В конце прошлого года компания Aptera Motors из Сан-Диего анонсировала так называемый «первый солнечный электромобиль (sEV), который не требует зарядки». По их словам, этот автомобиль может перевозить пассажиров на расстояние до 1000 миль при полной зарядке и подходит для повседневного использования.
По мере того, как стоимость технологии солнечных элементов снижается, а эффективность растет, идея транспортных средств с солнечными панелями получила распространение даже среди крупных производителей автомобилей. Например, Hyundai предлагает версию своего гибрида Sonata со встроенными солнечными батареями. Toyota также объединилась с производителем солнечных батарей Panasonic, чтобы оснастить Prius Prime солнечными батареями.
В то время как тонкопленочные солнечные элементы и фотоэлектрические элементы, интегрированные в транспортные средства, значительно продвинулись в последние годы, чтобы сделать эти ранние прототипы возможными, некоторые конструктивные проблемы препятствуют «солнечному диапазону» sEV и, следовательно, их широкому распространению.
Развитие тонкопленочных солнечных элементов и модульных технологий привело к появлению концепции интегрированной в автомобиль фотоэлектрической системы (VIPV), в которой солнечные элементы, установленные на автомобиле, используются для питания некоторого электронного оборудования автомобиля. Вырабатываемая мощность может использоваться для питания электронных блоков управления, дисплеев, кондиционеров и т.д. Как показано ниже, концепция VIPV может быть применена к автомобилю с двигателем внутреннего сгорания (ДВС).
Однако, учитывая беспокойство по поводу дальности и нехватку зарядных станций для электромобилей, разработчики теперь обращаются к солнечным модулям, чтобы максимально увеличить дальность поездки электромобилей. Электрическая энергия, вырабатываемая системой VIPV, и, следовательно, ожидаемый дополнительный диапазон солнечной энергии зависит от нескольких различных факторов, таких как стиль вождения, потребление электромобиля, площадь крыши, местоположение автомобиля и климатические условия.
Схема вождения у разных пользователей может значительно отличаться. Например, электромобиль, который обычно припаркован на открытой площадке и получает незначительное затенение, может генерировать гораздо больше энергии по сравнению с тем, который можно припарковать на подземной парковке на несколько часов в полдень.
Площадь крыши является основным вариантом интеграции солнечных элементов и определяет, сколько солнечных элементов можно легко интегрировать в автомобиль. Площадь крыши современных электромобилей может составлять от 1,7 до 2,3 м2. Энергопотребление (в кВтч/км) определяет, насколько эффективно автомобиль использует доступную энергию. У современных электромобилей потребление энергии находится в диапазоне от 13 до 24 кВтч/100 км. Некоторые другие важные факторы, которые влияют на диапазон солнечной энергии, - это пиковая мощность солнечных модулей, эффективность инвертора и эффективность зарядки аккумулятора. Кроме того, когда доступна солнечная энергия, аккумулятор не должен быть полностью заряжен, чтобы он мог хранить уловленную солнечную энергию.
За счет интеграции солнечного модуля с пиковой мощностью 250 Вт/м2 в электромобиль с площадью крыши 2 м2 автомобиль может получить 500 Вт максимальной мощности. При емкости аккумулятора 40 кВтч sEV все еще требуется 80 часов для полной зарядки аккумулятора. Однако на практике эти модули не будут получать максимум солнечного света весь день. На следующем рисунке показано, как дневная интенсивность солнечного света меняется в три разных месяца в году в Ньюарке, штат Нью-Джерси.
Эта диаграмма иллюстрирует необходимость местной интенсивности солнечного света для реалистичной оценки расширенного диапазона. Есть несколько исследований, проведенных в разных частях мира, в которых эта местная информация учитывается и оценивается производительность системы VIPV. Согласно этим исследованиям, мощность, вырабатываемая системой VIPV, может составлять лишь около 13–23% среднегодового расстояния езды типичного пользователя.
Существует два основных подхода к увеличению солнечной дальности: интеграция солнечных элементов в другие поверхности кузова транспортного средства (в дополнение к его крыше) и разработка новых технологий солнечных элементов с более высокой эффективностью. Например, Lightyear One, прототип полностью электрического автомобиля на солнечных батареях, интегрирует технологию солнечных батарей с обратным контактом как в крышу, так и в капот автомобиля. Это обеспечивает общую площадь 5 м2 - увеличение более чем в два раза по сравнению с обычным электромобилем.
Компания утверждает, что Lightyear One в два-три раза более энергоэффективен (83 Втч/км), чем электромобили, представленные в настоящее время на рынке, а его большие солнечные панели способны увеличивать пробег на 12 километров в час, поэтому пользователям не понадобится заряжать ежедневно.
Хотя по бокам Lightyear One нет солнечных элементов, эти области можно использовать для дальнейшего расширения солнечного диапазона электромобиля. Компания Lightyear решила не включать солнечные двери, потому что это может усложнить производство автомобиля. Кроме того, с солнечными дверьми нужно будет добавить кабели и стекла по бокам автомобиля, что сделает его тяжелее. Обратите внимание, что выход энергии солнечных дверей относительно ограничен, поскольку эти ячейки расположены вертикально и не имеют благоприятной ориентации для максимального воздействия солнечного света. Более того, только одна сторона машины каждый раз подвергается воздействию солнечного света. Интересно, что существуют специальные типы органических солнечных элементов, которые можно интегрировать в прозрачные поверхности электромобиля. Эти ячейки частично прозрачны, но все же способны улавливать энергию. Производители автомобилей также должны учитывать, что панели, встроенные в кузов, не только высокоэффективны, но и должны быть прочными и эстетичными.
Стоит отметить, что встроенные в кузов автомобиля солнечные панели обязательно имеют изогнутую форму. С изогнутой панелью клетки не испытывают однородного излучения. Это частичное затенение приводит к электрическому несоответствию между ячейками и снижает эффективность фотоэлектрической матрицы. Для изогнутого модуля требуется тщательное исследование выработки электроэнергии для оптимизации производительности. Это может еще больше усложнить конструкцию кузова транспортного средства. В будущих электромобилях на солнечной энергии могут потребоваться расширенные средства управления и прогнозирование солнечной активности.
© digitrode.ru