Солнечный автомобиль — это электромобиль, полностью или полностью работающий от прямой солнечной энергии. Обычно фотоэлектрические (PV) ячейки, содержащиеся в солнечных батареях, преобразуют солнечную энергию непосредственно в электрическую энергию. Термин «солнечный автомобиль» обычно подразумевает, что солнечная энергия используется для питания всего или части движущей силы транспортного средства. Солнечная энергия также может использоваться для обеспечения питания для связи или управления или других вспомогательных функций.

Солнечные транспортные средства в настоящее время не продаются в качестве практичных повседневных транспортных устройств, но в основном это демонстрационные автомобили и инженерные упражнения, которые часто финансируются государственными учреждениями. Однако косвенно солнечно заряженные транспортные средства широко распространены, а солнечные лодки доступны в коммерческих целях.

Земельные участки

Солнечные автомобили
Солнечные автомобили зависят от фотоэлементов, чтобы преобразовать солнечный свет в электричество для управления электродвигателями. В отличие от солнечной тепловой энергии, которая преобразует солнечную энергию в тепло, фотоэлементы непосредственно преобразуют солнечный свет в электричество.

Конструкция солнечного автомобиля сильно ограничена количеством энергии, потребляемой в автомобиле. Солнечные автомобили построены для солнечных гонок автомобилей, а также для общественного использования. Список прототипов автомобилей с солнечной батареей. Даже лучшие солнечные элементы могут собирать только ограниченную мощность и энергию в области поверхности автомобиля. Это ограничивает солнечные автомобили сверхлегкими композитными телами для экономии веса. Солнечные автомобили не имеют безопасности и удобства обычных автомобилей. Первый солнечный семейный автомобиль был построен в 2013 году студентами в Нидерландах. Этот автомобиль способен на 550 миль на один заряд во время солнечного света. Он весит 850 фунтов и имеет солнечную батарею мощностью 1,5 кВт. Солнечные транспортные средства должны быть легкими и эффективными. Менее практичны 3000 фунтов или даже 2000 фунтов. Stella Lux, предшественник Stella, побил рекорд с 932-мильным диапазоном заряда. Голландцы пытаются коммерциализировать эту технологию. Во время гонок Stella Lux способен на 700 миль при дневном свете. В 45 милях в час Stella Lux имеет бесконечный диапазон. Это снова связано с высокой эффективностью, включая коэффициент сопротивления 0,16. Средняя семья, которая никогда не проезжает более 200 миль в день, никогда не будет взимать плату с электросети. Они будут подключаться только в том случае, если они захотят вернуть энергию в сетку. Солнечные автомобили часто оснащены датчиками и / или беспроводной телеметрией, чтобы внимательно следить за потреблением энергии автомобиля, захватом солнечной энергии и другими параметрами. Беспроводная телеметрия обычно предпочтительнее, поскольку она освобождает водителя, чтобы сосредоточиться на вождении, что может быть опасно в таком маленьком, легком автомобиле. Система Solar Electric Vehicle была спроектирована и спроектирована как простая в установке (от 2 до 3 часов) интегрированная вспомогательная система с пользовательским литым низкопрофильным солнечным модулем, дополнительным аккумуляторным блоком и проверенной системой контроля заряда.

В качестве альтернативы, электромобиль с батарейным питанием может использовать солнечную батарею для подзарядки; массив может быть подключен к общей электрической распределительной сети.

Солнечные автобусы
Солнечные шины генерируются солнечной энергией, все или часть которых собирается из стационарных установок солнечных батарей. Автобус Тиндо — это 100% солнечный автобус, который действует как бесплатный общественный транспорт в Аделаиде как инициатива городского совета. Автобусные службы, которые используют электрические шины, которые частично питаются солнечными батареями, установленными на крыше автобуса, предназначенные для снижения потребления энергии и продления срока службы аккумуляторной батареи электрического автобуса, были введены в действие в Китае.

Солнечные шины следует отличать от обычных автобусов, в которых электрические функции автобуса, такие как освещение, отопление или кондиционирование воздуха, но не сам двигатель, питаются солнечной энергией. Такие системы более широко распространены, поскольку они позволяют компаниям автобусов соответствовать конкретным нормам, например законам против холостого хода, действующим в нескольких штатах США, и могут быть модернизированы к существующим автомобильным батареям без изменения обычного двигателя.

Однопутные транспортные средства
Первые солнечные «автомобили» были на самом деле трехколесными или квадроциклами, построенными с использованием велосипедных технологий. Они были названы solarmobiles на первой солнечной гонке, Tour de Sol в Швейцарии в 1985 году. С 72 участниками, половина использовала солнечную энергию исключительно, в то время как другая половина использовала гибриды на солнечных батареях. Несколько настоящих солнечных велосипедов были построены либо с большой солнечной крышей, либо с небольшой задней панелью, либо с прицепом с солнечной панелью. Позднее были построены более практичные солнечные велосипеды со складными панелями, которые устанавливались только при парковке. Еще позже панели оставались дома, питались электросети и велосипеды, заряженные от сети. Сегодня доступны высокоразвитые электрические велосипеды, и они используют так мало энергии, что мало стоит покупать эквивалентное количество солнечного электричества. «Солнечная» превратилась из реального оборудования в косвенную систему учета. Эта же система также работает для электрических мотоциклов, которые также были впервые разработаны для Tour de Sol.

Приложения
Venturi Astrolab в 2006 году был первым в мире коммерческим электро-солнечным гибридным автомобилем и первоначально должен был быть выпущен в январе 2008 года.

В мае 2007 года партнерство канадских компаний во главе с Hymotion изменило Toyota Prius на использование солнечных батарей, чтобы генерировать до 240 Вт электроэнергии в полном солнечном свете. Сообщается, что это разрешает до 15 км дополнительного диапазона в солнечный летний день при использовании только электродвигателей.

Изобретатель из Мичигана, США, построил в 2005 году уличный законный, лицензированный, застрахованный солнечный заряженный электрический скутер. Он имел максимальную скорость, контролируемую со скоростью более 30 миль в час, и использовал откидные солнечные батареи для зарядки батарей при парковке.

Вспомогательная мощность
Фотоэлектрические модули коммерчески используются в качестве вспомогательных силовых агрегатов на легковых автомобилях для вентиляции автомобиля, что снижает температуру салона при парковке на солнце. Такие автомобили, как 2010 Prius, Aptera 2, Audi A8 и Mazda 929, имеют солнечные люки для вентиляции.

Площадь фотоэлектрических модулей, необходимых для питания автомобиля с обычной конструкцией, слишком велика, чтобы перевозиться на борту. В качестве прототипа автомобиля и прицепа был построен солнечный такси. Согласно веб-сайту, он способен на 100 км / день, используя 6 м 2 стандартных кристаллических кремниевых ячеек. Электричество хранится с использованием никельсодержащей батареи. Однако стационарная система, такая как солнечная панель на крыше, может использоваться для зарядки обычных электромобилей.

Также возможно использовать солнечные панели для расширения диапазона гибридного или электрического автомобиля, как это было включено в Fisker Karma, доступное в качестве опции на Chevy Volt, на капоте и крыше модификаций «Destiny 2000» Pontiac Fieros, Italdesign Quaranta, Free Drive EV Solar Bug и множество других электромобилей, как концепций, так и производства. В мае 2007 года партнерство канадских компаний во главе с Hymotion добавило PV-камеры в Toyota Prius для расширения диапазона. SEV претендует на 20 миль в день от своего комбинированного модуля 215 Вт, установленного на крыше автомобиля, и дополнительной батареи 3 кВт.

9 июня 2008 года президенты Германии и Франции объявили о планах предоставить кредит на выбросы CO2 на 6-8 г / км для автомобилей, оснащенных технологиями, «еще не учтенными в стандартном цикле измерения выбросов автомобиля». Это привело к предположению, что фотоэлектрические панели могут быть широко приняты на автомобилях в ближайшем будущем

Также технически возможно использование фотоэлектрических технологий (в частности, термофотоэлектрической (TPV) технологии) для обеспечения движущей силы для автомобиля. Топливо используется для нагрева излучателя. Полученное инфракрасное излучение преобразуется в электричество с помощью низкополюсного квантового элемента (например, GaSb). Был построен даже прототип гибридного автомобиля TPV. «Viking 29» был первым в мире термофотовольтамным (TPV) автомобилем, спроектированным и построенным Институтом исследований транспортных средств (VRI) в Университете Западного Вашингтона. Эффективность должна быть увеличена, а затраты уменьшатся, чтобы обеспечить конкурентоспособность TPV с топливными элементами или двигателями внутреннего сгорания.

Личный быстрый транзит
Несколько концепций быстрого быстрого (PRT) включают в себя фотоэлектрические панели.

рельсовый
Железная дорога представляет собой вариант с низким сопротивлением качению, который будет полезен для запланированных поездок и остановок. Панели PV были протестированы как APU на итальянском подвижном составе в рамках проекта ЕС. PVTRAIN. Прямая подача к сетям постоянного тока позволяет избежать потерь при преобразовании постоянного тока в переменный. Решетки постоянного тока можно найти только в электромобиле: железных дорогах, трамваях и троллейбусах. По оценкам, преобразование постоянного тока из панелей PV в переменный ток сети переменного тока (AC) приводит к тому, что около 3% электроэнергии теряется.

PVTrain пришел к выводу, что наибольший интерес для PV на железнодорожном транспорте был сделан на грузовых вагонах, где на борту электроэнергии была бы задействована новая функциональность:

GPS или других устройств позиционирования, с тем чтобы улучшить его использование в управлении флотом и эффективности.
Электрические замки, видеомонитор и система дистанционного управления для автомобилей с раздвижными дверями, чтобы снизить риск грабежа на ценные товары.
Тормоза ABS, которые повысили бы максимальную скорость грузовых вагонов до 160 км / ч, повысив производительность.

В узкоколейной линии Кисмарош-Кирариет возле Будапешта построили вагон с солнечной энергией под названием «Вили». При максимальной скорости 25 км / ч «Вили» управляется двумя двигателями мощностью 7 кВт, способными к регенеративному торможению, и питается от 9,9 м2 панелей PV. Электричество хранится в бортовых батареях. В дополнение к бортовым солнечным батареям существует возможность использовать стационарные (бортовые) панели для выработки электроэнергии специально для использования на транспорте.

Несколько пилотных проектов также были построены в рамках проекта «Гелиотрам», такого как трамвайные склады в Ганновере Лейнхаузене и Женеве (Баше де Песай). На 150-киловольтной площадке в Женеве, в которую вводился 600 В постоянного тока непосредственно в электрическую сеть трамвая / троллейбуса, на ее открытие в 1999 году было задействовано около 1% электроэнергии, используемой женевской транспортной сетью. 16 декабря 2017 года в Нью-Йорке был запущен полностью солнечный поезд Южный Уэльс, Австралия. Поезд оснащен солнечными батареями и встроенными перезаряжаемыми батареями. Он вмещает 100 посадочных пассажиров на 3 км пути.

Недавно Имперский колледж Лондона и экологическая благотворительность 10:10 объявили о проекте «Возобновляемая сила тяги», чтобы исследовать использование солнечных панелей на стороне трека для электропоездов. Между тем, индийские железные дороги объявили о своем намерении использовать на борту PV систему кондиционирования воздуха в железнодорожных вагонах. Также индийские железные дороги объявили, что должны провести пробную эксплуатацию к концу мая 2016 года. Он надеется, что в среднем 90 800 литров дизель на поезд будет экономить ежегодно, что, в свою очередь, приведет к сокращению 239 тонн CO2.

вода
Лодки на солнечной энергии в основном были ограничены реками и каналами, но в 2007 году экспериментальный 14-метровый катамаран, Sun21 отплыл из Атлантики из Севильи в Майами, а оттуда в Нью-Йорк. Это было первое пересечение Атлантики, питаемое только солнечной энергией.

Крупнейшая судоходная линия Японии Nippon Yusen KK и Nippon Oil Corporation заявили, что солнечные батареи, способные генерировать 40 киловатт электроэнергии, будут размещены на вершине корабля-носителя 60,213 тонны, который будет использоваться Toyota Motor Corporation.

В 2010 году была открыта Tûranor PlanetSolar, 30-метровая яхта с катамараном длиной 15,2 метра, оснащенная 470 квадратных метров солнечных батарей. До сих пор это была самая большая солнечная батарея, когда-либо построенная. В 2012 году PlanetSolar стала первым в мире солнечным электромобилем для кругосветного плавания.

Были созданы различные демонстрационные системы. Любопытно, что никто еще не воспользовался огромным увеличением мощности, которое принесло бы охлаждение воды.

Низкая плотность мощности современных солнечных панелей ограничивает использование солнечных самоходных судов, однако лодки, использующие паруса (которые не генерируют электричество в отличие от двигателей внутреннего сгорания), полагаются на энергию батареи для электрических приборов (таких как охлаждение, освещение и связь). Здесь солнечные панели стали популярными для подзарядки батарей, поскольку они не создают шума, требуют топлива и часто могут быть легко добавлены к существующему палубе.

Воздух
Солнечные корабли могут относиться к воздушным кораблям на солнечной энергии или к гибридным дирижаблям.

Существует значительный военный интерес к беспилотным летательным аппаратам (БПЛА); солнечная энергия позволит им оставаться в воздухе в течение нескольких месяцев, становясь гораздо более дешевым средством выполнения некоторых задач, выполняемых сегодня спутниками. В сентябре 2007 года сообщалось о первом успешном полете в течение 48 часов при постоянной мощности БПЛА. Вероятно, это будет первое коммерческое использование для фотогальваники в полете.

Было построено много демонстрационных солнечных самолетов, некоторые из которых известны AeroVironment.

Летно-космические летательные аппараты
Gossamer Penguin,
Solar Challenger — этот самолет пролетел на 163 мили (262 км) от Парижа, Франция до Англии на солнечной энергии.
Sunseeker
Solar Impulse — два одноместных самолета, вторая из которых круглая Земля. Первый самолет завершил 26-часовой испытательный полет в Швейцарии 8-9 июля 2010 года. Самолет был взят на высоту почти 28 000 футов (8500 метров) Андре Боршбергом. Он пролетел всю ночь, используя энергию батареи. Второй самолет, немного более мощный и мощный, взлетел с Абу-Даби в 2015 году, вылетел в Индию, а затем на восток по всей Азии. Однако, после перегрева батареи, она была вынуждена остановиться на Гавайях в течение зимы. В апреле 2016 года он возобновил свое путешествие и завершил кругосветное плавание земного шара, вернувшись в Абу-Даби 26 июля 2016 года.
SolarStratos — швейцарский стратосферный 2-местный солнечный самолет стремится подняться в космос.
Гибридные дирижабли
Австралийская компания работает над проектом по разработке воздушного крана под названием SkyLifter, «вертикального пикапа и самолёта доставки», способного поднимать до 150 тонн.

Канадский старт, Solar Ship Inc, разрабатывает гибридные воздушные корабли на солнечной энергии, которые могут работать только на солнечной энергии. Идея состоит в том, чтобы создать жизнеспособную платформу, которая может путешествовать в любой точке мира, поставляя холодные медицинские принадлежности и другие потребности в местах в Африке и Северной Канаде, не нуждаясь в каком-либо топливе или инфраструктуре. Надежда состоит в том, что технологические разработки в солнечных батареях и большая площадь поверхности, обеспечиваемая гибридным дирижаблеем, достаточны для создания практичных самолетов с солнечной батареей. Некоторые ключевые особенности Solarship заключаются в том, что он может летать только на аэродинамическом подъеме без какого-либо подъемного газа [не цитируется], а солнечные элементы вместе с большим объемом огибающей позволяют перевести гибридный дирижабль в мобильное убежище, которое могут перезаряжать батареи и другое оборудование.

Hunt GravityPlane (не путать с земной плоскостью тяжести) — это предлагаемый гравитационный планер компании Hunt Aviation в США. Он также имеет крылья аэрофотоснимок, улучшая его коэффициент подъема-тяги и делая его более эффективным. GravityPlane требует большого размера, чтобы получить достаточно большое соотношение объема и веса для поддержки этой конструкции крыла, и пока еще не был построен пример. В отличие от мощного планера, GravityPlane не потребляет энергию во время фазы лазания полета. Тем не менее, он потребляет энергию в тех точках, где она изменяет свою плавучесть между положительными и отрицательными значениями. Хант утверждает, что это, тем не менее, может повысить энергетическую эффективность корабля, подобно повышению энергоэффективности подводных планеров над обычными методами движения. Хант предполагает, что потребление низкой мощности должно позволить ремеслу собирать достаточную энергию, чтобы оставаться на неопределённом расстоянии. Традиционным подходом к этому требованию является использование солнечных батарей в солнечных батареях. Хант предложил два альтернативных подхода. Одним из них является использование ветровой турбины и сбор энергии из потока воздуха, создаваемого движением скольжения, а другой — тепловой цикл для извлечения энергии из-за различий в температуре воздуха на разных высотах.

Беспилотные летательные аппараты
Pathfinder и Pathfinder-Plus — этот БПЛА продемонстрировал, что самолет может оставаться в воздухе в течение длительного периода времени, питаемого исключительно солнечной энергией.
Гелиос — полученный от Pathfinder-Plus, этот солнечный элемент и БЛА на базе топливных элементов установили мировой рекорд для полета на 96 863 футах (29 524 м).
Zephyr — построенный Qinetiq, этот БПЛА установил неофициальный мировой рекорд для продолжительного беспилотного полета в течение более 82 часов 31 июля 2008 года. Всего за 15 дней после полета Solar Impulse, упомянутого выше, 23 июля 2010 года Zephyr, легкий беспилотный летательный аппарат спроектированный оборонной фирмой Соединенного Королевства QinetiQ, заявил, что рекорд по выносливости для беспилотного летательного аппарата. Он летал в небе Аризоны более двух недель (336 часов). Он также взлетел до 70 700 футов (21,5 км).
В ходе испытательного полета в северо-западных регионах страны успешно разработанный БПЛА в Китае достиг высотой 20 000 метров. Названный «Caihong» (CH) или «Rainbow» на английском языке, он был разработан исследовательской группой из CASC.
Будущие проекты
Персистентный высотный солнечный самолет Phasa-35, разработанный фирмой BAE Systems & aerospace Technology Prismatic для испытательных полетов в 2019 году.
Titan Aerospace, приобретенная Google, направлена ​​на разработку солнечного БЛА, однако проект, похоже, заброшен
Sky-Sailor (нацеленный на марсианский полет)
Различные проекты солнечного дирижабля, такие как «High Altitude Airship» Локхида Мартина,

Космос

Солнечный космический аппарат
Солнечная энергия часто используется для подачи энергии для спутников и космических аппаратов, работающих во внутренней солнечной системе, поскольку она может долгое время поставлять энергию без избыточной массы топлива. Спутник связи содержит несколько радиопередатчиков, которые работают постоянно в течение своей жизни. Было бы неэкономично управлять таким транспортным средством (которое может находиться на орбите в течение многих лет) от первичных батарей или топливных элементов, а дозаправка на орбиту нецелесообразна. Однако солнечная энергия обычно не используется для регулировки положения спутника, и срок службы спутника связи будет ограничен подачей топлива на борту.

Солнечный летательный аппарат
Несколько космических аппаратов, работающих на орбите Марса, использовали солнечную энергию в качестве источника энергии для своей силовой установки.

Все современные солнечные батареи используют солнечные батареи в сочетании с электрическим двигателем, как правило, ионные приводы, так как это дает очень высокую скорость выхлопа и уменьшает пропеллент над ракетой более чем в десять раз. Поскольку пропеллент обычно является самой большой массой на многих космических аппаратах, это снижает затраты на запуск.

Другие предложения для солнечных космических аппаратов включают солнечный тепловой нагрев пропеллента, как правило, водород или иногда воду. Электродинамический тросик можно использовать для изменения ориентации спутника или регулировки его орбиты.

Еще одна концепция солнечного движения в космосе — легкий парус; это не требует преобразования света в электрическую энергию, вместо этого полагаясь непосредственно на крошечное, но стойкое радиационное давление света.

Планетарная разведка
Возможно, самыми успешными солнечными двигателями были «роверы», используемые для исследования поверхностей Луны и Марса. В программе 1977 года «Луноход» и «Марс-Pathfinder» 1997 года использовалась солнечная энергия для управления автомобилями с дистанционным управлением. Срок эксплуатации этих роутеров намного превышал пределы выносливости, которые были бы наложены, если бы они эксплуатировались на обычных видах топлива.

Электрический автомобиль с солнечной батареей
Швейцарский проект под названием «Solartaxi» обошел мир. Это первый случай в истории, когда электрический автомобиль (не самодостаточный солнечный автомобиль) обошел весь мир, покрывая 50000 км в течение 18 месяцев и пересекая 40 стран. Это дорожное электрическое транспортное средство, перевозящее трейлер с солнечными батареями, вмещающее солнечную батарею размером 6 м². В Solartaxi есть батареи Zebra, которые позволяют заряжать до 400 км без подзарядки. Автомобиль также может работать на 200 км без прицепа. Его максимальная скорость составляет 90 км / ч. Автомобиль весит 500 кг, а прицеп весит 200 кг. По словам инициатора и директора тура Луи Палмера, автомобиль массового производства может быть выпущен за 16000 евро. Solartaxi совершил поездку по миру с июля 2007 года по декабрь 2008 года, чтобы показать, что решения по прекращению глобального потепления доступны и поощрять людей к поиску альтернатив ископаемому топливу. Палмер предлагает наиболее экономичное место для солнечных панелей для электромобиля на строительстве крыш, хотя, уподобляя его размещению денег в банке в одном месте и снятию его в другом.

Солнечные электрические транспортные средства добавляют выпуклые солнечные элементы к крыше гибридных электромобилей.

Подключаемые гибридные и солнечные автомобили
Интересным вариантом электромобиля является тройной гибридный автомобиль — PHEV, в котором также есть солнечные панели.

Модель Toyota Prius 2010 года имеет возможность монтировать солнечные панели на крыше. Они обеспечивают систему вентиляции при парковке, чтобы обеспечить охлаждение. Существует много применений фотогальваники в транспорте либо для движущей силы, либо как вспомогательные силовые агрегаты, особенно в тех случаях, когда требования по топливу, обслуживанию, выбросам или шуму исключают двигатели внутреннего сгорания или топливные элементы. Из-за ограниченной площади, доступной на каждом транспортном средстве, скорость или дальность действия или оба ограничены при использовании для движущей силы.

Ограничения
Существуют ограничения на использование фотоэлектрических (PV) ячеек для транспортных средств:

Плотность мощности: мощность солнечной батареи ограничена размером транспортного средства и областью, которая может быть подвержена воздействию солнечного света. Это также можно преодолеть, добавив планшет и подключив его к машине, и это дает больше площади для панелей для питания автомобиля. Хотя энергия может накапливаться в батареях, чтобы снизить пиковый спрос на массив и обеспечить работу в условиях отсутствия солнечных лучей, аккумулятор добавляет вес и стоимость автомобиля. Предел мощности можно смягчить, используя обычные электромобили, поставляемые солнечной (или другой) мощностью, подзаряжающиеся из электрической сети.

Стоимость: Несмотря на то, что солнечный свет свободен, создание фотоэлементов для захвата солнечного света дорого. Затраты на солнечные панели неуклонно снижаются (сокращение затрат на 22% за удвоение объема производства).

Конструктивные соображения: Несмотря на то, что солнечный свет не имеет продолжительности жизни, фотоэлементы делают. Срок службы солнечного модуля составляет около 30 лет. Стандартные фотовольтаики часто поставляются с гарантией 90% (от номинальной мощности) через 10 лет и 80% через 25 лет. Мобильные приложения вряд ли потребуют времени жизни, если будут построены интегрированные солнечные и солнечные парки. Текущие панели PV в основном предназначены для стационарных установок. Однако, чтобы быть успешными в мобильных приложениях, панели PV должны быть спроектированы так, чтобы выдерживать вибрации. Кроме того, солнечные панели, особенно те, которые включают стекло, имеют значительный вес. Для того, чтобы его добавление было ценным, солнечная панель должна обеспечивать энергию, эквивалентную или превышающую энергию, потребляемую для продвижения своего веса.