Солнечный автомобиль — это солнечный автомобиль, используемый для наземного транспорта. Солнечные автомобили обычно работают только от солнца, хотя некоторые модели будут дополнять эту мощность с помощью батареи или использовать солнечные батареи для подзарядки батарей или запуска вспомогательных систем для автомобиля, который в основном использует энергию батареи.

Солнечные автомобили сочетают технологии, обычно используемые в аэрокосмической, велосипедной, альтернативной энергетике и автомобильной промышленности. Конструкция солнечного автомобиля сильно ограничена количеством энергии, потребляемой в автомобиле. Большинство солнечных автомобилей были построены для целей солнечных гонок. Некоторые прототипы были спроектированы для общественного пользования, хотя автомобили, в основном работающие на солнце, не продаются на коммерческой основе.

Солнечные автомобили зависят от солнечной батареи, которая использует фотогальванические элементы (фотоэлементы) для преобразования солнечного света в электричество. В отличие от солнечной тепловой энергии, которая преобразует солнечную энергию в тепло, фотоэлементы непосредственно преобразуют солнечный свет в электричество. Когда солнечные лучи (фотоны) налетают на фотоэлементы, они возбуждают электроны и позволяют им течь, создавая электрический ток. PV-клетки изготовлены из полупроводниковых материалов, таких как кремний и сплавы индия, галлия и азота. Кристаллический кремний является наиболее распространенным материалом и имеет коэффициент эффективности 15-20%.

история
Первый модельный солнечный автомобиль, изобретенный, был крошечным 15-дюймовым автомобилем, созданным сотрудником General Motors Уильямом Г. Коббом. Названный им Sunmobile, он показал его в 1955 году на съезде в Чикаго, в Powerama. Он состоял из 12 фотоэлектрических фотоэлементов селена и небольшого электродвигателя.

Солнечная батарея
Солнечная батарея состоит из сотен солнечных элементов, преобразующих солнечный свет в электричество. Чтобы построить массив, PV-ячейки помещаются вместе для формирования модулей, которые помещаются вместе для формирования массива. Более крупные массивы могут использовать более 2 киловатт (2,6 л.с.).

Солнечная батарея может быть установлена ​​шестью способами:

горизонтальный. Эта наиболее распространенная компоновка дает большую общую мощность в течение большей части дня в низких широтах или летом более высокой широты и предлагает небольшое взаимодействие с ветром. Горизонтальные массивы могут быть интегрированы или быть в виде свободного купола.
вертикали. Эта компоновка иногда встречается в свободно стоящих или интегрированных парусах для использования энергии ветра. Полезная солнечная энергия ограничена утрами, вечерами или зимой и когда транспортное средство указывает в правильном направлении.
регулируемые. Свободные солнечные батареи часто могут наклонены вокруг оси перемещения, чтобы увеличить мощность, когда солнце низко и хорошо в стороне. Альтернативой является наклон всего транспортного средства при парковке. Двухуровневая регулировка находится только на морских транспортных средствах, где аэродинамическое сопротивление имеет меньшее значение, чем у дорожных транспортных средств.
интегрированный. Некоторые автомобили покрывают каждую доступную поверхность солнечными батареями. Некоторые из клеток будут находиться под оптимальным углом, тогда как другие будут затенены.
прицеп. Солнечные прицепы особенно полезны для модернизации существующих автомобилей с небольшой стабильностью, например велосипедов. Некоторые прицепы также включают в себя батареи, а другие — приводной двигатель.
дистанционный пульт. Монтируя солнечную батарею в стационарном месте, а не в автомобиле, можно максимизировать мощность и минимизировать сопротивление. Однако виртуальная сетевая связь связана с большим количеством электрических потерь, чем с истинными солнечными батареями, и батарея должна быть больше.

Выбор геометрии солнечной решетки включает оптимизацию между выходной мощностью, аэродинамическим сопротивлением и массой транспортного средства, а также практические соображения. Например, свободный горизонтальный полог дает в 2-3 раза большую площадь поверхности транспортного средства со встроенными ячейками, но обеспечивает лучшее охлаждение ячеек и затенение всадников. В разработке также имеются тонкие гибкие солнечные батареи.

Солнечные батареи на солнечных автомобилях монтируются и инкапсулируются совсем по-другому от стационарных солнечных батарей. Солнечные батареи на солнечных автомобилях обычно монтируются с использованием двухсторонней клейкой ленты промышленного класса прямо на теле автомобиля. Массивы инкапсулируются с использованием тонких слоев Тедлара.

Некоторые солнечные автомобили используют солнечные батареи арсенида галлия с эффективностью около тридцати процентов. Другие солнечные автомобили используют кремниевые солнечные элементы с эффективностью около двадцати процентов.

батареи
Батарейный блок в типичном солнечном автомобиле достаточен, чтобы автомобиль мог проехать 250 миль (400 км) без солнца и позволить автомобилю непрерывно путешествовать со скоростью 60 миль в час (97 км / ч).

Моторы
Двигатели, используемые в солнечных автомобилях, обычно составляют около 2 или 3 лошадиных силы, но экспериментальные солнечные солнечные автомобили могут достигать той же скорости, что и типичный семейный автомобиль (100 миль в час (160 км / ч)).

телеметрия
Чтобы автомобиль работал бесперебойно, водитель должен следить за несколькими датчиками, чтобы выявить возможные проблемы. Автомобили без датчиков почти всегда оснащены беспроводной телеметрией, что позволяет команде водителя следить за потреблением энергии автомобиля, захватом солнечной энергии и другими параметрами и тем самым освобождать водителя от концентрации внимания на вождении.

Гонки
Две гонки на солнечных автомобилях — это World Solar Challenge и American Solar Challenge, соревнования в стиле ралли на суше, оспариваемые различными университетскими и корпоративными командами.

В World Solar Challenge есть поле конкурентов со всего мира, которые участвуют в гонке, чтобы пересечь Австралийский континент на расстоянии 3000 километров (1900 миль). Скорости транспортных средств неуклонно возрастали. Так, например, высокие скорости участников гонки 2005 года привели к изменению правил для солнечных автомобилей, начиная с гонки 2007 года и 2014 года.

Американская Solar Challenge, ранее известная как «North American Solar Challenge» и «Sunrayce USA», включает в себя коллегиальные команды, которые участвуют в гонках по времени в Соединенных Штатах и ​​Канаде. Эта гонка также изменила правила для самой последней гонки из-за того, что команды достигли регулируемых пределов скорости. 21-28 июля 2014 года из Остина, штат Техас, в Миннеаполис, штат Миннесота, состоялся последний американский солнечный вызов.

Dell-Winston School Solar Car Challenge — это ежегодная гонка на солнечных батареях для старшеклассников. Мероприятие привлекает команды со всего мира, но в основном из американских средних школ. Гонка была впервые проведена в 1995 году. Каждое мероприятие является конечным продуктом двухлетнего цикла обучения, запущенного командой Winston Solar Car. В нечетные годы гонка — это дорожный курс, который начинается с Dell Diamond в Round Rock, Texas; конец курса варьируется от года к году. В четные годы гонка — это трековая гонка вокруг Motorway Speedway в Техасе. Dell спонсировала мероприятие с 2002 года.

Южноафриканский солнечный вызов — это эпическая двухгодичная двухнедельная гонка автомобилей с солнечной батареей по протяженности и ширине Южной Африки. Командам придется строить свои собственные автомобили, разрабатывать собственные инженерные системы и участвовать в гонках тех же машин через самые требовательные ландшафты, которые когда-либо видели солнечные автомобили. Гонка 2008 года показала, что это событие может привлечь внимание общественности и что у нее есть необходимая международная поддержка от FIA. В конце сентября все участники вылетают из Претории и пробираются в Кейптаун через N1, а затем едут вдоль побережья до Дурбана, а затем поднимаются на откос на обратном пути до финиша в Претории через 10 дней. В 2008 году мероприятие было одобрено Международной федерацией солнечных батарей (ISF), Международной федерацией автомобильной промышленности (FIA), Всемирным фондом дикой природы (WWF), которая стала первой солнечной гонкой, получившей одобрение от этих 3 организаций.

Существуют другие дистанционные гонки, такие как Suzuka, Phaethon, WGC (WSR / JISFC / WSBR) и Всемирный солнечный ралли на Тайване. Suzuka и ОГК — годовая трасса в Японии, а Фаэтон был частью Культурной Олимпиады в Греции непосредственно перед Олимпийскими играми 2004 года.

Скорость записи
Мировые рекорды Гиннеса признают рекорд скорости земли для автомобилей, работающих только на солнечных батареях. Эта запись в настоящее время проводится Sky Ace TIGA из Университета Асии. Запись о переходе 91.332 км / ч (56.75 миль в час) была установлена ​​20 августа 2014 года в аэропорту Симоджишима, в Миякоджиме, Окинава, Япония. Предыдущий рекорд был проведен Университетом Нового Южного Уэльса с автомобилем Sunswift IV. Его 25-килограммовая (55 фунтов) батарея была удалена, поэтому автомобиль был включен только своими солнечными батареями. Запись на 88,8 км / ч (55,2 миль / ч) была установлена ​​7 января 2011 года на военно-морской авиабазе HMAS Albatross в Nowra, что привело к тому, что ранее автомобиль General Motors Sunraycer занимал 78,3 километра в час (48,7 миль в час). Запись проходит над полетом длиной 500 метров (1600 футов) и является средним числом двух проходов в противоположных направлениях.

Автомобили общедоступные
Первый солнечный семейный автомобиль был построен в 2013 году. Исследователи из Университета Case Western Reserve также разработали лучший солнечный автомобиль, который может заряжаться быстрее, благодаря лучшим материалам, используемым в солнечных батареях.

Китайский производитель солнечных панелей Hanergy планирует построить и продать солнечные автомобили, оборудованные литий-ионными аккумуляторами для потребителей в Китае. Hanergy говорит, что от пяти до шести часов солнечного света должны позволять тонкопленочным солнечным батареям автомобилей генерировать от 8 до 10 кВтч мощности в день, позволяя автомобилю путешествовать около 80 км (50 миль) только на солнечной энергии. Максимальный диапазон составляет около 350 км (217 миль).