Авто на солнечной энергии: как мечта столкнулась с реальностью

Идея использовать бесплатную и бесконечную, экологически чистую энергию Солнца не даёт покоя изобретателям уже много лет.

Фото: commons.wikimedia.org by Огидья, https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/

Передняя часть солнечного городского автомобиля SQUAD, представленного на выставке Fully Charged 2022 в Амстердаме

Действительно, наше светило можно представить, как огромный термоядерный реактор, который будет работать ещё миллиарды лет. И сегодня солнечную энергию применяют где-то более эффективно, где-то менее. Разумеется, электростанции устанавливают в таких климатических зонах, где тепло и очень мало пасмурных дней. Если ещё установить панели (фотоэлементы) под правильным углом, то эффективность такой стационарной установки возрастёт. В некоторых странах солнечную энергию используют довольно успешно.

Но автомобиль — совсем не статичное изделие. Стоит разобраться, какие нюансы препятствуют распространению машин, использующих для передвижения солнечные лучи. Но сначала несколько слов о работе фотоэлементов.

Особенности применения солнечных панелей

Сразу стоит сказать, что их КПД в лучшем случае достигает 46%. Эффективность подсчитать просто: один квадратный метр поверхности нашей планеты собирает примерно 1 кВт солнечной энергии в среднем (0,2-2 кВт, в зависимости от региона). В идеальном случае батарея в ясную погоду способна сконцентрировать один киловатт-час, если она будет иметь площадь один "квадрат". Однако принято считать, что в реальных условиях энергоёмкость панели в четыре раза меньше.

Например, Tesla Model 3 на одном киловатт-часе проедет семь километров. Если поставить четыре квадратных метра фотоэлементов, то через шесть часов зарядки от Солнца при совершенно ясной погоде машина преодолеет 160 километров. Однако с учётом описанных выше реальных условий получится, что для проезда этих километров авто надо заряжать 26 часов. Это много. Вспомните, что электрокар до 100% через розетку восполняет ёмкость АКБ за 8-12 часов, а на ЭЗС и вовсе за полчаса (до 80%). Вот уже и первый минус солнечных батарей.

Но он далеко не единственный и поэтому переходим к следующим препятствиям, мешающим распространяться солнцемобилям.

Дороговизна солнцемобилей

В мире есть автомобили, использующие для вращения исключительно солнечную энергию. Но их очень мало, и они специфичны, то есть совершенно не приспособлены для коммерческого использования. Ведь недостаточно только поставить солнечные панели и — вперёд! Понадобится инвертор для преобразования энергии в 12 В постоянного тока, нужен аккумулятор, где энергия будет храниться для использования в пасмурные дни. Наконец, потребуется электронный блок, чтобы регулировать все процессы зарядки/разрядки. А для изготовления фотоэлементов необходим недешёвый кремний, редкоземельные металлы. Приплюсуйте сюда ещё работы по установке солнечных панелей на автомобиль. А это совсем непросто, учитывая его сложную конфигурацию.

Зависимость от погоды и расположения

Здесь имеется в виду не только необходимость зарядки аккумулятора в солнечном регионе. Есть и другие факторы. Например, в сильную жару, как это ни странно, производительность панелей падает примерно на 10%. Это связано с тем, что при чрезмерном нагреве атомы двигаются хаотично и увеличивают внутреннее сопротивление фотоэлементов. Чтобы обеспечить максимальную эффективность, нужно располагать панели под определённым углом (оптимально — 38°) к лучам солнца. На автомобиле это невозможно — он же почти всегда в движении.

С другой стороны, зимой, плохо себя чувствовать будут аккумуляторы. При отрицательной температуре они заряжаются хуже и медленнее, особенно литий-ионные.

Об удобствах эксплуатации солнцемобиля

Фотоэлементы нужно постоянно поддерживать в чистоте, чтобы свет на них проходил беспрепятственно, мыть крышу требуется очень тщательно. В случае парковки придётся выбирать не тень, как все это делают в жаркую погоду, а наоборот, самое пекло. И под каким углом будут падать лучи на крышу авто — неизвестно. Да и что будет с салоном, до какой степени он нагреется, тоже не понятно. Включать кондиционер? Но это же расход энергии!

Об эстетике... Впишется ли экстерьер авто с панелями на крыше, а то и капоте, в современные модные тенденции — большой вопрос. И многих покупателей он волнует даже сильнее, чем расход топлива, электроэнергии. Это тоже стоит учитывать.

Технические моменты солнцемобилей

"Ничто не вечно под Луной", и солнечные панели тоже. Замена хотя бы одной из них выльется в серьёзную сумму. Возможно, придётся демонтировать весь блок фотоэлементов, чтобы найти виновника. Это связано с тем, что для экономии солнечный модуль зачастую подключают к одному инвертору при последовательном соединении. Найти при таком техническом решении неисправный элемент довольно проблематично. Это как в ёлочной гирлянде найти перегоревшую лампу, если все они подсоединены последовательно. Одна не работает — не светит вся иллюминация.

Ну а что с реальными машинами, которые всё-таки уже выпустили, хоть и штучно, автопроизводители?

Авто на солнечных батареях

В большинстве случаев энергия светила используется как вспомогательная: для подзарядки аккумулятора, питания некоторых систем, магнитолы, например.

1. Toyota Prius Prime 2023 года — гибрид, укомплектованный солнечными панелями мощностью 860 Вт, интегрированными в крышу. В идеальных условиях авто получит энергии примерно на 50 километров пробега. Однако в реальности фотоэлементы за день подзарядят аккумулятор, добавив к запасу хода шесть километров за сутки.
2. Lightyear One представила авто с более обширной площадью, занятой солнечными элементами. По утверждению её представителей, за день авто набирает энергии на 60-70 километров. В 2021 году стартап обещал запустить массовое производство солнцемобилей, но в 2023-м фирма… обанкротилась.
3. Hyundai Sonata Hybrid 2019 года тоже имеет крышу с фотоэлементами. Если в день машина будет стоять под солнцем по шесть часв, то этого хватит на три с половиной дополнительных километра пробега в сутки. Тут, кажется, и так всё понятно, особенно в плане езды на таком авто по России.

Две последних модели с "солнечной опцией" сегодня уже почти не предлагают покупателям из-за отсутствия спроса. Выгоды от фотоэлементов очень мало, а цена авто выше. Зачем лишние траты и дополнительные заботы? Ну разве что в плане интереса, просто любопытства…

Выводы о солнцемобилях

На сегодняшний день появление авто с источником энергии только от Солнца нереально. Исключение составляют специальные машины, участвующие в ежегодных гонках, например, в Австралии. Это очень лёгкая техника, на которой вся наружная поверхность — один сплошной фотоэлемент. Кстати, сегодня проводят такие соревнования и поближе к РФ — в Казахстане. В этом году они уже состоялись 16 июня.

На таких гонках изобретатели, инженеры оттачивают свои технологии. Когда-то и электромобили были на таком же сложном пути совершенствования. Но технический прогресс взял своё и сегодня они постепенно завоевывают мировой рынок. Не исключено, что так же будет и с солнцемобилями.