Сонячна машина: реальність чи утопія?

Сектор все більше просувається до більш екологічно чистого ринку з більш екологічними технологіями. Однак усі нинішні, такі як гібриди, плагіни, біопаливо тощо, мають свої плюси та мінуси. Ідея а сонячний автомобіль, який заряджається/працює виключно енергією Сонця, звучить як ідеальне рішення разом із водневою технологією.

Однак, хоча кілька автомобільних компаній і стартапів досліджують цю ринкову нішу, реальність така, що вони все ще ми стикаємось із серйозними викликами з точки зору енергоефективності та фізичних обмежень. Тут ми проаналізуємо, чи можливо це чи ні в найближчому майбутньому, оскільки цей тип транспортного засобу представляє стійку ставку на шляху до сонячної енергії. Його переваги включають зменшення викидів CO2, використання невичерпного та безкоштовного джерела енергії, а також зниження рівня шуму та вібрації…

Як працює сонячний автомобіль?

Un сонячний автомобіль або автомобіль Він мало чим відрізняється від 100% електричного автомобіля, лише те, що замість отримання енергії від акумуляторної батареї вони можуть отримувати цю енергію від сонячної панелі або її можна використовувати для заряджання батареї. Однак двигуни та інші елементи є загальними для інших електромобілів. З цієї причини, щоб знати, як працює сонячний автомобіль, найкраще зрозуміти, як працює фотоелектрична панель.

Ну, фотоелектрична або фотоелектрична панель, також відома як сонячна панель, це пристрій, який перетворює енергію сонячного світла в електрику за допомогою фотоелектричного ефекту. Тут я детально пояснюю, як це працює:

1. Поглинання світла: світло — це не що інше, як пучки фотонів, частинки-носії, тип електромагнітного випромінювання у видимому спектрі. Коли це сонячне світло потрапляє на фотоелектричні елементи пластини, між шарами створюється електричне поле. Фотоелектричні елементи складаються з двох шарів напівпровідникового матеріалу, як правило, кремнію, який леговано певними елементами для створення позитивно зарядженої області та негативно зарядженої області.
2. Вироблення електричного струму: Фотони сонячного світла мають достатньо енергії, щоб вивільнити або відірвати електрони від атомів напівпровідникового матеріалу. Цей процес відомий як фотоелектричний ефект. Вільні електрони штовхаються електричним полем до негативно зарядженого шару, тоді як дірки, які вони залишають, штовхаються до позитивно зарядженого шару.
3. Потік електроенергії: завдяки цим рухам носіїв заряду, коли до сонячної панелі підключено зовнішнє коло, електрони можуть протікати через це коло від шару негативного заряду до шару позитивного заряду, генеруючи електричний струм для руху двигунів, які приводять у рух транспортний засіб, для живлення інших допоміжних елементів або просто для зарядки акумулятора, який згодом живитиме двигуни. Потрібно сказати, що електроенергія, вироблена сонячними панелями, є постійним струмом (DC). Однак деякі предмети використовують змінний струм (AC). Тому електрика постійного струму повинна перетворюватися на змінну за допомогою пристрою, який називається інвертором.

Важливо зазначити це кількість електроенергії, яку виробляє сонячна панель залежить від кількох факторів, включаючи інтенсивність сонячного світла, ефективність фотоелектричних елементів, а також орієнтацію та нахил пластини.

Види сонячних панелей

Там різні види сонячних панелей, кожен зі своїми особливостями, перевагами та недоліками. Наприклад, ми повинні розрізняти:

• монокристалічний кремній: Вони відомі своєю високою ефективністю та стабільністю з часом. Вони складаються з монокристалічних кремнієвих комірок, тобто кристалічна сітка напівпровідника впорядкована, і всі мають однакову орієнтацію. Завдяки цьому вони мають дуже високу продуктивність навіть при слабкому освітленні та більш стабільні. Однак вони також, як правило, дорожчі. Їх ефективність зазвичай становить близько 22,8%, що означає, що надходить приблизно цей відсоток світлової енергії в електрику. Решта витрачається як тепло тощо.
• Полікристалічний кремній- Вони виготовлені зі зливків розплавленого та повільно охолодженого кремнію, в результаті кристали можуть розташовуватися в багатьох напрямках, звідси і їх назва. Вони, як правило, дешевші за монокристалічні, але мають дещо нижчу ефективність, хоча вони також хороші для умов слабкого освітлення. Його ефективність може становити від 14% до 16%.
• Перовські: Це те, про що останнім часом багато говорять, нова технологія в галузі сонячної енергії. За останні роки вони продемонстрували швидке зростання ефективності, досягнувши ККД 25,5%. Незважаючи на те, що перовскіти все ще знаходяться на ранніх стадіях розробки, вони обіцяють революцію в галузі сонячної енергетики, і вони не надто дорогі. Проти них їх довговічність і довгострокова стабільність, що досі неясно.

Існують також інші перспективні технології в цій галузі, які знаходяться на стадії розробки. Деякі з них можуть зробити свій внесок у створення сонячного автомобіля. Наприклад, тандемні сонячні елементи, які працюють у каскаді, гнучкі сонячні панеліі т.д. Наприклад, в останньому випадку його можна формувати таким чином, щоб він покривав весь кузов транспортного засобу і, таким чином, мав більшу поверхню, що виробляє енергію.

Виклики для майбутнього сонячного автомобіля

Сонячні транспортні засоби є перспективним варіантом для більш сталого майбутнього. однак, є кілька проблемs, які необхідно подолати для широкого впровадження та використання:

• Ефективність сонячної панелі: Максимізація ефективності сонячних панелей, які використовуються в сонячних транспортних засобах, є серйозною проблемою. Кількість енергії, яку можна отримати від сонця, залежить від місця розташування та клімату, і необхідний мінімум ефективності, щоб ці транспортні засоби могли працювати в будь-якій країні та порі року.
• Зберігання: Іншою проблемою є накопичення енергії, оскільки їм потрібна батарея для роботи, коли немає світла, наприклад уночі, або коли енергії, яку видають номерні знаки, недостатньо для підтримки повної потужності автомобіля. Проблема полягає в тому, що ефективно накопичувати енергію непросто, і вони мають значну вагу, а це означає, що для руху автомобіля потрібно більше електроенергії. Проблемна петля, яку слід вирішити за допомогою кращих форм накопичувача та батарей вищої щільності.
• Обмежена площа: Ще однією проблемою є обмежена площа для встановлення сонячних панелей. Хоча гнучкі пластини можуть покрити весь автомобіль, наразі їх недостатньо, щоб зробити їх практичними автомобілями.

Існуючі проекти

В даний час є деякі прототипи та експериментальні сонячні апарати, деякі університети мають конкурси для цього типу автомобілів, які проводять їхні студенти. Однак на комерційному рівні їм ще є що покращити. Ось деякі яскраві приклади:

• Sion від Sono Motors: Це один із перших розроблених сонячних автомобілів.
• Світлорічний один: Цей автомобіль був представлений у 2019 році, хоча він залишається лише проектом.
• Mö від Evovelo: демонстрація компактного автомобіля на сонячних батареях.
• Гібридна соната: Цей автомобіль на сонячних батареях обіцяє, що він може збільшити автономію на 1.300 км на рік завдяки сонячній енергії, хоча він не на 100% сонячний.
• Toyota Prius PHV: він містить сонячні панелі для живлення деяких функцій автомобіля, але він все ще не повністю фотоелектричний, оскільки він підключається до мережі.
• Кібервантажівка Tesla: Хоча це не повністю сонячна батарея, Tesla згадала про можливість запропонувати сонячну кришку для кузова вантажівки як опцію.