Solfordon - Solar vehicle
| Del av en serie om |
| Hållbar energi |
|---|
 |
Ett solfordon eller solenergi -fordon är ett elfordon som drivs helt eller avsevärt av direkt solenergi . Vanligtvis omvandlar fotovoltaiska (PV) celler i solpaneler solens energi direkt till elektrisk energi . Termen "solfordon" innebär vanligtvis att solenergi används för att driva hela eller delar av ett fordons framdrivning . Solenergi kan också användas för att tillhandahålla ström för kommunikation eller kontroller eller andra hjälpfunktioner.
Solbilar säljs för närvarande inte som praktiska dagliga transportanordningar, utan är främst demonstrationsbilar och teknikövningar, ofta sponsrade av statliga myndigheter. Indirekt solcellsdrivna fordon är emellertid utbredda och solbåtar finns kommersiellt tillgängliga.
Landa
Solbilar
Solbilar är beroende av PV -celler för att omvandla solljus till el för att driva elmotorer. Till skillnad från solenergi som omvandlar solenergi till värme, omvandlar PV -celler direkt solen till elektricitet. Till exempel den nyligen lanserade Hyundai Solar Car, som har solpaneler monterade på taket på bilen. PV -panelerna på bilen skulle generera el för att ladda batterierna i bilen.
Utformningen av en solbil är starkt begränsad av mängden energi som matas in i bilen. Solbilar är byggda för solbilsrace och även för allmänt bruk. Även de bästa solcellerna kan bara samla begränsad kraft och energi över området på en bils yta. Detta begränsar solbilar till ultralätta kompositkroppar för att spara vikt. De flesta studentbyggda solbilar saknar säkerhets- och bekvämlighetsegenskaperna hos konventionella fordon och är därmed inte lagliga på gatan. Den första solfamiljbilen, Stella, byggdes 2013 av studenter i Nederländerna. Detta fordon klarar 890 km (550 mi) på en laddning under solljus. Den väger 390 kg (850 lb) och har en 1,5 kWh solceller. Solfordon måste vara lätta och effektiva. 1400 kg (3000 lb) pund eller till och med 1 000 kg (2000 lb) fordon är mindre praktiska eftersom den fångade solenergin inte skulle ta dem särskilt långt. Stella Lux , efterträdaren till Stella, slog rekord med 1500 km (932 mi) enladdningssträcka. Under racing kan Stella Lux 1100 km (700 mi) under dagsljus. Med 72 km/h (45 mph) har Stella Lux oändligt räckvidd. Detta beror igen på hög effektivitet inklusive en dragkoefficient på 0,16. Den genomsnittliga familjen som aldrig kör mer än 320 km om dagen behöver aldrig ladda från elnätet. De skulle bara ansluta om de ville återföra energi till elnätet.
Några av de studenter som byggde Stella Lux grundade ett företag, Lightyear , för att kommersialisera denna teknik.
Solbilar är ofta utrustade med mätare och/eller trådlös telemetri för att noggrant övervaka bilens energiförbrukning, solenergi fångst och andra parametrar. Trådlös telemetri är vanligtvis att föredra eftersom det gör att föraren kan koncentrera sig på att köra, vilket kan vara farligt i en sådan bil utan säkerhetsfunktioner. Solar Electric Vehicle -systemet designades och konstruerades som ett enkelt att installera (2 till 3 timmar) integrerat tillbehörssystem med en specialgjuten lågprofil solmodul, ett extra batteri och laddningskontrollsystem.
Som ett alternativ kan ett batteridrivet elfordon, såsom Sono Motors Sion , använda en solcellsanordning för att ladda; matrisen kan vara ansluten till det allmänna elektriska distributionsnätet.
Solbussar
Solbussar drivs av solenergi, som helt eller delvis samlas in från stationära solpanelinstallationer. Den Tindo bussen är en 100% sol buss som fungerar som gratis kollektivtrafik tjänst i Adelaide staden som ett initiativ av kommunfullmäktige. Busstjänster som använder elektriska bussar som delvis drivs av solpaneler installerade på busstaket, avsedda att minska energiförbrukningen och förlänga livscykeln för elbussens laddningsbara batteri, har införts i Kina.
Solbussar ska särskiljas från konventionella bussar där bussens elektriska funktioner, såsom belysning, värme eller luftkonditionering, men inte själva framdrivningen, matas med solenergi. Sådana system är mer utbredda eftersom de gör det möjligt för bussföretag att uppfylla specifika regler, till exempel de lagar för tomgång som gäller i flera av de amerikanska delstaterna, och kan eftermonteras på befintliga fordonsbatterier utan att byta ut den konventionella motorn.
Enspåriga fordon
De första sol "bilarna" var faktiskt trehjulingar eller fyrhjulingar byggda med cykelteknik. Dessa kallades solarmobiler vid det första solcykelloppet, Tour de Sol i Schweiz 1985. Med 72 deltagare använde hälften uteslutande solenergi medan den andra hälften använde soldrivna hybrider. Några riktiga solcyklar byggdes, antingen med ett stort soltak, en liten bakpanel eller en släpvagn med en solpanel. Senare byggdes mer praktiska solcyklar med fällbara paneler som endast kan sättas upp under parkering. Ännu senare lämnades panelerna hemma, matade in i elnätet och cyklarna laddades från elnätet. Idag finns högutvecklade elcyklar tillgängliga och dessa använder så lite ström att det kostar lite att köpa motsvarande mängd solenergi. "Solen" har utvecklats från verklig hårdvara till ett indirekt bokföringssystem. Samma system fungerar också för elektriska motorcyklar, som också först utvecklades för Tour de Sol .
Ansökningar
Venturi Astrolab 2006 var världens första kommersiella el-solhybridbil och skulle ursprungligen släppas i januari 2008.
I maj 2007 ändrade ett partnerskap av kanadensiska företag under ledning av Hymotion en Toyota Prius för att använda solceller för att generera upp till 240 watt elkraft i fullt solsken. Detta rapporteras som tillåter upp till 15 km extra räckvidd på en solig sommardag när du bara använder elmotorerna.
En uppfinnare från Michigan, USA, byggde en gata som var laglig, licensierad, försäkrad, soladlad elektrisk scooter 2005. Den hade en topphastighet kontrollerad på lite över 30 mph och använde utfällbara solpaneler för att ladda batterierna medan den stod parkerad.
Hjälpkraft
Fotovoltaiska moduler används kommersiellt som hjälpkrafter på personbilar för att ventilera bilen, vilket sänker temperaturen i kupén medan den står parkerad i solen. Fordon som Prius 2010 , Aptera 2 , Audi A8 och Mazda 929 har 2010 haft soltak för solenergi för ventilation.
Ytan av solcellsmoduler som krävs för att driva en bil med konventionell design är för stor för att bäras ombord. En prototypbil och släpvagn har byggts som heter Solar Taxi. Enligt webbplatsen kan den 100 km/dag med 6 m 2 vanliga kristallina kiselceller. El lagras med ett nickel/saltbatteri . Ett stationärt system som en solpanel på taket kan dock användas för att ladda konventionella elfordon.
Det är också möjligt att använda solpaneler för att utöka räckvidden för en hybrid- eller elbil, som ingår i Fisker Karma , som finns som tillval på Chevy Volt , på huven och taket på "Destiny 2000" -modifieringar av Pontiac Fieros , Italdesign Quaranta , Free Drive EV Solar Bug och många andra elfordon, både koncept och produktion. I maj 2007 lade ett partnerskap mellan kanadensiska företag under ledning av Hymotion till PV -celler till en Toyota Prius för att utöka sortimentet. SEV hävdar 32 km (20 mi) per dag från deras kombinerade 215 Wh -modul monterad på biltaket och ytterligare 3 kWh batteri.
Den 9 juni 2008 tillkännagav de tyska och franska presidenterna en plan för att erbjuda en kredit på 6-8 g/km CO 2 -utsläpp för bilar utrustade med teknik "som ännu inte har beaktats under standardmätningscykeln för en bils utsläpp ". Detta har gett upphov till spekulationer om att fotovoltaiska paneler kan antas allmänt på bilar inom en snar framtid.
Det är också tekniskt möjligt att använda fotovoltaisk teknik, (särskilt termofotovoltaisk (TPV) -teknologi) för att tillhandahålla drivkraft för en bil. Bränsle används för att värma en emitter. Den genererade infraröda strålningen omvandlas till elektricitet av en PV -cell med låg bandgap (t.ex. GaSb). En prototyp TPV hybridbil byggdes till och med. "Viking 29" var världens första termofotovoltaiska (TPV) drivna bil, designad och byggd av Vehicle Research Institute (VRI) vid Western Washington University. Effektiviteten skulle behöva ökas och kostnaden minskas för att göra TPV konkurrenskraftig med bränsleceller eller förbränningsmotorer.
Personlig snabb transitering
Flera personliga snabbtransport (PRT) -koncept innehåller fotovoltaiska paneler.
Järnväg
Järnvägar har ett lågt rullmotståndsalternativ som skulle vara fördelaktigt för planerade resor och hållplatser. PV -paneler testades som APU: er på italiensk rullande materiel under EU -projektet PVTRAIN . Direktmatning till ett DC -nät undviker förluster genom DC till AC -konvertering. DC -nät finns bara inom eldrivna transporter: järnvägar, spårvagnar och vagnar. Omvandling av likström från PV -paneler till växelström (AC) uppskattades orsaka att cirka 3% av elen slösades bort.
PVTrain drog slutsatsen att mest intresse för PV för järnvägstransporter var på godsvagnar där elektrisk kraft ombord skulle tillåta ny funktionalitet:
- GPS eller andra positioneringsanordningar för att förbättra användningen av flottans hantering och effektivitet.
- Elektriska lås, en bildskärm och fjärrkontrollsystem för bilar med skjutdörrar, för att minska risken för rån på värdefulla varor.
- ABS -bromsar, vilket skulle höja fraktbilarnas maximala hastighet till 160 km/h, vilket förbättrar produktiviteten.
Smalspårslinjen Kismaros-Királyrét nära Budapest har byggt en soldriven järnvägsvagn som heter 'Vili'. Med en maxhastighet på 25 km/h drivs 'Vili' av två 7 kW motorer som kan regenerera bromsa och drivs av 9,9 m2 PV -paneler. El lagras i inbyggda batterier. Förutom inbyggda solpaneler finns det möjlighet att använda stationära (off-board) paneler för att generera el speciellt för transport.
Några pilotprojekt har också byggts inom ramen för projektet "Heliotram", till exempel spårvagnsdepåerna i Hannover Leinhausen och Genève (Bachet de Pesay). 150 kW p Genève-platsen injicerade 600 V DC direkt i spårvagns-/trolleybusselnätet gav cirka 1% av den el som Genèves transportnät använde vid öppnandet 1999. Den 16 december 2017 sjösattes ett helt soldrivet tåg i New South Wales, Australien. Tåget drivs med ombord solpaneler och ombord laddningsbara batterier. Den rymmer 100 sittande passagerare för en resa på 3 km.
Nyligen har Imperial College London och miljöorganisationen 10:10 tillkännagivit projektet Renewable Traction Power för att undersöka att använda solpaneler på banan för att driva tåg. Samtidigt tillkännagav indiska järnvägar sin avsikt att använda PV ombord för att köra luftkonditioneringssystem i järnvägsvagnar. Dessutom meddelade Indian Railways att den ska genomföra en provkörning i slutet av maj 2016. Den hoppas att i genomsnitt 90 800 liter diesel per tåg kommer att sparas på årsbasis, vilket i sin tur leder till minskning av 239 ton CO 2 .
Vatten
Soldrivna båtar har huvudsakligen begränsats till floder och kanaler, men 2007 seglade en experimentell katamaran på 14 meter, Sun21 seglade Atlanten från Sevilla till Miami och därifrån till New York. Det var den första korsningen av Atlanten som bara drivs av solceller.
Japans största rederi Nippon Yusen KK och Nippon Oil Corporation sa att solpaneler som kan generera 40 kilowatt el skulle placeras ovanpå ett 60 213 ton biltransportfartyg som ska användas av Toyota Motor Corporation .
År 2010 presenterades Tûranor PlanetSolar , en 30 meter lång, 15,2 meter bred katamaranbåt som drivs av 470 kvadratmeter solpaneler. Det är hittills den största soldrivna båten som någonsin byggts. År 2012 blev PlanetSolar det första solenergifordonet någonsin för att kringgå världen.
Olika demonstrationssystem har gjorts. Märkligt nog drar ingen nytta av den enorma effektförstärkning som vattenkylning skulle medföra.
Den låga effekttätheten hos nuvarande solpaneler begränsar användningen av solcellsdrivna kärl; men båtar som använder segel (som inte genererar el till skillnad från förbränningsmotorer) förlitar sig på batterikraft för elektriska apparater (t.ex. kylning, belysning och kommunikation). Här har solpaneler blivit populära för laddning av batterier eftersom de inte skapar buller, kräver bränsle och ofta kan läggas sömlöst till befintligt däckutrymme.
Luft
Solfartyg kan hänvisa till soldrivna luftskepp eller hybridluftskepp.
Det finns ett betydande militärt intresse för obemannade flygplan (UAV); solenergi skulle göra det möjligt för dem att stanna uppe i månader och bli ett mycket billigare sätt att utföra vissa uppgifter som görs idag av satelliter. I september 2007 rapporterades den första framgångsrika flygningen i 48 timmar under konstant UAV. Detta är troligen den första kommersiella användningen för solceller under flygning.
Många demonstrationssolflygplan har byggts, några av de mest kända av AeroVironment .
Bemannade solflygplan
- Gossamer Penguin
- Solar Challenger - Detta flygplan flög 262 kilometer (163 mi) från Paris, Frankrike, till England med solenergi.
- Sunseeker Duo
- Solar Impulse- två enkelsitsiga flygplan, varav det andra kringgått jorden. Det första flygplanet genomförde en 26-timmars testflygning i Schweiz den 8–9 juli 2010. Flygplanet flög till en höjd av nästan 8 500 m (27 900 fot) av Andre Borschberg . Den flög över natten med hjälp av batteri. Det andra flygplanet, något större och kraftfullare, startade från Abu Dhabi 2015, flög mot Indien och sedan österut över Asien. Efter att ha upplevt batteriets överhettning tvingades det dock stanna på Hawaii under vintern. I april 2016 återupptog den sin resa och slutförde sin världsomspännande resa och återvände till Abu Dhabi den 26 juli 2016.
- SolarStratos- Schweiziskt stratosfäriskt 2-sitsigt solplan planerar att klättra till stratosfären.
- Solair - Solair I och Solair II är två tyskdesignade elektriska flygplan.
Hybrid luftskepp
En kanadensisk nystartad Solar Ship Inc utvecklar solcellsdrivna hybridluftskepp som kan köras enbart med solenergi. Tanken är att skapa en livskraftig plattform som kan resa var som helst i världen och leverera kalla medicinska förnödenheter och andra nödvändigheter till platser i Afrika och norra Kanada utan att behöva någon form av bränsle eller infrastruktur. Förhoppningen är att teknikutvecklingen i solceller och den stora yta som hybridluftskeppet tillhandahåller räcker för att göra ett praktiskt soldrivet flygplan. Några nyckelfunktioner i Solarship är att det kan flyga på aerodynamisk hiss ensam utan lyftgas, och solcellerna tillsammans med kuvertets stora volym gör att hybridluftskeppet kan omkonfigureras till ett mobilt skydd som kan ladda batterier och annan utrustning .
Hunt GravityPlane (får inte förväxlas med det markbaserade tyngdkraftsplanet ) är ett föreslaget gravitationsdrivet glidflygplan av Hunt Aviation i USA. Den har också aerofoilvingar, vilket förbättrar lyft-dragförhållandet och gör det mer effektivt. GravityPlane kräver en stor storlek för att få ett tillräckligt stort volym-till-vikt-förhållande för att stödja denna vingstruktur, och inget exempel har ännu byggts. Till skillnad från en driven segelflygplan , inte GravityPlane inte förbrukar ström under klättring fas av flygningen. Den förbrukar dock kraft vid de punkter där den ändrar sin flytkraft mellan positiva och negativa värden. Hunt hävdar att detta ändå kan förbättra farkostens energieffektivitet, liknande den förbättrade energieffektiviteten för undervattensflygplan över konventionella framdrivningsmetoder. Hunt föreslår att den låga energiförbrukningen ska göra det möjligt för båten att skörda tillräckligt med energi för att stanna uppe på obestämd tid. Det konventionella tillvägagångssättet för detta krav är användning av solpaneler i ett soldrivet flygplan . Hunt har föreslagit två alternativa metoder. Det ena är att använda ett vindkraftverk och skörda energi från luftflödet som genereras av glidrörelsen, det andra är en termisk cykel för att extrahera energi från skillnaderna i lufttemperatur på olika höjder.
Obemannade luftfordon
- Pathfinder och Pathfinder -Plus - Denna UAV visade att ett flygplan kunde stanna uppe under en längre tid som drivs uteslutande av solenergi.
- Helios - Denna solcells- och bränslecellsdrivna UAV härstammar från Pathfinder -Plus och sätter ett världsrekord för flygning på 29 524 m (96 864 fot).
- Qinetiq Zephyr - byggd av Qinetiq, satte denna UAV det inofficiella världsrekordet för längst obemannad flygning över 82 timmar den 31 juli 2008. Bara 15 dagar efter Solar Impulse -flygningen som nämns ovan, den 23 juli 2010, Zephyr, en lätt obemannad antenn fordon konstruerat av det brittiska försvarsföretaget QinetiQ , hävdade uthållighetsrekordet för ett obemannat flygfordon. Den flög på himlen i Arizona i över två veckor (336 timmar). Det har också skjutit upp till (21 562 m (70 741 fot).
- Kinas konstruerade och tillverkade UAV nådde framgångsrikt en höjd av 20 000 meter (66 000 fot) under en testflygning i landets nordvästra regioner. Den heter "Caihong" (CH) eller "Rainbow" på engelska och utvecklades av ett forskargrupp från CASC .
Framtida projekt
- Den BAE Systems phasa-35 som utvecklats av BAE Systems och rymdteknik fast Matic för testflygningar i 2019.
- Titan Aerospace förvärvat av Google syftade till att utveckla Solar UAV, men projektet verkar överges
- Sky-Sailor (riktat mot Marsflyg)
- Olika solluftskeppsprojekt, som Lockheed Martins "High Altitude Airship"
Plats
Soldrivna rymdfarkoster
Solenergi används ofta för att leverera ström till satelliter och rymdfarkoster som arbetar i det inre solsystemet eftersom det kan leverera energi under lång tid utan överskott av bränslemassa. En kommunikationssatellit innehåller flera radiosändare som fungerar kontinuerligt under sin livstid. Det vore oekonomiskt att driva ett sådant fordon (som kan vara i omloppsbana i flera år) från primära batterier eller bränsleceller , och tankning i omloppsbana är inte praktiskt. Solenergi används emellertid inte i allmänhet för att justera satellitens position, och en kommunikationssatellits livslängd kommer att begränsas av den stationära bränsletillförseln ombord.
Soldrivna rymdfarkoster
Några rymdfarkoster som arbetar inom Mars -banan har använt solenergi som energikälla för sitt framdrivningssystem.
Alla nuvarande soldrivna rymdfarkoster använder solpaneler i samband med elektrisk framdrivning , vanligtvis jondrivningar eftersom detta ger en mycket hög avgashastighet och minskar drivmedlet över en raket med mer än en faktor tio. Eftersom drivmedel vanligtvis är den största massan på många rymdfarkoster minskar detta uppskjutningskostnaderna.
Andra förslag på solfartyg inkluderar solvärme av drivmedel, vanligtvis väte eller ibland vatten. En elektrodynamisk tether kan användas för att ändra en satellits orientering eller justera dess bana.
Ett annat koncept för soldrivning i rymden är ljusseglet ; detta kräver inte omvandling av ljus till elektrisk energi, istället förlitar sig direkt på ljusets lilla men ihållande strålningstryck .
Planetutforskning
De kanske mest framgångsrika soldrivna fordonen har varit "roversna" som används för att utforska ytor på månen och Mars. Lunokhod -programmet från 1977 och Mars Pathfinder från 1997 använde solenergi för att driva fjärrstyrda fordon. Dessa rovers livslängd överskred långt de gränser för uthållighet som skulle ha införts om de hade drivits med konventionella bränslen. De två Mars Exploration Rovers använde också solenergi.
Elfordon med solhjälp
Ett schweiziskt projekt, kallat "Solartaxi", kringgick världen. Detta var första gången i historien som ett elfordon (inte självförsörjande solfordon) hade gått runt i världen och täckt 50000 km på 18 månader och korsat 40 länder. Det var ett vägvärdigt elfordon som släpade en släpvagn med solpaneler, med en 6 m² stor solcellsanordning. Solartaxi har Zebra -batterier , som tillåter en räckvidd på 400 km utan laddning. Bilen kan också köra 200 km utan släp. Dess maximala hastighet är 90 km/h. Bilen väger 500 kg och släpvagnen väger 200 kg. Enligt initiativtagaren och turnéchefen Louis Palmer kan bilen i massproduktion tillverkas för 16000 euro. Solartaxi turnerade världen från juli 2007 till december 2008 för att visa att lösningar för att stoppa den globala uppvärmningen finns och för att uppmuntra människor att leta efter alternativ till fossila bränslen . Palmer föreslår att den mest ekonomiska platsen för solpaneler för en elbil är att bygga hustak, men liknar det med att sätta in pengar på en bank på en plats och ta ut dem på en annan.
Solar Electric Vehicles lägger till konvexa solceller på taket på hybridelektriska fordon.
Plug-in hybrid- och solfordon
En intressant variant av elfordonet är trippelhybridfordonet - PHEV som också har solpaneler som hjälp.
2010 Toyota Prius -modellen har en möjlighet att montera solpaneler på taket. De driver ett ventilationssystem medan de är parkerade för att ge kylning. Det finns många tillämpningar av solceller i transport antingen för drivkraft eller som hjälpenergienheter , särskilt när krav på bränsle, underhåll, utsläpp eller buller hindrar förbränningsmotorer eller bränsleceller. På grund av det begränsade området som finns på varje fordon är antingen hastighet eller räckvidd eller båda begränsade när de används för drivkraft.
Begränsningar
Det finns gränser för att använda fotovoltaiska (PV) celler för fordon:
- Strömtäthet: Ström från en solcellsgrupp begränsas av fordonets storlek och yta som kan utsättas för solljus. Detta kan också övervinnas genom att lägga till en platta och ansluta den till bilen och detta ger mer utrymme för paneler för att driva bilen. Även om energi kan ackumuleras i batterier för att sänka toppbehovet på matrisen och ge drift under solfria förhållanden, tillför batteriet vikt och kostnad för fordonet. Effektgränsen kan minskas genom att ansluta och ladda batterierna från elnätet.
- Kostnad: Även om solljuset är gratis, är PV -celler för att fånga det solljuset inte. Kostnaden för solceller minskar dock stadigt (22% kostnadsminskning per fördubbling av produktionsvolymen).
- Designhänsyn: Även om solljus inte har någon livslängd, gör PV -celler det. Livslängden för en solmodul är cirka 30 år. Standard solceller har ofta en garanti på 90% (från nominell effekt) efter 10 år och 80% efter 25 år. Mobilapplikationer kommer sannolikt inte att kräva livslängd så länge som att bygga integrerade PV- och solparker. Nuvarande PV -paneler är mestadels avsedda för stationära installationer. Men för att bli framgångsrik i mobilapplikationer måste PV -paneler utformas för att klara vibrationer. Solpaneler, särskilt de som innehåller glas, har också en betydande vikt. För att dess tillägg ska vara av värde måste en solpanel ge energi motsvarande eller större än den energi som förbrukas för att driva dess vikt.