات الشمسية التي تبدأ في سباق عام 2007 و 2014 أيضًا.

يتميز التحدي الأمريكي للطاقة الشمسية ، الذي كان يُعرف سابقًا باسم “التحدي الشمسي لأمريكا الشمالية” و “Sunrayce USA” ، بفرق عمل جماعية في الغالب تتسابق في فترات زمنية محددة في الولايات المتحدة وكندا. كما غير هذا السباق قواعد السباق الأخير بسبب وصول الفرق إلى حدود السرعة المحددة. تم إجراء أحدث تحدي للطاقة الشمسية الأمريكية في الفترة من 21 إلى 28 يوليو 2014 من أوستن ، تكساس إلى مينيابوليس ، مينيسوتا.

تعد سيارة ديل-وينستون سكول كار تشالينج سباقات السيارات بالطاقة الشمسية السنوية لطلاب المدارس الثانوية. يستقطب الحدث فرقًا من جميع أنحاء العالم ، ولكن في الغالب من المدارس الثانوية الأمريكية. تم عقد السباق لأول مرة في عام 1995. كل حدث هو المنتج النهائي لدورة التعليم لمدة عامين التي أطلقها فريق وينستون للسيارات الشمسية. في السّنوات الفرديّة ، السباق هو مسار الطريق الذي يبدأ في ديل دايموند في راوند روك ، تكساس. نهاية الدورة تختلف من سنة إلى أخرى. في السنوات ذات الأرقام الزوجية ، السباق هو سباق مضمار حول سباق الدراجات النارية في تكساس. قامت Dell برعاية هذا الحدث منذ عام 2002.

التحدي الجنوب أفريقي للطاقة الشمسية هو سباق ملحمي ، نصف سنوي ، لمدة أسبوعين من السيارات التي تعمل بالطاقة الشمسية من خلال طول وعرض جنوب أفريقيا. سيتعين على الفرق بناء سيارات خاصة بهم وتصميم أنظمة هندسية خاصة بهم والانتشار في هذه الآلات نفسها من خلال أكثر التضاريس صعوبة التي شهدتها السيارات الشمسية. أثبت سباق عام 2008 أن هذا الحدث يمكن أن يجذب اهتمام الجمهور ، وأنه يتمتع بالدعم الدولي اللازم من الاتحاد الدولي للسيارات. في أواخر أيلول (سبتمبر) ، سينطلق جميع المشاركين من بريتوريا ويشقون طريقهم إلى كيب تاون عبر الطريق السريع N1 ، ثم يقودون السيارة على طول الساحل إلى ديربان ، قبل أن يتسلقوا الجسر في طريق العودة إلى خط النهاية في بريتوريا بعد 10 أيام. في عام 2008 تم اعتماد هذا الحدث من قبل الاتحاد الدولي للطاقة الشمسية (ISF) ، الاتحاد الدولي للسيارات (FIA) ، الصندوق العالمي للحياة البرية (WWF) مما يجعله أول سباق شمسي يتلقى الدعم من هذه المنظمات الثلاث.

هناك سباقات مسافات أخرى ، مثل Suzuka و Phaethon و WGC (WSR / JISFC / WSBR) و World Solar Rally في تايوان. Suzuka و WGC هو سباق سنوي في اليابان ، وكانت Phaethon جزءًا من الأولمبياد الثقافي في اليونان قبل دورة الألعاب الأولمبية 2004 مباشرة.

سجل السرعة
تعترف موسوعة غينيس للأرقام القياسية بالسجل الأرضي للمركبات التي تعمل بالطاقة فقط عن طريق الألواح الشمسية. يحتفظ Sky Ace TIGA بهذا السجل حالياً من جامعة Ashiya. سجل الرقم 91.332 كم / ساعة (56.75 ميلا في الساعة) في 20 آب / أغسطس 2014 في مطار شيمويشيما ، في مياكوجيما ، أوكيناوا ، اليابان. وقد عقدت الرقم القياسي السابق من قبل جامعة نيو ساوث ويلز بسيارة Sunswift IV. تمت إزالة بطارية 25 كيلوغراما (55 رطل) حتى كانت السيارة تعمل بالطاقة فقط من خلال الألواح الشمسية. تم تحديد الرقم القياسي لمسافة 88.8 كم / ساعة (55.2 ميلا في الساعة) في 7 يناير 2011 في القاعدة الجوية البحرية HMAS Albatross في نورا ، مما يكسر الرقم القياسي الذي كانت تحتله سابقا Sunraycer للسيارات من شركة جنرال موتورز والذي يبلغ 78.3 كيلومتر في الساعة (48.7 ميلا في الساعة). يتم تسجيل الرقم على امتداد 500 متر (1600 قدم) ، وهو متوسط ​​التشغيل في اتجاهين متعاكسين.

سيارات للاستخدام العام
تم بناء أول سيارة عائلية تعمل بالطاقة الشمسية في عام 2013. كما طور الباحثون في جامعة كيس ويسترن ريزيرف سيارة شمسية أفضل يمكن إعادة شحنها بسرعة أكبر ، بسبب المواد المستخدمة في الألواح الشمسية.

تخطط الشركة الصينية لصناعة الألواح الشمسية “هانرجي” لبناء وبيع السيارات الشمسية المجهزة ببطاريات أيونات الليثيوم للمستهلكين في الصين. يقول هانرجي إن من خمس إلى ست ساعات من ضوء الشمس يجب أن تسمح للخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة للسيارات بتوليد ما بين 8-10 كيلووات ساعة من الطاقة في اليوم ، مما يسمح للسيارة بالسير حوالي 80 كم (50 ميل) على الطاقة الشمسية وحدها. أقصى مدى هو حوالي 350 كم (217 ميل).