Авто на солнечных батареях — миф или реальность?

Автомобиль на солнечных батареях фото
Авто на солнечных батареях — миф или реальность?

Технологический прогресс и стремление человека улучшить состояние окружающей среды неизбежно должны были привести к созданию экологически чистого транспорта. Первыми в этом ряду стали примитивные гибридные и электромобили, за которыми последовали машины, работающие на солнечных батареях. Более 50 лет данное направление в автомобилестроении практически не развивалось, и ситуация кардинально изменилась только в 2010-х. Произошло это по двум причинам – резкому удешевлению гелиотехнологий и выходу на рынок аккумуляторов, обеспечивающих высокую удельную плотностью энергии.

Отличительные черты автомобилей на солнечных батареях

Принципиальных отличий от авто, работающих на ДВС, уже у ранних образцов перспективного транспорта появилось достаточно много. Задавшись вопросом, как сделать автомобиль на солнечных батареях, австралийский механик и изобретатель шведского происхождения Ханс Толлструп еще в далеком 1981 году собрал прототип под названием «Quiet Achiever» («Тихий рекордсмен»), применив следующие новшества:

  • легкий кузов из сверхпрочного пластика;
  • элементы трансмиссии с минимальным сопротивлением качению;
  • двигатель безколлекторного типа с применением редкоземельных сплавов;
  • размещение силового агрегата на ведущих колесах и некоторые другие.

Решить проблему большого веса и малой эффективности панелей тех времен Ханс не мог. Тем не менее, его автомобиль на солнечных батареях проехал через всю Австралию – свыше 3100 км – без единой поломки со средней скоростью 21 км/час.

Несколько позднее по этому же маршруту стали проводиться ежегодные ралли солнцемобилей, себестоимость которых к концу 1990-х упала в 5 раз, а скорость возросла до 125-135 км/час.

С 2010-х авто нового типа вышли на уровень мелкосерийного производства, постепенно начиная догонять традиционные машины по наиболее важным для заказчиков показателям – запасу хода, скорости и стоимости.

Современные электромобили на солнечных батареях

Наиболее известными прототипами на сегодняшний день являются следующие модели:

  1. STELLA (Нидерланды, Эйндховенский университет). Авто семейного типа с футуристическим дизайном. Запас хода без подзарядки – 600 км. Корпус – авиационный алюминий. Панели размещены на расширенной изогнутой крыше.
  2. SOLAR WORLD GT (Швейцария). Мощность электромотора – 400 л.с., максимальная скорость – 277 км/ч.
  3. VENTURI (Франция, «Ecletic»), бюджетный прогулочный вариант, выполненный в черно-оранжевом цвете. Стоимость – 10 500 евро, высота – 70 см. Автомобиль на солнечных батареях, на фото выглядящий как сплошная плоская крыша на раме с колесами, имеет прорезь посередине для двух открытых, расположенных последовательно сидений. Скорость – 50 км/час, продолжительность поездки между зарядками – 50 км. Присутствует дополнительный источник питания, заряжается даже от обычной розетки.
  4. ASTROLAB (Франция, «Ecletic»). Более продвинутая модель той же компании. Скорость – до 125 км/ч, мощность батарей – 16 кВт.
  5. TOKAI Chellenger 1-4 (Япония). Линейка моделей, выпускающаяся с 2010 года, в которой каждая последующая машина мощнее и лучше предыдущей. Компания известна победой на гонках солнцмобилей в 2011 г., где Chellenger 2 показал на тот момент лучшую скорость 195 км/ч.

Примечательно, что купить автомобиль на солнечных батареях – по крайней мере, бюджетные варианты – можно практически за ту же цену, что и обычное авто.

Достоинства и недостатки солнечных автомобилей

К несомненным плюсам инновационного транспорта, помимо экологической безопасности и перспективы очистить в будущем улицы городов от канцерогенных автомобильных выбросов ДВС, следует отнести:

  • незначительность затрат на эксплуатацию (зарядка от солнечных батарей полностью бесплатна);
  • компактность и футуристический дизайн, которым обладает любой автомобиль будущего на солнечных батареях;
  • увеличенный срок службы (долговечность большинства деталей почти на порядок превосходит аналогичную у традиционных машин);
  • практически бесконечный запас хода при наличии достаточной емкости АКБ.

Среди недостатков:

  • производство малыми сериями, по причине дороговизны моделей с наиболее востребованными характеристиками на уровне ДВС;
  • отсутствие глобальной сети СТО по ремонту и техническому обслуживанию подобных машин;
  • недостаточная эффективность использования в регионах с низким уровнем солнечной инсоляции.

Какой источник энергии используется в солнечных автомобилях?

Источником энергии для всех авто данного типа является солнце. По этой причине прогресс отрасли напрямую зависит от дальнейших технологических усовершенствований солнечных панелей и устройств, предназначенных для длительного хранения накопленной энергии.

Продвижение по обоим направлениям пока нельзя назвать прорывным, но рост КПД батарей и емкости аккумуляторов постоянен (при одновременном падении стоимости на первые и вторые). Для наглядности имеет смысл привести динамику улучшений последних лет, дающую ответ на вопрос, как сделать автомобиль на солнечных батареях быстрее, мощнее и конкурентоспособнее.

Солнечные панели, эффективность/цена:

  • 2000 г. – средний КПД 5%, стоимость 1 кВт мощности — $ 180;
  • 2010 г. – КПД 9%, 1 кВт мощности — $ 15;
  • 2020 г. (перспектива) – КПД 25%, 1 кВт — $ 0,5.

Аккумуляторы, удельная емкость/к-во заряд/разрядов:

  • 2000 г. – 200 Вт*ч/кг, 200 з/р, требовалась полная разрядка из-за эффекта памяти;
  • 2010 г. – 250 Вт*ч/кг, 400 з/р;
  • 2020 г. (ожидается) – до 1 800 Вт*ч/кг, 1500 з/р, включая гибкие полимерные АКБ.

Есть все основания ожидать, что примерно к середине 2020-х машины, работающие на солнечных батареях, начнут завоевывать рынок так же, как всего несколько лет назад это произошло с обычными электромобилями.

Ситуация на сегодняшний день

Состояние мирового авторынка на октябрь 2019 года в этом секторе таково:

  1. Несмотря на то, что полноценные серийные солнцемобили только начинают свой путь, три крупнейших автомобильных концерна мира – «Тойота», «Фольксваген» и «Мерседес» – со следующего года планируют массово оснащать новые модели машин premium-сегмента фотоэлектрическими панелями.
  2. Южнокорейские гиганты «Хундай» и «Киа», в качестве дополнительной опции, встраивают солнечные батареи в гибридные авто (ДВС + электродвигатель) уже сегодня.
  3. Новый массовый, недорогой серийный гибридный автомобиль на солнечных батареях «SION» в 2019 году начинает выпускать немецкая компания «Sono Motors», предлагая инновационные машины всего по 16 000 евро. Снабжение электромотора энергией производят 330 гибких солнечных ячеек с поликарбонатным покрытием. АКБ, гарантирующая запас хода в темное время суток до 250 км, заряжается на 80% чуть более, чем за полчаса.

В премиальном сегменте автомобиль ближайшего будущего на солнечных батареях «Lightyear One» (выпуск первой партии планируется в 2021-м) предлагает датская фирма, созданная гонщиками и инженерами знаменитой команды Solar Team Eindhoven. Основные параметры авто ориентировочной ценой € 120 тыс. при условии предварительного заказа:

  • площадь панелей – 5 кв.м.;
  • КПД – 26%;
  • максимальная скорость – 225 км/час;
  • запас хода от батареи при обычной зарядке (8 часов) – 725 км;
  • запас хода при быстрой 60-киловаттной зарядке (1 час) – 500-510 км;
  • количество электродвигателей – 4 шт.;
  • разгон до 100 км/час – 10 сек.

Наиболее эффективные солнечные панели

Какими панелями будут комплектоваться перспективные автомобили на солнечных батареях, фото которых с последних международных автосалонов в изобилии публикуются в Интернете? Поскольку для размещения фотоэлектрических ячеек желательна максимальная площадь и различные углы наклона, производители покрывают фотоэлементами не только изогнутые крыши, но и, частично, обтекаемые капоты своих машин.

Следовательно, для генерации излучения потребуются легкие, тонкие и гибкие панели, обладающие широкими возможностями дальнейшего наращивания КПД. В настоящий момент одними из них являются тонкопленочные панели First Solar, превосходно работающие даже при рассеянном излучении и избыточных углах падения лучей. Эти преимущества одинаково важны как для СЭС, так и для современных электромобилей на солнечных батареях. В Украине данную продукцию реализует авторизованный дилер американцев Green Tech Trade. Образцы панелей и сопутствующего оборудования представлены на официальном сайте компании.