Автомобіль на сонячних батареях
Сонцемобілі здебільшого машини унікальні. У їх конструкції використовуються оригінальні технічні рішення та нові матеріали. Звідси дуже висока ціна. Наприклад, двомісний сонцемобіль "Мрія" коштував японській автомобільній компанії "Хонда" 2 мільйони доларів. Але гроші були витрачені недаремно. Трасу трансавстралійського ралі 1996 року протяжністю 3000 км він пройшов із середньою швидкістю майже 90 км/год, але в прямому швидкісному ділянці досяг 135 км/год. Рекорд "Мрії" досі ніким не побито. Сонцемобіль - це електромобіль, з фото-електричними перетворювачами (сонячними батареями) досить великої потужності, в яких енергія світла перетворюється на електричний струм, що живить тяговий двигун і заряджає акумулятори.
Конструювання сонцемобілів та випробування їх у перегонах поступово оформилися у новий технічний вид спорту - "брейнспорт". Насправді - це змагання інтелектів авторів сонцемобілів. Там відпрацьовуються параметри транспортних засобів майбутнього. Щоб сонцемобіль з максимальною потужністю сонячних батарей та електромотора всього 1,5-2 кВт міг змагатися з автомобілем, необхідно використовувати найлегші та найміцніші конструкційні матеріали, високоефективні системи електроприводу, останні досягнення аеродинаміки, геліо- та електротехніки, електроніки та інших наук.
Фахівці вважають, що сонячний транспорт серйозно конкуруватиме з автомобільним, коли ефективність доступних за ціною сонячних елементів (фотоелектричних перетворювачів) складе 40-50%. Поки що їх ККД лише 10-12%. Щоб сонцемобілі з потужністю сонячних батарей 1,5-2 кВт "наздогнали" автомобілі з двигунами в 100 разів потужнішими, необхідно використовувати легкі та міцні конструкційні матеріали, ефективнісистеми електроприводу, досягнення аеродинаміки, геліо- та електротехніки, електроніки та інших наук.
Конструкції транспортних засобів майбутнього та відпрацьовуються на ралі сонцемобілів. У сонцемобілів досягнутий мінімальний для наземних екіпажів коефіцієнт аеродинамічного опору (0,1). Досвід концерну "General Motors" при розробці рекордного сонцемобіля "Sunracer" ("Сонячний гонщик") серійне виробництво якого почалося в 1996 році. Його швидкість досягає 130 км/год, до 100 км/год він розганяється за 9 с і на звичайних свинцево-кислотних акумуляторах проходить 100 км. Спеціально для сонцемобілів сконструйовано легкі безколекторні двигуни постійного струму з магнітами з рідкісноземельних металів та ККД до 98%, а також ефективні мікропроцесорні системи керування. У 1993 році на трьох сонцемобілях - лідерах трансавстралійських гонок вперше низькооборотні двигуни вбудували безпосередньо в маточини провідних коліс.
Ідея мотор-колеса, сама по собі не нова, у сонцемобілях дозволила відмовитися від трансмісії та довести ККД приводу до 96-97%. У 1996 р. у трансавстралійському ралі брало участь вже 12 таких конструкцій, а компанія "Honda", натхненна успіхом своєї "Мрії", почала серійний випуск електровелосипедів з мотор-колесом. Відомі виробники шин – "Michelin", "Bridgestone", "Dunlop" – розробляють нові матеріали та протектори для покришок сонцемобілів. Вже створені шини, які при хорошому зчепленні з дорогою мають найнижчий коефіцієнт опору коченню - всього 0,007. Фірма "Michelin" виробляє подібні енергозберігаючі шини і для серійних автомобілів Сонячні батареї невеликої потужності на звичайних автомобілях кондиціонують повітря в салонах і заряджають пускові акумулятори на стоянках, живлять радіо- тателеапаратуру.
Проїхати три тисячі кілометрів і не витратити ні грама бензину, солярки чи іншого енергоносія - таке сьогодні можна побачити тільки на перегонах електромобілів, оснащених сонячними батареями. Нещодавно подібний захід - World Solar Challenge - завершився в Австралії, 22 автомобілі з десяти країн боролися за звання найшвидшої машини, що не споживає палива. Перемогла команда гонщиків Nuon Solar з Голландії: чемпіонам змагань 2001 та 2003 років вдалося досягти рекордної середньої швидкості 102,75 км/год – вони пройшли від Дарвіна до Аделаїди за 29 годин 11 хвилин. Їхній автомобіль Nuna 3 виготовлений на основі новітніх космічних технологій і теоретично здатний розігнатися до 170 кілометрів на годину, використовуючи як паливо тільки сонячне світло. Але чи з'являться такі авто колись на дорогах? Швидше за все, немає, проте окремі їх елементи вже сьогодні впроваджуються у виробництво.
На щорічному автошоу в Детройті деякі відвідувачі ходили навколо збудованого силами студентів Мічиганського університету автомобіля Momentum (в австралійській гонці він посів третє місце), намагаючись з ходу визначити, де зад, де перед. При висоті менше метра, з трьома колесами, схожими на велосипедні - їх ширина всього 65 міліметрів, Momentum несе на собі понад 3000 сонячних батарей. Потужністю в два кіловати і вагою 290 кг разом із водієм, сонцемобіль здатний розвивати швидкість до 105 км/год.
Коштує таке диво техніки чимало: той же Momentum коштував 1,8 мільйона доларів. Зрозуміло, що подібний транспортний засіб ніколи не окупиться, навіть якщо літр бензину коштуватиме сотню доларів. До того ж головна нагорода на перегонах – слава та шана. А чи можна зробити сонцемобіль дешевим? Торік у спекотній Венесуелідержавна автовиробника Bauxita CVG-Bauxilum оприлюднила проект автомобіля на сонячних батареях вартістю всього в шість тисяч євро, причому у двох варіантах - легковому та мікровантажівці. Однак поки що жодних інших новин із цього приводу з Каракаса не приходило.
Однак існує геліотранспорт, який, ймовірно, стане популярним і доступним найближчим часом. Йдеться про маломірні судна, човни, катери, катамарани, яхти та інші водні транспортні засоби, що приводяться в рух сонячною енергією. Саме на воді задовго до появи електромобіля було випробувано перший транспортний засіб із електричним приводом. У 1833 році човен з двома електромоторами і 27 гальванічними батареями піднявся Невою на кілька кілометрів. Належала вона німецькому інженеру Моріцу Якобі, який працював у Петербурзі. Але через низьку енергоємність батарей експерименти довелося припинити. На початку ХХ століття з'явилися маломірні судна із двигунами внутрішнього згоряння. Енергоємність вуглеводневого палива була значно вищою за ту, що могли дати гальванічні батареї. Човни та катери з потужними бензиновими моторами дуже швидко набули найширшого поширення. А електромоторні судна та їх сухопутні "брати" - електромобілі – через обмежений ресурс акумуляторних батарей та складність їх зарядки донедавна залишалися винятковою рідкістю.
Сьогодні судна з бензиновими моторами є практично на кожній водоймі. Вони отруюють воду і повітря, своїм ревом, вихлопними газами, що викликає ерозію берегів сильною хвилею порушують умови життя мешканців річок, озер та морів. Справа дійшла до того, що доводиться обмежувати, а подекуди забороняти рух моторних човнів. Так що у електромоторних суден із сонячними батареямиз'явився шанс стати реальною альтернативою. Екологічно чисті "сонячні" судна найкраще підходять для активного відпочинку, спорту, риболовлі та туризму. Перетворити на "сонячний" транспорт водне судно набагато простіше, ніж машину: на палубі катера або човна набагато більше місця для розміщення сонячних батарей, ніж у кузові автомобіля. Є й інші достоїнства. На відкритих водоймищах фотоелектричні перетворювачі не затінюються ні деревами, ні будинками, ні машинами і тому віддають більше енергії. Водному транспорту не доводиться долати затяжні підйоми та спуски, стрімко розганятися та гальмувати на світлофорах, а отже, їм потрібно менше енергії. На всіх транспортних засобах із сонячним приводом є акумулятори. Їхня ємність і вага залежать від призначення судна. На човнах або катерах для недільних прогулянок вони можуть бути невеликими. Якщо "сонячним" човном користуватися тільки у вихідні, акумулятори можна заряджати в робочі дні, причому сонячні батареї для зарядки акумуляторів варто розміщувати не на самому човні, а на стаціонарній береговій геліостанції. У короткому плаванні можна обійтися і без акумуляторів. Але тоді на випадок негоди потрібно мати на борту резервний рушій: весла, педалі або вітрило. Роль вітрила можуть відігравати сонячні панелі. З них виходить і навіс, який захистить від сонця та дощу. На відміну від ДВС, сучасні човнові електромотори практично не вимагають догляду. Не потрібно тримати на судні ємності для палива та мастил та міняти масло в двигуні.
Екологічно чисті транспортні засоби як наземні, так і водні були представлені в міжнародному екотурі "Фінляндія-2000". Великий інтерес фахівців та глядачів викликала фінська "сонячна" яхта "Сольвейг" з палубою, фанерованою яскраво-синіми фотоелектричними модулями.Встановлений на ній електродвигун потужністю 1,5 кВт дозволяє в сонячну погоду розвивати швидкість до 5 вузлів. Шість акумуляторів ємністю по 125 А год, поміщені всередину кіля, підвищують стійкість судна. У просторій каюті достатньо місця для тривалої подорожі команди із чотирьох-п'яти осіб. Навігаційні прилади, НВЧ-піч, холодильник, як і електромотор, одержують енергію від сонячних батарей.
Щогла, що вільно проходить під низькими мостами, щогла пристосована для вітрила. В екотурі "Фінляндія-2000" брала участь ще одна "сонячна" яхта винахідника Йорма Панкала, названа "Атон" (на ім'я давньоєгипетського бога Сонця). Легке судно, виготовлене зі склопластику, формою нагадує маленький авіаносець. На просторій палубі достатньо місця для розміщення сонячних панелей сумарною потужністю 1200 Вт. На "Атоні" немає щогли, але Й. Панкала має намір обладнати судно вітроелектрогенератором на телескопічній стійці та вітрилом у вигляді повітряного змія. На мілководді, де не можна користуватися гребним гвинтом, пропелер реверсивного електрогенератора працюватиме як повітряний рушій. У днищі яхти є скляний ілюмінатор. Його можна відкрити і облитися морською водою. Осаду судна всього 25 см, тому невисокого борту навколо ілюмінатора цілком достатньо, щоб уникнути затоплення судна Екотур "Фінляндія-2000" переконав усіх, що "сонячні" човни, катери та яхти придатні для плавання навіть у такій північній країні, як Фінляндія, - влітку там сонячних днів не набагато менше, ніж на півдні. Вони можуть бути абсолютно автономними навіть у тривалому плаванні та підходять як для малих річок та озер, так і для відкритих морів. Фотоелектричні перетворювачі енергії, хімічні джерела струму та системи електроприводу, що використовуються на"Сонячні" судна стають все більш ефективними. Вони займають зовсім небагато місця, тому навіть на невеликих "сімейних" яхтах можна розмістити різноманітне додаткове обладнання – від біотуалету до малогабаритної сауни. Це особливо приваблює мандрівників, які звикли до блага цивілізації. "Сонячні" судна майже безшумні. На них розмовляють, не підвищуючи голоси, слухають співи птахів, плескіт хвиль і шум вітру, дихають свіжим повітрям. Скористатись таким транспортом захоче кожен, хто любить здійснювати водні мандрівки.