Гибкая солнечная панель для авто на крышу: обзор вариантов

Устройство гибких солнечных панелей

Преобразование энергии солнца в электрическую люди изучили достаточно давно, но коммерческие образцы солнечных панелей появились на рынке только в последние годы. Ещё несколько десятилетий назад они использовались только в космонавтике или военной сфере. Сейчас выпущено множество устройств, которые функционируют от солнечной энергии. В качестве примера можно привести калькуляторы, аккумулятор для телефона с солнечной панелью, солнечная батарея для зарядки автомобильной АКБ, всевозможные водонагреватели и системы обогрева частных домов.

Самые первые солнечные батареи были тяжёлыми и крупногабаритными. Кроме того, у них был небольшой КПД. Но постепенно конструкция совершенствовалась, размеры уменьшались, а эффективность росла. Сейчас им уже не требуется максимальный солнечный свет для выработки электричества. Затем появились гибкие солнечные батареи, что стало существенным прорывом в области альтернативных источников энергии.

Гибкая панель – это полупроводниковый слой, который напылён на тонкую подложку. Современные образцы имеют толщину около 1 микрометра. При этом по производительности они примерно соответствуют обычным кристаллическим моделям. Первоначально такие батареи производились на базе аморфного кремния. Затем стали использовать:

• диселениды медь-индий, медь-галлий;
• теллуриды и сульфиды кадмия;
• полимерные соединения.

Чтобы увеличить эффективность гибких панелей производители используют многослойную конструкцию. В таких полупроводниковых модулях происходит отражение света и его преобразование происходит несколько раз. Современные технологии позволяют выпускать достаточно износостойкие и прочные панели, которые имеют малую толщину и все. Такие солнечные батареи можно складывать, сгибать, сворачивать. Естественно, что это нужно делать «без фанатизма». На грубую силу они не рассчитаны, но поход или туристическую поездку переносят без проблем.

Какие характерные особенности имеют гибкие солнечные модули? Можно назвать следующие:

• Есть возможность использования на криволинейной поверхности;
• Вырабатывают электричество даже в облачную погоду. То есть, имеют высокую общую выработку энергии;
• Эффективны в южных широтах;
• Высокий уровень оптического поглощения лучей солнца. То есть, более полное усвоение и переработка солнечной энергии;
• Хорошо работают в составе мощных гелиоустановок. По этой причине первоначально гибкие панели использовали на крупных гелиостанциях.

Стоит отметить и ещё один важный плюс гибких модулей. Они дешевле, чем кристаллические панели. Это положительно сказывается на конечной цене изделий из них. Не обходится и без недостатков. Гибкие батареи при одинаковой площади с кристаллическими моделями имеют в два большую площадь поверхности. А значит, занимают больше места при размещении.

Гибридная солнечная панель

Стоит отдельно сказать про такую разновидность солнечных панелей, как гибридные. Это название они получили за то, что умеют вырабатывать сразу два типа энергии, тепло и электричество.

Гибридные солнечные панели, ещё называемые PVT, являются соединением фотоэлектрической батареи и коллектора тепла. Этот симбиоз даёт возможность в 2 раза уменьшить площадь развёртывания системы из теплового коллектора и фотоэлектрических батарей на каком-нибудь здании.

Существенный плюс заключается в том, что гибридная панель имеет возможность отбирать избыточное тепло от фотоэлементов. Это обеспечивает теплоноситель в коллекторе. Именно нагрев фотоэлемента уменьшает эффективность преобразования солнечной энергии в электрическую. В случае гибридной батареи эта проблема частично решается.

На практике гибридные панели пока не получили широкого распространения. В настоящий момент они успешно используются в роли тепловых насосов, нагрева воды в бассейне, аккумулирования тепла скважины и т. п.

https://youtube.com/watch?v=t5Os8yisXI0

Это интересно: Как правильно паять светодиодную ленту — разбираемся детально

Как происходит зарядка автомобильного аккумулятора?

В отличие сети, где циркулирует переменный ток, солнечные панели сразу выдают постоянный, что существенно снижает вес конструкции, поскольку не нужно использовать трансформатор. Эта особенность частично компенсирует зависимость производительности гелиопанелей от их габаритов.

Дополнительное удобство связано с тем, что у большинства моделей автомобильных солнечных батарей предусмотрено два способа их подключения:

• напрямую к АКБ (при помощи клемм);
• через гнездо прикуривателя.

Важно. При заряжании кислотного аккумулятора от гелиопанели практически отсутствует риск снижения срока его службы вследствие подачи высоких значений силы тока

Простой пример: при емкости АКБ 60 А/ч сила зарядного тока не должна превышать 6 A.

Выходной ток у большей части солнечных батарей не превышает 1 ампера, что заведомо меньше 0,1 от номинальной емкости АКБ. С другой стороны, если гелиопанель не обеспечивает номинальный зарядный ток (менее 0,08 от емкости аккумулятора), то речь может идти лишь о частичной подзарядке.

Возможность полной зарядки АКБ становится доступной при эксплуатации панелей мощностью от 30 Вт и выше (желательно 60 Вт). Для того, чтобы просто поддерживать заряд аккумулятора, может хватить 5-6 Вт.

Вариант, когда модуль обладает напряжением 12 вольт и номинальным уровнем мощности 15 Вт, можно отнести к числу оптимальных для решения большинства задач возлагаемых на вспомогательный источник питания в современном автомобиле. При грамотном использовании такой панели в связке с генератором – АКБ может быть опустошен разве что в экстремальном стечении неблагоприятных обстоятельств.

Установка гелиопанелей на автомобиле

Часто солнечные панели можно встретить в исполнении для установки на крышу автомобиля. Такие модели позволяют получить высокую отдачу и достаточно быструю зарядку. Для этого необходим модуль солнечных батарей, площадь которого примерно один метр квадратный. В местах с жарким климатом и большим количеством солнечных дней некоторые автовладельцы применяют несколько фотомодулей. Они закрепляют их на специальных стойках. В результате на крыше автомобиля находится мобильная электростанция, используя которую вы сможете заряжать аккумулятор.

Такие решения очень популярны в местах, которые удалены от цивилизации. Есть примеры, когда благодаря солнечным панелям из автомобиля убирали генератор. Вместо него зарядка аккумулятора велась от гелиопанели. В результате этого снимается некоторая нагрузка на двигатель и уменьшается расход топлива. Но такие решения не носят массовый характер. Для этого требуется достаточное количество солнечных батарей и наличие солнечного света.

Компактные солнечные батареи могут также размещаться и в салоне. В этом случае они применяются для питания приёмника, телевизора и некоторых других потребителей тока в салоне. Для зарядки автомобильного аккумулятора они не подойдут, а способны лишь освободить его от лишней нагрузки. Если цель в том, чтобы заряжать автомобильный аккумулятор, то потребуется более мощная модель.

При необходимости раскладываете их, подключаете к аккумуляторной батарее и подзаряжаете. Также можно рассмотреть вариант с несколькими компактными модулями. Они соединяются друг с другом, чтобы достичь необходимой выходной мощности.

Практически все современные солнечные батареи для автомобильных аккумуляторов предлагают для подключения два варианта:

• С помощью клемм напрямую к аккумулятору;
• Через прикуриватель.

В любом случае обязательно ознакомьтесь с инструкцией производителя батареи. Неправильное подключение может повредить, как саму батарею, так и электрооборудование автомобиля.

Крыша авто

Недостатком этого варианта является необходимость как-то фиксировать панели на крыше, поскольку они имеют относительно небольшой вес и могут быть сдвинуты или сброшены обычным порывом ветра. При движении проблема многократно возрастает, так как встречный поток воздуха создает значительное давление и может сорвать панели. Во время движения есть риск не сразу заметить этот момент, что вынудит разворачиваться и ехать на поиски.

Кроме того, светочувствительные элементы, расположенные на крыше автомобиля, в городских условиях легко могут стать добычей для асоциальных личностей, что также осложняет монтаж в этом удобном, но слишком открытом месте.

Приборная панель

Верхняя плоскость приборной доски удобна для размещения солнечной панели подходящего размера. Устройство находится внутри салона, что обеспечивает ему защиту от атмосферных проявлений или посягательств нечистых на руку граждан.

Дополнительным удобством является возможность присоединения к прикуривателю или соответствующим клеммам, что гораздо удобнее, чем при установке панелей на крыше, когда с проводами возникает небольшая проблема. Можно заряжать аккумулятор как на стоянке, так и во время движения без принятия дополнительных мер для усиленной фиксации устройства.

Еще одним недостатком является возможность получения эффективного солнечного потока только при определенном направлении движения или расположении машины во время стоянки. Если направление движения не совпадает с положением солнца, эффективность работы панелей резко падает. Несмотря на заявления производителей о способности работать в пасмурную погоду, устройство заметно теряет производительность при ограничении доступа к прямому потоку света.

Применение

Устройства, преобразующие свет в электрический ток, давно нашли свое применение. Гибкие солнечные панели облегчают жизнь людей во многих сферах деятельности, от бытового уровня до космических разработок.

При архитектурной отделке домов гибкие панели монтируют на крышах и в окнах зданий. Стекло «триплекс» с функционалом солнечной генерации собирает энергию света, не нарушая прозрачность окон и создает приятный микроклимат в помещении. В комнатах, где установлены окна с триплексом, можно обходиться без кондиционера.

Небольшой вес панелей делает их востребованными в самолетостроении, ими оснащают электрические автомобили, лодки, аэростаты. Нашли свое применение гибкие конструкции в военном деле, судостроении, кинематографе, их применяют работники полиции и МЧС.

Пленочную батарею можно встретить на часах, калькуляторах, в качестве нашивок на одежде, на чехлах. Некоторые модули созданы для ношения на сумках и рюкзаках. Power bank с солнечными фотоэлементами позволяет в экспедициях и походах заряжать телефоны, планшеты, фонарики, фотоаппараты.

Фотопанели на основе аморфного кремния нашли свое применение на космических станциях, с учетом малого веса, их легко доставить на околоземную орбиту, а энергоемкость подобных конструкций в пять раз превышает кристаллические варианты. Удобно использовать солнечные панели на объемных гелиостанциях, где достаточно места для их размещения.

Уровни мощности и напряжения солнечных источников питания

Выбрать солнечный источник питания для автомобиля просто, и процесс мало чем отличается от выбора обычного аккумулятора:

• Показатель уровня напряжения — как минимум 13 В, потому что U (в случае, если зарядка АКБ полная), показывает около 12,7 Вольт.
• Мощность источника питания. Бывают портативные панели для зарядки аккумулятора с выходным U 12 вольт и показателем мощности 7 Вт. Соответственно, уровень тока у этой АКБ будет небольшим, примерно полампера. Мощность — условный критерий при инсоляции от солнца в количестве 1000 Ватт на один квадратный метр. Даже если солнце будет светить ярко, при условии нагрузки ток будет составлять меньше 0,3 ампера (от солнечной панели в 7 Вт и 12 В).

Если все правильно рассчитать, окажется, что аккумулятор автомобиля при таких условиях будет стоять на зарядке очень долго: около 100 часов, а может и больше. Следовательно, солнечной панели мощностью 7 Вт вам точно будет недостаточно. И не стоит прислушиваться к заявлению особенно назойливых рекламщиков или продавцов по поводу того, что этого показателя хватит. Для того чтобы полноценно зарядить аккумулятор в максимально короткое время, вам понадобится солнечная панель, как минимум, в 40 Вт мощности.

Также вам понадобится приобрести подходящий кабель и несколько зажимающих устройств- «крокодилов» для правильного подсоединения к аккумулятору автомашины. Схема подсоединения проста: либо через вилку к прикуривателю, либо «по прямой», на клеммы АКБ. Зажим и кабель не всегда входят в основную комплектацию поставки. Чаще всего они покупаются отдельно, либо можно сделать их для вашей батареи своими руками. Кстати, солнечные панели Freedom — одни из немногих, которые укомплектованы и кабельными шнурами, и «крокодилами».

Общие характеристики

Солнечная панель работает по принципу преобразования энергии нашего светила в электричество. Чтобы автомобиль смог передвигаться в любое время суток, энергия должна накапливаться в акб. Этот источник питания должен обеспечивать нужным электричеством также и другие потребители, необходимые для безопасного движения (например, дворники и лампочки фар) и для комфорта (например, обогрев салона).

Первыми попытались применить эту технологию некоторые компании Соединенных Штатов в 1950-х годах. Однако этот практический шаг не был успешен. Причина заключалась в отсутствии аккумуляторов с большой емкостью. Из-за этого электромобиль имел слишком маленький запас хода, особенно в темное время суток. Проект был отложен до лучших времен.

В 90-х годах технологией вновь заинтересовались, так как появилась возможность создавать аккумуляторы с увеличенным кпд. Благодаря этому модель могла собрать больше энергии, которую потом можно было бы использовать во время передвижения.

Развитие электротранспорта позволяет более эффективно использовать заряд. Кроме того, каждая автомобильная компания заинтересована в снижении энергопотребления за счет уменьшения сопротивления, которое оказывает трансмиссия, встречный поток воздуха и другие факторы. Это позволяет увеличить запас хода на одной зарядке не на один километр. Теперь этот промежуток измеряется несколькими сотнями км.

Также неплохую помощь в этом сыграла разработка облегченных модификаций кузовов и разных агрегатов. Это снижает вес автомобиля, положительно влияя на скорость транспортного средства. В солнцемобилях используются все эти инновационные разработки.

Особенного внимания заслуживают двигатели, которые устанавливаются на такие авто. Это бесколлекторные модели. В таких модификациях используются особенные редкие магнитные элементы, которые снижают сопротивление качению, а также повышают мощность силовой установки.

Еще один вариант, имеющий максимальный эффект, – это использование мотор-колес. Так силовая установка не будет тратить энергию на преодоление сопротивления от разных элементов трансмиссии. Особенно практичным это решение окажется для автомобиля, который имеет гибридный тип силовой установки.

Последняя разработка позволяет использовать электрическую силовую установку практически в любом четырехколесном транспорте. Эта модификация – гибкий аккумулятор. Он способен эффективно выделять электричество и принимать разные формы. Благодаря этому источник питания можно устанавливать в разных отделах авто.

Зарядка акб осуществляется от панели, которая в основном размещается сверху машины, так как крыша имеет плоскую структуру и позволяет разместить элементы под прямым углом к солнечным лучам.

Компания Hanergy готовит семейство электромобилей на солнечных батареях

Hanergy — это китайский энергетический холдинг, который занимается производством и установкой экологически чистых электростанций, работающих от возобновляемых источников энергии: воды, ветра или солнца. Компания существует с 1994 года, имеет множество филиалов и партнеров по всему миру, а ее штат превышает 15 тысяч сотрудников. В прошлом году у Hanergy появились интересы и в автомобильной сфере. Точнее, в электромобильной. Прошлой осенью компания представила первый прототип электромобиля на солнечных батареях, а теперь в Китае прошла масштабная презентация сразу четырех концепт-каров.

Прототип Hanergy 2015 года

Все они построены на оригинальной модульной платформе, которая предусматривает разные типы привода (в зависимости от компоновки кузова и предназначения машины электромотор можно установить на любой оси). Литий-ионный тяговый аккумулятор располагается между осями под полом салона, а на поверхности кузова находятся современные тонкопленочные солнечные батареи. По сравнению с традиционными кристаллическими они легче, имеют повышенный КПД, лучше работают в пасмурную погоду и при загрязнении, а из-за гибкой конструкции их проще интегрировать в кузов автомобиля. А самый существенный недостаток — цена. Четыре машины как раз призваны продемонстрировать широкие возможности этих технологии.

Hanergy Solar O — это однообъемный сити-кар, созданный по более-менее традиционным лекалам. Солнечные батареи встроены в крышу, передок и подъемные двери, а в багажнике могут поместиться два электроскутера.

Hanergy Solar O

Необычная форма кузова и в первую очередь крыши концепта Solar A продиктована желанием максимально увеличить горизонтальную площадь солнечных батарей. По задумке у хэтчбека массой 1,2 т вдобавок есть раскладные панели, поэтому на парковке общая площадь солнечной батареи достигает 7,5 квадратных метра.

Hanergy Solar A

Но это еще ерунда. Минивэн Solar L в длину достигает шести метров, как Rolls-Royce Phantom! У него огромный покатый хвост, а площадь солнечных элементов — почти десять квадратных метров! При этом заявленная масса машины — всего 700 кг.

Hanergy Solar L

Ну а Hanergy Solar R — это электрический спорткар. Грозного вида купе имеет солнечные батареи на крыше, капоте, дверях, а также вместо заднего стекла. Увы, динамические характеристики машин пока не сообщаются.

Hanergy Solar R

По заверениям разработчиков, за 5—6 часов солнечные батареи могут выработать энергию, которой хватит для того, чтобы электромобиль мог проехать около 80 км. Для городских поездок по маршруту дом—работа—магазин—дом этого достаточно. При этом система управления на основании прогнозов погоды подскажет, когда лучше заряжать машину и сколько времени займет восполнение заряда для требуемого пробега. А если энергии солнца недостаточно, то запасы электричества можно пополнить от розетки. Полной емкости аккумулятора должно хватить на 350 км пробега.

В Hanergy уверяют, что нынешние технологии изготовления тонкопленочных солнечных батарей позволяют иметь коэффициент фотоэлектрического преобразования до 31,6%, хотя в среднем по отрасли этот показатель составляет около 20%. А в планах — увеличение коэффициента до 42% к 2025 году. В разработке находятся и прозрачные солнечные батареи, которые можно будет «наклеивать» на стекла, заметно увеличивая общую площадь фотоэлементов.

Компания намерена начать производство электромобилей на солнечных батареях в 2021 году

Но не исключено, что весь этот автомобильный проект сделан лишь в рекламных целях, чтобы привлечь внимание публики. Ведь помимо энергетических проектов широкую известность компании Hanergy принес еще и крупный финансовый скандал: прошлой весной после долгих махинаций акции одного из подразделений холдинга (Hanergy Thin Film Power) на Гонконгской бирже за 24 минуты подешевели почти вдвое, разом снизив капитализацию на 19 миллиардов долларов! Какие уж тут электромобили

Обзор солнцемобилей

Stella

Автомобиль был разработан в 2013 году командой студентов из Технологического университета Эйндховена (Голландия). Он был представлен как авто семейного типа, работающий исключительно за счет солнечного излучения. Суммарная площадь батарей, которые вырабатывают энергию для передвижения транспортного средства – 5,8 кв. м, скорость – до 125 км/час. При полном заряде аккумуляторной батареи машина проедет до 1000 км.

Основной материал корпуса – углеродистое волокно и алюминий, благодаря этому автомобиль получился легким и аэродинамичным. Вес без пассажиров – 375 кг. Транспортное средство оснащено инновационными устройствами, в том числе и необычной навигационной системой. Она следит за изменениями погодных условий и автоматически выбирает тот маршрут движения, по которому получит максимальное количество солнечного света. Фото автомобиля на солнечных батареях вы увидите далее.

Trev

Это транспортное средство было разработано австралийскими учеными в качестве пробного образца. Разработчики уверены в том, что в скором времени автомобиль Trev станет популярным средством передвижения. Изобретение проходит стадию регистрации, когда будут получены все необходимые документы – машины поступят в продажу.

Характеристики авто на солнечных батареях Trev:

• масса – 270 кг;
• время разгона до 100 км/час – 10 секунд;
• масса батареи – 44 кг;
• расстояние, которое машина проедет без подзарядки – 150 км;
• количество сидений – 2;
• бесшумный ход;
• есть большое багажное отделение.

Конструкция автомобиля обеспечивает пассажирам комфорт и безопасность. Источником энергии может быть как солнце, так и ветер.

Solar World Gt

Машина на солнечных батареях была создана в 2011 году разработчиками из Бохумского университета (Германия). По внешнему виду она напоминает легковое купе, в котором с комфортом смогут разместиться два человека и багаж. На крыше и бампере электромобиля расположены высокопроизводительные солнечные элементы, а во внутреннем отделении – аккумуляторы для накопления электричества. Скорость, которую способно развивать транспортное средство, – до 100 км/час.

В 2011 году работающая на солнечной энергии машина участвовала в ежегодной гонке World Solar Challenge в Австралии, но не выиграла ее. Зато она стала победителем в номинации «Лучший дизайн». После завершения гонки автомобиль отправился в кругосветное путешествие, за год он преодолел более 30 тыс. км.

Sono Sion

Это первый автомобиль на солнечных батареях, который будет запущен в серийное производство. Разработчики обещают сделать это в 2019 году. Созданием транспортного средства в течение трех лет занималась группа инженеров из Мюнхена.

На кузове электромобиля размещено 330 фотоэлементов. От неблагоприятных условий окружающей среды и механического воздействия они защищены поликарбонатным покрытием. Солнечные батареи способны обеспечить машине запас хода в 30 км. Время заряда встроенных аккумуляторов от солнечных панелей – 8 часов, от розетки – 1 час. Ожидаемая стоимость транспортного средства – 16 тыс. евро, батареи будут продаваться отдельно.

Venturi Astrolab

Гоночный автомобиль на солнечной батарее был разработан французской компанией Venturi, его стоимость составляет 90 тыс. евро. Транспортное средство обладает рядом характеристик, которые делают его подходящим вариантом для повседневной езды:

• асинхронный двигатель с воздушным охлаждением;
• аккумуляторные батареи 7 кВт/час;
• источник питания – фотогальванические элементы мощностью 600 Вт;
• автономный ход при полном заряде – 110 км;
• скорость – до 100 км/час;
• вес устройства – 300 кг;
• корпус изготовлен из легких композитных материалов.

Преимущества и недостатки солнцемобилей

Машины на солнечной энергии имеют такие преимущества:

• отсутствие вредных выбросов в окружающую среду;
• продолжительный срок эксплуатации;
• энергия, которая обеспечивает работу транспортного средства, абсолютно бесплатная;
• отсутствие необходимости останавливаться на заправочных станциях;
• низкие затраты на эксплуатацию.

К недостаткам можно отнести следующее:

• низкая скорость движения по сравнению с машинами, работающими на обычном топливе;
• высокая стоимость;
• отсутствие специализированных ремонтных сетей и автосервисов, что усложняет эксплуатацию солнцемобилей.

Такие автомобили пока не получили широкого распространения среди населения. Это обусловлено высокой ценой и низким КПД по сравнению с обычными транспортными средствами. Но технологии постоянно развиваются, и вполне возможно, что через несколько лет производителям удастся создать мощные и надежные солнцемобили, которые по своим характеристикам ни в чем не будут уступать машинам с бензиновыми двигателями.

Как преобразуется солнечная энергия

Действие электромобилей, питающихся энергией от солнечных панелей, основывается на превращении светового потока в электрический ток. Полученная таким образом электроэнергия, используется в качестве источника питания для двигателя, приводящего в движение автомобиль.

Непосредственное превращение энергии солнца в электрическую осуществляется за счет р-п проводимости, возникающей в солнечных фотоэлементах. Они производятся из кремния, расположенного в два слоя, к которым добавляются различные активные вещества.

Принципиальная схема солнечной панели включает в себя следующие компоненты и составные части:

• В процессе изготовления верхний слой кремния покрывается фосфором. Это приводит к образованию п-слоя. Поверхность нижнего слоя покрывается бором, образующим р-слой. На участке соприкосновения обоих слоев возникает р-п-переход, определяющий степень проводимости тока в фотоэлементе. Определенное количество таких фотоэлементов объединяются в солнечную панель.
• Под влиянием световой энергии, верхний слой кремния начинает производить дополнительные электроны с отрицательным зарядом, а в нижнем слое образуются положительно заряженные элементы – дырки. Эти дополнительные частицы с разноименными зарядами создают между слоями электрическое поле, что, в свою очередь, приводит к образованию разности потенциалов. Если каждый слой соединить с электродами, а к ним подключить нагрузку, то в образовавшейся цепи начнется течение электрического тока. Частицы с отрицательным зарядом начнут перемещаться вверх, а с положительным зарядом – вниз.

В данной системе можно подключить любую подходящую нагрузку, в том числе и электрический двигатель. Нормальная работа при любых режимах обеспечивается специальными электронными устройствами. В обязательном порядке потребуются аккумуляторы с определенной емкостью, способные выдавать установленную электрическую мощность. Подобная конструктивная схема может быть подключена к разным механическим агрегатам, в том числе и к приводу электромобиля.