Солнечные батареи на автомобиль: характеристика, особенности эксплуатации

Непрекращающаяся борьба за экологическую чистоту и безопасность окружающей среды спровоцировала разработку и массовое производство солнечных батарей, нашедших применение в различных областях промышленности. Не осталось в стороне и автомобилестроение — маленькие электрические автомобили на солнечных батареях сегодня никого не удивляют.

Принцип работы

Автомобиль на солнечных батареях комплектуется электромотором, источником питания которого выступает гелиосистема, преобразовывающая солнечную энергию в электрическую. Принцип «p-n проходимости» элементов кремниевой солнечной батареи обуславливает образование электрической энергии по определенной схеме:

Верхний n-слой включает фосфор, нижний, p-слой, бор. «P-N проводимость» фотоэлемента определяется так называемым «p-n переходом», образующимся на границе двух слоев.

Отрицательно заряженные электроны формируются в верхнем слое батареи под воздействием солнечных лучей, положительно заряженные — в нижнем слое. Между слоями образуется электрическое поле и разность потенциалов ввиду наличия определенного количества частиц с разными зарядами. Протекание электрического тока по цепи возможно только при наличии нагрузки между подключенными к батарее электродами, при этом положительно заряженные частицы будут двигаться вниз, отрицательно заряженные — вверх.

Вышеописанная схема может использоваться в качестве привода механической передачи автомобиля при условии подключения электрического двигателя и сторонних устройств, отвечающих за функционирование отдельных систем машины, как нагрузки для солнечной батареи.

История создания автомобилей на солнечных батареях

Зарождение отрасли автомобилестроения, специализирующейся на создании транспортных средств на гелиобатареях, пришлось на середину XX века. Ввиду отставания технологий и невозможности создать энергоемкие аккумуляторы и мощные солнечные батареи компактных размеров развитие данной сферы было приостановлено, возобновившись только в 90-е годы. Возросшее КПД гелиосистем дало возможность увеличения количества производимого электричества, новое поколение энергоемких аккумуляторов — возможность создания запаса энергии, достаточного для длительных поездок.

Немалую роль в развитие автомобилей на солнечных батареях привнесли новые типы электромоторов, трансмиссий, конструкций и материалов кузова. На сегодняшний день трансмиссии транспортных средств производятся на основе деталей с минимальным сопротивлением качению, элементы кузова — из легкого и прочного пластика. В качестве электродвигателей применяются бесколлекторные агрегаты с базирующейся на полюсах из магнитных редкоземельных материалов конструкцией.

Мотор-колеса стали еще одним изобретением, давшим толчок развитию данной отрасли. Их технология подразумевает размещение на каждом из ведущих колес электрического двигателя, что значительно повышает суммарный КПД передаточного механизма.

Появление гибких солнечных батарей и увеличение площади поглощения энергии сказалось на повышении мощности солнечных батарей для аккумулятора автомобиля.

Средняя стоимость авто

Высокая цена транспортных средств, использующих в качестве источника энергии гелиосистемы, обусловлена сложностью их сборки и единичным производством. Автоконцерны, разрабатывающие подобные модели, не распространяют информацию о технологиях, машинах и их цене. Несмотря на это, стоимость уже запущенных в серийное производство автомобилей — к примеру, модели Astrolab от французской компании Venturi — составляет порядка семи миллионов рублей.

Достоинства

Перед классическими двигателями внутреннего сгорания автомобили на солнечных батареях обладают рядом преимуществ:

• Экологическая безопасность, обусловленная отсутствием вредных выбросов.
• Неограниченный запас энергии, источником которой является солнце.
• Отсутствие необходимости в возведении станций подзарядки и заправочных станций
• Длительный эксплуатационный срок.
• Доступная и бесплатная энергия.

Недостатки

Широкое внедрение гелиобатарей в эксплуатацию затруднено следующими минусами:

• Высокая стоимость батарей, обусловленная необходимостью использования инновационных технологий и штучным производством.
• В сравнении с двигателями внутреннего сгорания у гоночных автомобилей на солнечных батареях ниже скорость и меньше запас хода.
• Процесс эксплуатации осложнен отсутствием сервисов и ремонтных служб, специализирующихся на гелиосистемах.

Самостоятельная установка

Установку солнечных батарей на автомобиль осуществима своими руками при условии наличия необходимого ручного инструмента, знаний в области механики и электромеханики и свободного времени.

Преобразование солнечной энергии в электрическую осуществляется в коллекторе, размещаемом на кузове автомобиля. Аккумулятор накапливает образующуюся энергию.

Уровень заряда АКБ, расход накопленной энергии и потребление тока электромотором регулируются электронным блоком управления, устанавливаемым в автомобиль. Механическая передача приводит в действие колеса транспортного средства посредством преобразования электроэнергии во вращательное движение.

При установке гелиобатарей желательно использовать конструктивные элементы заводского производства. К корпусу предъявляются только два требования — прочность и небольшой вес. Его габариты зависят от размеров основных узлов и устанавливаемой на крышу автомобиля солнечной батареи. Технические характеристики аккумулятора, электронного блока и электромотора должны соответствовать мощности выбранной панели.

Оптимальное место размещения: крыша машины

Минимальная площадь гелиосистемы для получения необходимой мощности составляет 1 м2, что объясняет частое размещение солнечной батареи на крыше автомобиля. К поверхности крыши панели крепятся специальными кронштейнами, силиконовым клеем или липучками. Гелиобатарея выбирается автовладельцем исходя из поставленных целей: к примеру, для аудиосистемы и прочих украшений в салоне автомобиля на солнечной батарее достаточно установить компактную панель. Для заряда аккумулятора мощности такой станции не хватит.

Размещение на приборной панели

Складные солнечные батареи могут устанавливаться на приборной панели и храниться в багажном отделении. Корпус элемента должен изготавливаться из прочной пластмассы, устойчивой к высоким температурам. Батареи из ненадежного и дешевого материала могут деформироваться под воздействием прямых солнечных лучей и высоких температур.

Солнечные батареи для зарядки аккумулятора автомобиля подключаются двумя способами:

• Стандартный — через прикуриватель.
• Через клеммы АКБ.

Перед установкой и подключением необходимо ознакомиться с инструкцией, предлагаемой производителем солнечной батареи. Причиной повреждения гелиосистемы и электрооборудования автомобиля в большинстве случаев является неправильное подключение батареи.

Правила зарядки АКБ

Значение тока при заряде свинцово-кислотных батарей не должно превышать 10-12 % от их емкости, что сказывается на времени подзарядки АКБ. Качественный и надежный аккумулятор емкостью 60 А/час заряжается током, максимальное значение которого составляет 5-6 А. При таких показателях среднее время заряда составляет 10-12 часов. Риск выхода АКБ из строя возрастает в случае сокращения времени заряда или значительного увеличения указанных параметров.

Солнечные панели минимизируют все риски ввиду того, что их максимальная сила тока не превышает 1-2 А. Мощности до 7 Вт батарее хватает для поддержания работоспособности аккумулятора, в то время как для полной его зарядки требуются гелиобатареи мощностью 50-70 Вт. Подобные системы оснащаются контроллерами, регулирующими технические характеристики панелей и сохраняющими работоспособность и целостность АКБ.

Полная зарядка аккумуляторной батареи емкостью 50 А/час осуществляется за 7-9 часов при использовании солнечной панели мощностью 40 Вт и напряжением 20 В.

Оптимальная длина устанавливаемых на автомобиль солнечных батарей должна составлять один метр, напряжение и мощность — 12 вольт и 15 ватт соответственно. Специалисты настоятельно рекомендуют приобретать контроллер либо аналогичное регулирующее устройство, способное защитить бортовую систему автомобиля и аккумулятор от обратного либо излишнего заряда. Гелиопанели нередко объединяются в единую цепь с целью увеличения мощности и размещаются на крыше машины при ее достаточной площади.

Обзор моделей

В сети представлен широкий ассортимент фото солнечных батарей на автомобиль, однако при богатом выборе не все панели обладают должным качеством и надежностью. Специалисты предлагают остановиться на трех популярных моделях гелиосистем, обладающих необходимыми характеристиками.

Солнечные батареи Sunsei SE-500

Пользующаяся популярностью и востребованностью модель гелиосистемы с компактными габаритами — 38х36х3 сантиметра. Производитель в комплекте предлагает водонепроницаемый чехол для хранения и транспортировки.

Мощность небольших солнечных панелей не превышает 7,5 Вт, сила тока — 0,6 А. Sunsei SE-500 устанавливаются на штатив и поддерживают работоспособность автомобильного аккумулятора на протяжении нескольких часов при условии заглушенного двигателя.

Зарядка аккумуляторной батареи осуществляется как при работающем, так и при выключенном моторе. В комплекте с гелиопанелью поставляется вилка для прикуривателя и клеммы. Судя по отзывам на солнечную батарею для автомобиля, многие потребители устанавливают Sunsei на дизельные лодки, грузовой транспорт и трактора.

Недостатком солнечной панели SE-500 является небольшая мощность, компенсируемая объединением нескольких элементов в единую сеть.

Батарея SunForce

Модель солнечной панели от канадского производителя. Номинальные габариты батареи — 97х35х4 сантиметра, напряжение и мощность — 1,5 А и 17 Вт соответственно. Комплектуется вилкой для прикуривателя, клеммами и контроллером 7А/12В.

Несмотря на свои габариты, с легкостью устанавливается на крыше легких транспортных средств, лодок, грузовых автомобилей и спецтехники. Дополнительным преимуществом модели является возможность работы в туман и дождь.

Панель TCM-15F

Портативные солнечные батареи на автомобиль с гибким корпусом, мощностью 15 Вт, напряжением 1А и компактными габаритами — 60х27х0,5 сантиметра. Благодаря небольшим размерам панель легко складывается и надежно крепится на крыше транспортного средства. Герметичный корпус гелиопанели обладает достаточной надежностью. Технические характеристики обеспечивают достаточно высокий КПД, равный 22 %.

Отзывы

Автовладельцы в отзывах о солнечных батареях на автомобиль отмечают необходимость приобретения полного комплекта оборудования для гелиосистемы, включающего в себя панели, виброустойчивый и прочный корпус с алюминиевой поверхностью, хорошо отводящей тепло, контроллер и аккумулятор. Последний работает только в паре со свинцовыми АКБ и должен обладать номинальной мощностью 12 вольт. Эффективная и бесперебойная работа солнечных батарей возможна только при их перпендикулярном расположении относительно солнечных лучей. В идеале автовладельцы советуют приобретать специальную систему, отслеживающую положение солнца и отыскивающую оптимальный угол положения батареи в автоматическом режиме, однако конструкция такого типа обходится в большую сумму при сборке.

При установке на автомобиль солнечной батареи желательно учитывать характеристики выбранной модели, аккумулятора автомобиля и бортовой сети. Производители гелиопанелей в комплекте поставляют подробную инструкцию по монтажу и эксплуатации продукции с номинальными значениями мощности, емкости и напряжения. Стандартная комплектация также может включать контроллер, клеммы для АКБ и вилку для прикуривателя.

Автомобильные гелиосистемы не являются полноценной заменой аккумуляторной батареи, но позволяют подзаряжать АКБ и обеспечивают питание основного электрооборудования машины. Оптимальный вариант использования солнечной батареи — подзарядка аккумулятора в экстренных ситуациях. Полноценная зарядка АКБ возможна только при помощи сетевого зарядного устройства.