Введение

В стремлении создать автомобиль полностью независимый от топлива, при этом на фоне борьбы за экологию, родилась идея создания Солнцемобиля, транспортного средства, работающего только за счет полученной солнечной энергии. Солнцемобили – это автомобили будущего, и на исследование и создание таковых будет выделяться все больше и больше средств, а талантливые инженеры все больше и больше будут вносить какие-то новшества в разработку.

Первые солнцемобили

Поговорим немного об истории. Интерес к созданию автомобилей будущего неуклонно рос во всем мире. Однако настоящее признание пришло к солнцемобилям в начале 1983 года, когда известный австралийский искатель приключений Ханс Толструп вместе с Ларри Перкинсом проехали на построенном ими солнцемобиле Quiet Achiever от Перта до Сиднея со скоростью 20 км/ч, одолев таким неспешным «манером» путь в 4052 километра. Понадобилось им на это 20 дней. Можно, конечно, снисходительно улыбнуться такому достижению, однако можно и призадуматься — ведь Толструп и Перкинс пересекли весь континент с запада на восток на 10 дней быстрее, чем тот же путь проделал первый автомобиль с бензиновым двигателем, и при этом — не затратив ни капли топлива [1].

А уже в 1987-м стартовало первое и до сих пор самое масштабное «экоралли» — World Solar Challenge (сейчас называется Global Green Challenge). Это соревнования не только автокомпаний, но и различных университетов, научных организаций, в том числе из аэрокосмической области.

В данной таблице представлены сравнительные характеристики двух ярких представителей, работающих благодаря солнечной энергии. Победители «экоралли» двух разных эпох [2].

Название	Sunraycer (США)	Tokai Challenger (Япония)
Год	Победитель 1987 г.	Победитель 2011 г.
Внешние панели	Из кевлара	Из кевлара
Вес	265 кг	160 кг
Солнечные батареи	Из оксида серебра	литий-ионные
Максимальная скорость	121 км/ч	160 км/ч
Средняя скорость	67 км/ч	100 км/ч

Как видно, и сравнительная характеристика это доказывают, насколько круто изменились основные характеристики первых солнцемобилей в сравнении с современными инновационными. И это большой успех в развитии разработок в данной области.

Основные концепции современного солнцемобиля

Всякий солнцемобиль — это устройство, которое преобразует солнечную энергию в механическую (энергию движения ведущих колес) [3].

Он обычно включает в себя:

• Солнечные панели, которые в свою очередь, непосредственно преобразуют солнечную энергию в электрическую благодаря фотоэлектрическому эффекту.
• Контроллер солнечной батареи, обеспечивающий нормирование выходного напряжения батареи, зарядку аккумуляторов и (опционно) подачу низковольтного постоянного тока в нагрузку [4].
• Электрохимические аккумуляторы, запасающие энергию в период её избытка и подающие её в систему в период нехватки при недостаточном освещении фотоэлементов или при временном возрастании потребления. Также накопленный запас энергии позволяет перемещаться ночью или в условиях сильной облачности [4], [5].
• Инвертор, обеспечивающий преобразование постоянного тока от аккумуляторов и фотоэлементов в переменный.
• Электродвигатель, который устанавливается чаще непосредственно на ведущие (-ее) колеса (-о), чтобы исключить потерю мощности при трансмиссии. Управляющий блок, который занимается распределением полученной энергии (излишек накапливается в аккумуляторе) и регулированием параметров работы солнечной батареи (охлаждение, ориентирование на солнце) [5].

Также, стоит упомянуть о солнечных концентраторах, расположенных на солнечной панели. Они имеют форму сферических линз или так называемых линз Френеля. Они используются для эффективного сбора солнечной энергии и увеличения продуктивности солнечных батарей.

За счёт размещения на солнечной батарее этих специальных линз в восемь раз повышается концентрация светового потока. Таким образом, появляется возможность уменьшить количество фотоэлементов арсенида галлия, которые составляют основную часть стоимости солнечных батарей [6].

Для максимально эффективного преобразования солнечной энергии в скорость электромобиля, необходимы [5]:

• Хорошая аэродинамика;
• Большая площадь для размещения фотогальванических элементов;
• Малая масса электромобиля

Вот такую причудливую форму имеют современные солнцемобили. Как видно, основные концепции соблюдены. Ради легкости конструкции, помимо прочих, используются такие материалы, как углепластик, композиты с карбоновыми включениями [5].

Перспективы исследований

Оригинал изображения [7].

В дальнейшем в магистерской работе будут изучены особенности потребления солнечной энергии, структуры преобразования солнечной энергии в механическую. А также будут смоделированы режимы работы данного типа автомобиля.

Ссылки

1. Ловцы Солнца: Сила света
2. Альтернативные источники энергии. По всем фронтам
3. Солнцемобиль - реальность?
4. Общий принцип подбора солнечных батарей, аккумуляторов и контроллеров в единую систему
5. Солнцемобиль — возможно ли ездить на энергии солнца.
6. Солнечные концентраторы
7. Первый в мире электромобиль на солнечных батареях