Транспортные средства на солнечных батареях: от исторических корней к будущим инновациям

Транспортные средства на солнечных батареях, когда-то считавшиеся малоизвестной концепцией, теперь привлекают внимание всего мира, поскольку технологии преодолевают разрыв между амбициями и реальностью.

Историческое развитие и последние достижения

Настоящий импульс развитию солнечного транспорта придал нефтяной кризис 1973 года, вынудивший страны мира искать альтернативы нефтяному топливу. Австралия стала пионером в этой области: изобретатели Ханс Толструп и Ларри Перкинс в 1982 году создали «Quiet Achiever» — автомобиль на солнечной энергии, успешно пересекший Австралию. Это достижение положило начало регулярным соревнованиям солнечного транспорта в Австралии, в рамках которых команды преодолевали более 3000 километров, используя только солнечную энергию.

Китай вышел на рынок солнечной техники в 1980-х годах, успешно испытав первую модель «Солнце». Эта модель имела 2808 монокристаллических кремниевых чипов, занимавших площадь 10 квадратных метров, весила всего 159 кг и развивала скорость до 20 км/ч.

Последние годы стали свидетелями впечатляющего прогресса. В 2022 году голландский стартап Lightyear запустил Lightyear 0 стоимостью 263 000 долларов США с солнечными панелями площадью 5 квадратных метров. 

Технологические прорывы продолжают расширять границы. Студенты бельгийского университета недавно проехали на солнечном автомобиле 1051 км за 12 часов, установив новый рекорд дальности. Тем временем Национальная лаборатория возобновляемой энергии США разработала солнечные элементы с впечатляющим КПД преобразования 47,1%, что указывает на будущее, в котором солнечная энергия может стать значительно более эффективной для транспорта.

Проблемы, возникающие при внедрении солнечной техники

Несмотря на эти достижения, широкому распространению солнечной техники препятствует ряд существенных проблем:

• Ограничения эффективности: Современные коммерчески доступные монокристаллические кремниевые солнечные панели достигают практической эффективности лишь около 15% при массовом производстве. Даже при использовании 5 квадратных метров солнечных панелей и 5 часов солнечного света в день автомобиль может выработать всего около 6,4 кВт⋅ч электроэнергии, чего достаточно для ежедневных поездок на расстояние всего 42,7 км.

• Погодная и географическая зависимость: Эффективность солнечной энергии сильно зависит от климатических условий. Оптимальные условия солнечного света — более 5 часов в день — доступны лишь в ограниченном количестве регионов, таких как Тибет и Цинхай в Китае, что делает солнечные автомобили менее практичными во многих регионах.

• Экономические соображения: Высокая стоимость интеграции солнечных батарей остаётся непомерно высокой. Как отмечается в одном из анализов, даже при улучшении систем, позволяющих увеличить дальность действия на 44 км в день, первоначальные инвестиции окупятся за счёт экономии электроэнергии, и потребуются годы.

• Проблемы технической интеграции: Автомобильная среда создает особые проблемы для солнечных систем, включая вибрацию, экстремальные температуры, ограниченное пространство и вес. Эти факторы требуют специальных материалов и инженерных подходов, которые могут выдерживать суровые условия эксплуатации, сохраняя при этом производительность.

Почему электромобили не оснащаются солнечными батареями на крышах?

Несмотря на кажущуюся привлекательность, большинство электромобилей не оснащены солнечными батареями на крышах из-за фундаментальных технических и экономических ограничений. Илон Маск прямо заявил, что «наименее эффективная сфера использования солнечной энергии — это автомобили», указав на недостаточную площадь поверхности и эффективность преобразования в качестве основных ограничений.

Традиционные автопроизводители, такие как Toyota и Hyundai, экспериментировали с вариантами солнечных батарей на крыше, но результаты были скромными. Солнечная крыша Toyota Prius Prime обеспечивала всего около 3,54 км ежедневного запаса хода, в то время как гибридная система Hyundai Sonata добавляла всего 4,8–6,44 км — этого недостаточно для большинства водителей.

Математические расчёты выявляют основную проблему: при современных технологиях энергия, вырабатываемая солнечной панелью размером с автомобиль, просто не может конкурировать с традиционными методами зарядки. Кроме того, возникают технические проблемы, связанные с долговечность, вес и интеграцияранее перевешивали выгоды для большинства производителей.

Специализированные решения по материалам для применения в солнечной энергетике

Чтобы электромобили на солнечных батареях могли преодолеть эти препятствия, им требуются передовые решения в области материалов, учитывающие как эксплуатационные характеристики, так и надежность. Портфель продуктов вашей компании предлагает именно те решения, которые нужны этой развивающейся отрасли:

<р>1. <р>Решения по управлению тепловым режимом

• Теплопроводящие прокладки: Эти компоненты критически важны для управления теплом в солнечных энергосистемах. Новейшие силиконовые термопрокладки с низким уровнем утечки,  минимизируют отделение масла, сохраняя при этом производительность при непрерывной работе в условиях высоких температур. Эта характеристика делает их идеальными для солнечных установок, где необходимо избегать загрязнения.

• Аэрогелевая изоляция: Будучи сверхлегкими теплоизоляционными материалами, аэрогели обеспечивают исключительную защиту от экстремальных температур, добавляя при этом минимальный вес, что имеет решающее значение для эффективности транспортного средства.

<р>2. <р>Компоненты повышенной надежности

• Изоляторы из полипропилена/поликарбоната: Эти материалы обеспечивают как электроизоляцию, так и структурную поддержку систем крепления солнечных панелей, помогая предотвращать короткие замыкания и повышая общую надежность системы.

• Прокладки для защиты от электромагнитных помех: По мере того, как автомобили оснащаются всё большим количеством электронных систем, электромагнитные помехи становятся всё более серьёзной проблемой. Проводящие пенопластовые прокладки защищают чувствительную электронику преобразователей солнечной энергии от электромагнитных помех, обеспечивая стабильную работу.

<р>3. <р>Долговечность и безопасность материалов

• Силиконовая огнестойкая пена: Этот материал обеспечивает двойную защиту от огня и гашение вибраций, что особенно важно для аккумуляторных систем в солнечных транспортных средствах, где безопасность имеет первостепенное значение.

• Теплопроводящая двусторонняя лента: Для фиксации солнечных компонентов с сохранением теплопередачи эти ленты обеспечивают упрощенную сборку и надежное управление тепловым режимом в условиях ограниченного пространства.

Заключение: светлый путь вперед

Хотя автомобили на солнечных батареях сталкиваются со значительными трудностями, технологии продолжают стремительно развиваться. Благодаря таким компаниям, как ваша, предлагающим критически важные решения в области материалов, которые решают проблемы терморегулирования, надежности и безопасности, отрасль имеет больше возможностей для преодоления этих препятствий.