Seda sektorit edendatakse üha enam ökonoomsema turu suunas, kus kasutatakse keskkonnahoidlikumaid tehnoloogiaid. Kuid praegustel, nagu hübriidid või pistikprogrammid, biokütus jne, on kõigil oma plussid ja miinused. Idee a päikeseauto, mida laetakse/töötatakse eranditult Päikese energiaga, kõlab koos vesinikutehnoloogiaga ideaalse lahendusena.
Kuigi mitmed autotööstuse ettevõtted ja idufirmad uurivad seda turunišši, on tegelikkus siiski see, et seisame silmitsi suurte väljakutsetega energiatõhususe ja füüsiliste piirangute osas. Siin analüüsime, kas see on lähitulevikus teostatav või mitte, kuna seda tüüpi sõidukid on jätkusuutlikud panused teel päikeseenergia poole. Selle eelised hõlmavad CO2 heitkoguste vähendamist, ammendamatu ja tasuta energiaallika kasutamist ning müra ja vibratsiooni vähendamist…
Kuidas päikeseauto töötab?
Un päikeseauto või sõiduk See ei erine palju 100% elektriautost, ainult et laetavast akust energia saamise asemel saavad nad seda energiat päikesepaneelilt või selle abil akut laadida. Mootorid ja muud elemendid on aga ühised teistele elektrisõidukitele. Sel põhjusel, et teada saada, kuidas päikesesõiduk töötab, on kõige parem mõista, kuidas fotogalvaaniline paneel töötab.
Noh, fotogalvaaniline või fotoelektriline paneel, tuntud ka kui päikesepaneel, on seade, mis muudab päikesevalguse energia fotogalvaanilise efekti abil elektriks. Siin selgitan tehniliselt ja üksikasjalikult, kuidas see töötab:
- Valguse neeldumine: valgus pole midagi muud kui footonikiired, kandjaosakesed, elektromagnetilise kiirguse liik nähtavas spektris. Kui see päikesevalgus tabab plaadi fotogalvaanilisi elemente, tekib kihtide vahele elektriväli. Fotogalvaanilised elemendid koosnevad kahest pooljuhtmaterjali, tavaliselt räni, kihist, mis on positiivselt laetud piirkonna ja negatiivselt laetud piirkonna loomiseks legeeritud teatud elementidega.
- Elektrivoolu genereerimine: Päikesevalgusest pärinevatel footonitel on piisavalt energiat, et pooljuhtmaterjali aatomitest elektronid vabastada või sealt rebida. Seda protsessi nimetatakse fotoelektriliseks efektiks. Vabad elektronid surutakse elektrivälja toimel negatiivselt laetud kihi poole, samas kui augud, mille nad maha jätavad, surutakse positiivselt laetud kihi poole.
- Elektrivool: tänu sellistele laengukandjate liikumistele saavad välise vooluringi ühendamisel päikesepaneeliga elektronid voolata läbi selle ahela negatiivsest laengukihist positiivse laengukihini, tekitades elektrivoolu sõidukit juhtivate mootorite liigutamiseks, toiteks teisi abielemente või lihtsalt laadima akut, mis hiljem mootoreid toidab. Peab ütlema, et päikesepaneelide toodetav elekter on alalisvool (DC). Mõned elemendid kasutavad aga vahelduvvoolu (AC). Seetõttu tuleb alalisvoolu elekter muuta vahelduvvooluks seadmega, mida nimetatakse inverteriks.
Oluline on seda mainida elektrienergia kogus, mida päikesepaneel kasutab Tootmisvõime sõltub mitmest tegurist, sealhulgas päikesevalguse intensiivsusest, fotogalvaaniliste elementide efektiivsusest ning plaadi orientatsioonist ja kaldest.
Päikesepaneelide tüübid
seal erinevat tüüpi päikesepaneelid, millest igaühel on oma omadused, eelised ja puudused. Näiteks peame eristama:
- Monokristalliline räni: Need on tuntud oma suure tõhususe ja stabiilsuse poolest aja jooksul. Need koosnevad monokristallilistest ränielementidest, see tähendab, et pooljuhtide kristalne võrk on järjestatud ja kõik sama orientatsiooniga. Tänu sellele on neil väga kõrge jõudlus isegi vähese valguse korral ja need on stabiilsemad. Samas kipuvad need olema ka kallimad. Nende kasutegur on tavaliselt umbes 22,8%, mis tähendab, et saabuvast valgusenergiast suudavad nad umbes selle protsendi elektrienergiaks muundada. Ülejäänu läheb raisku soojusena jne.
- Polükristalliline räni- Need on valmistatud sulatatud ja aeglaselt jahutatud räni valuplokkidest, mille tulemusena võivad kristallid olla mitmes suunas, sellest ka nende nimi. Need on üldiselt odavamad kui monokristallilised, kuid veidi väiksema kasuteguriga, kuigi sobivad hästi ka vähese valgusega tingimustes. Selle efektiivsus võib olla vahemikus 14% kuni 16%.
- Perovsklased: See on midagi, millest on viimasel ajal palju räägitud, päikeseenergia vallas esile kerkiv tehnoloogia. Need on viimastel aastatel näidanud kiiret efektiivsuse tõusu, saavutades kasutegur 25,5%. Kuigi perovskiidid on alles arengu algstaadiumis, tõotavad nad päikeseenergiatööstuses revolutsiooni teha ja need pole liiga kallid. Nende vastu on nende vastupidavus ja pikaajaline stabiilsus, mis on siiani ebaselge.
Selles valdkonnas on väljatöötamisel ka teisi paljutõotavaid tehnoloogiaid. Mõned neist võivad aidata kaasa päikesesõiduki muutmisele. Näiteks tandem-päikesepatareid, mis töötavad kaskaadina, paindlikud päikesepaneelid, jne. Näiteks viimasel juhul võiks selle vormida nii, et see kataks kogu sõiduki kere ja oleks seega suurema energiat tootva pinnaga.
Väljakutsed tulevase päikeseauto jaoks
Päikeseenergia sõidukid on paljulubav võimalus säästvama tuleviku jaoks. Kuid, väljakutseid on mitus, mis tuleb laialdaseks rakendamiseks ja kasutamiseks ületada:
- Päikesepaneeli efektiivsus: Päikeseenergia sõidukites kasutatavate päikesepaneelide efektiivsuse maksimeerimine on suur väljakutse. Päikesest saadava energia hulk varieerub olenevalt asukohast ja kliimast ning vajalik on minimaalne efektiivsus, et need sõidukid saaksid töötada mis tahes riigis ja aastaajal.
- ladustamine: Teine probleem on energia salvestamine, kuna neil on vaja akut töötamiseks, kui valgust pole, näiteks öösel, või kui plaatide energiast ei piisa sõiduki täisvõimsusel hoidmiseks. Probleem on selles, et energia säästmine ei ole lihtne ja neil on märkimisväärne kaal, mis tähendab, et sõiduki liigutamiseks on vaja rohkem elektrit. Probleemne ahel, mis tuleks lahendada paremate salvestusvormide ja suurema tihedusega akudega.
- Piiratud ala: Teine probleem on päikesepaneelide paigaldamise piiratud pindala. Kuigi painduvad plaadid võivad katta kogu sõiduki, ei piisa neist praegu praktiliste autode tegemiseks.
Olemasolevad projektid
Praegu on olemas mõned prototüübid ja eksperimentaalsed päikesesõidukid, mõnes ülikoolis korraldatakse seda tüüpi autodele võistlusi, mida korraldavad nende õpilased. Kuid ärilisel tasandil on neil veel palju parandada. Mõned tähelepanuväärsed näited on järgmised:
- Sion firmalt Sono Motors: See on üks esimesi päikeseautosid, mis on välja töötatud.
- Valgusaasta üks: Seda sõidukit esitleti 2019. aastal, kuigi see on vaid projekt.
- Mö by Evovelo: päikeseenergia kompaktautode esitlus.
- Hübriidsonaat: See päikeseauto lubab, et see võib tänu päikeseenergiale lisada autonoomiat täiendavalt 1.300 km aastas, kuigi see pole 100% päikeseenergia.
- Toyota Prius PHV: See sisaldab päikesepaneele, et toita mõned auto funktsioonid, kuid see ei ole siiski täielikult fotogalvaaniline, kuna see on pistik.
- Tesla Cybertruck: Kuigi see pole täielikult päikeseenergia, on Tesla maininud võimalust pakkuda veoauto voodile päikesekatet.