name
Солнечная энергетика в Казахстане

Электрический транспорт

История разработки автомобилей на солнечных батареях берет свое начало с 1955 года, когда корпорация General Motors представила модель автомобиля с солнечными батареями. Модель была размерам около 40 см, двигалась она крайне медленно и интереса данный проект у публики не вызвала.

Рисунок 1. Самая первая модель электромобиля от GM

Спустя 27 лет в 1982 году был сконструирован первый гелиомобиль Хансом Толструпом. Данный автомобиль мог передвигаться со скоростью 20 км/ч. С такой скоростью Ханс Тоструп пересек на своем детище Австралию.

Рисунок 2. Гелиомобиль разработки Ханса Толструпа

Данная разработка дала толчок и новое дыхание идее использования солнечной энергии в автомобилестроении. Так с того момента в Австралии проводиться ралли солнечных автомобилей – The World Solar Challenge, дистанцией в 3 000 км. Сейчас средняя скорость солнечных автомобилей составляет около 90-100 км/ч.

Рисунок 3. Sunswift IV – гелиомобиль рекордсмен

Развитие солнечного транспорта в настоящее время является перспективным направлением, но имеет ряд недостатков, не дающих существенно распространить такой вид транспорта.

Плюсы и минусы солнечного электропитания транспорта

Конструктивно солнечные панели транспортных средств не отличаются от своих стационарных вариантов. Выработанная энергия используется как для обеспечения работы двигателя, так и для электропитания бортовых систем транспорта.

В процессе выработки энергия попутно может накапливаться в аккумуляторных батареях с целью дальнейшего использования. Применение солнечных элементов даёт возможность нарастить запас хода транспортных средств и при этом обойтись без подзарядки тяговых аккумуляторов от традиционной электросети.

Несмотря на то, что внедрение солнечных панелей является достаточно перспективным направлением в энергетике, глобальному и быстрому переводу транспорта на использование таких систем препятствует целый ряд факторов. Так, эффективная работа батарей обеспечивается только солнечную ясную погоду. Если же небо пасмурно, или машина работает в ночное и вечернее время, то применение солнечных панелей невозможно.

Таким образом, в большей части современного транспорта солнечные батареи могут использоваться только как вспомогательный энергетический компонент, в качестве дополнения к стандартным аккумуляторам.

Кроме того, следует учитывать и финансовую сторону внедрения солнечных батарей. Несмотря на то, что генерирование энергии осуществляется бесплатно, сами солнечные панели довольно дороги. Большая часть их компонентов производится с использованием кремния на экологически опасных предприятиях, и это является одним из главных факторов торможения процесса перехода транспорта на солнечные панели.

Рядом недостатков солнечные батареи обладают в силу чисто конструктивных особенностей. Панели не способны противостоять сильным вибрациям и другим перегрузкам, характерным для движущегося транспортного средства. Также ввиду большого веса они утяжеляют машины, на которую устанавливаются, что негативно сказывается на мобильности транспорта.

В настоящее время, к примеру, автомобили с электродвигателями на солнечной тяге не могут конкурировать с классическими бензиновыми машинами, поскольку панели обладают намного более низким КПД — в среднем 15%. Машины на солнечных батареях смогут вытеснять бензиновых «собратьев» только на этапе, когда КПД панелей достигнет уровня минимум в 50%.

Тем не менее, упомянутые проблемы не создают значительных помех для развития солнечной энергетики в транспортной сфере. Доказательством тому служит постоянное воплощение в жизнь идей о создании разнообразных транспортных средств с солнечными энергоблоками во всём мире. Ниже приведены несколько примеров использования солнечной энергии в автомобилестроении.

Первое это уже упомянутые солнечные гелиомобили. В серийном автомобилестроении же солнечные панели применяются и как вспомогательные блоки на гибридах — в частности, на Toyota Prius устанавливаются тонкоплёночные компоненты Solatec LLC, подзаряжающие аккумуляторы на 10%. Китайская компания Hanergy Holding Group также внедряет тонкоплёночные панели на галлиевой основе с КПД 31,6%. Подзарядка аккумуляторов автомобилей с такими компонентами осуществляется в течение 6 часов, чего хватает на 80 километров пробега

Рисунок 4. Toyota Prius Prime оснащена плёночными солнечными панелями

Второе это автобусы.

В отличие от относительно компактных средств для перевозки пассажиров — автомобилей — автобусы в силу своих габаритов и, соответственно, значительной площади устанавливаемых батарей, имеют больше возможностей по грузоподъёмности и пробегу. Хотя монтаж солнечных батарей на крышах обычных автобусов для обеспечения дополнительной энергией бортовых систем уже стал привычным делом, здесь речь идёт о принципиально другой технике — полностью бестопливной.

Одним из примеров автобуса будущего является австралийский Tindo, осуществляющий с 2007 года бесплатные пассажирские перевозки в городе Аделаиде. Автобус вмещает до четырёх десятков человек, при этом условия проезда достаточно комфортны — машина оснащена климат-контролем и точками Wi-Fi. По расчётам экспертов, эксплуатация автобуса предотвращает ежегодный выброс 70 тонн углекислоты в атмосферу.

Рисунок 5. Автобус на солнечной энергии Tindo, Австралия

Аналогичный проект — автобус Solar Shuttle — был запущен в студенческом городке в Уинстон-Сейлеме (США, штат Северная Каролина). Кроме того, в ряде швейцарских городов курсируют по маршрутам прогулочные автобусы-поезда Swiss Road Trains, работающие исключительно на энергии солнца.

Рисунок 6. Автобус Solar Shuttle

Солнечные велосипеды

Малоизвестным фактом является то, что первые попытки разработки транспорта на солнечной энергии были предприняты с велосипедами. Фактически такие велосипеды — это гибридные системы, двигающиеся за счёт подзаряжаемого солнцем аккумулятора.

Ранние разработки предусматривали постройку трёхколёсных веломашин с навесной крышей и прицепами, на которые устанавливались энергетические панели. Кроме того, были созданы велосипеды со складными солнечными батареями для подзарядки аккумуляторов во время стоянок, к примеру, модель Lune, в которой панели при простое раскрываются в форме полумесяца.

Значительный прорыв в технологиях создания солнечных велосипедов наметился в 2006 году, когда в Канаде был представлен концепт E-V Sunny Bicycle с панелями, встроенными диски колёс. Машина способна развивать скорость до 30 километров в час. В прошлом году похожую конструкцию презентовала в Нидерландах компания Solar Application Lab.

Рисунок 7. E-V Sunny Bicycle

Поезда

Солнечная энергетика становится важным подспорьем железнодорожной отрасли. Работа в этом сегменте ведётся в двух направлениях — обеспечение электропитания поездов путём установки батарей непосредственно на подвижном составе и генерация энергии для обеспечения работы электрифицированных магистралей.

К первой категории можно отнести венгерский проект Vili, движение которого полностью обеспечивается солнечными батареями. Состав следует по маршруту Киралирет–Кисмарос со скоростью около 25 километров в час и предназначается в основном для экскурсионно-туристических мероприятий.

Рисунок 8. Vili - туристический поезд на солнечных батареях

В Индии между городами Калка и Шимла курсирует поезд «Королева Гималаев» на солнечной тяге. Конструкция энергоблоков позволяет ему обходиться без подключения к стационарной сети в течение двух суток. В качестве вспомогательного энергетического оборудования — для обеспечения работы систем освещения, кондиционирования воздуха — солнечные панели массово устанавливаются на поездах в Японии и Италии.

Рисунок 9. "Королева Гималаев" - Индийский солнечный поезд

Ко второй категории относятся проекты, предусматривающие подключение к солнечным станциям энергосистем железнодорожных магистралей для обеспечения электропитания поездов. В частности, между Парижем и Амстердамом участок пути протяжённостью 3,4 километра оснащён солнечными батареями.

В Великобритании также реализуется проект энергоснабжения магистралей при помощи солнечной энергии. Оператор британских железных дорог — Network Rail — заинтересован в альтернативном энергообеспечении работы составов, поскольку затраты компании на электроэнергию достигают полумиллиарда фунтов стерлингов в год.

Рисунок 10. Мост Блэкфрайарщ, покрытый солнечными панелями

Энергия солнца используется не только для наземного, но и для водного транспорта. Так команда энтузиастов в рамках проекта Sun 21 пересекла на таком транспортном средстве Атлантику за 29 суток, попав в Книгу рекордов Гиннеса.

Рисунок 11. Солнечный катамаран Sun 21

Первое кругосветное путешествие на энергии солнца завершило в 2012 году судно швейцарской разработки Turanor Planetsolar. Переход занял два года. Солнечные панели покрывают этот корабль на площади порядка 500 квадратных метров. Тридцатиметровое судно способно развивать скорость до 14 узлов. Сейчас Turanor Planetsolar работает в районе Гольфстрима, его команда занимается климатическими исследованиями.

Рисунок 12. Turanor Planetsolar

Необычным проектом является Sun Sails компании Solar Sailor — судно, получающее энергию сразу от двух возобновляемых источников — солнца и ветра. Набирают популярность солнечные «речные трамвайчики», которые курсируют по водоёмам в Великобритании и ФРГ. Старт данной инициативе был дан компанией Solar Lab, разработавшей «трамвайчики» линейки Solar Shuttle.

Рисунок 13. Solar Shuttle- речное пассажирское судно, Германия

Опыт европейских коллег перенимают и арабские страны. В Дубае (ОАЭ) запущен деревянный прогулочный катер на солнечных батареях со сроком автономности в шесть часов и максимальной скоростью в 7,5 километров в час.

Также энергия солнца используется в авиации

В 1981 году самолёт Mac Cready Solar Challenger, сконструированный американскими специалистами, поднялся в воздух и со скоростью 48 километров в час проделал путь 258 километров. Уникальность первого в своём роде аппарата заключалась в том, что его силовая установка работала на энергии солнца.

Рисунок 14. Самолет Mac Cready Solar Challenger

Переводу летательных средств на солнечную энергию посвятили себя и швейцарские разработчики. В 2010 продукт их инженерной мысли — самолёт Solar Impulse — взлетел в воздух и не садился на протяжении 26 часов, меняя высоту от 1,5 до 8,5 километра.

Данная модель стала преддверием разработки усовершенствованного варианта инновационного самолёта Solar Impulse 2, с помощью которого швейцарцы хотели продемонстрировать возможность кругосветного путешествия по воздуху на одной лишь солнечной энергии. Планам было суждено сбыться — полёт стартовал в Абу-Даби в марте 2015 года и был завершён там же в июле 2016 года, правда, с промежуточными посадками в разных городах мира. Про недра писали ранее, что на преодоление Атлантики воздушному средству понадобилось 70 часов.

Рисунок 15. Solar Impulse 2

На Solar Impulse 2 работа швейцарцев в освоении новой транспортно-энергетической ниши не закончилась и в декабре 2016 года компания Solar Stratos презентовала новый самолёт. Аппарат способен подниматься на высоту до 25 километров и непрерывно пребывать в воздушном пространстве в течение суток. Первый полёт солнечного самолёта Solar Stratos анонсирован на 2018 год.

Рисунок 16. Solar Stratos