Солнечный транспорт

Солнечный транспорт В 1982 г. известный австралийский искатель приключений Ханс Толструп на построенном им с Ларри Перкинсом солнцемобиле Quiet Achiever Тихий рекордсмен пересек пятый континент с запада на восток со средней скоростью 20 кмч. Автомобилисты, легко разгонявшиеся до 200 кмч на серийных машинах, завидев неторопливый экипаж, снисходительно улыбались В 1996 г. победитель IV Международного ралли солнцемобилей - Dream Мечта, на создание которого японская компания Honda не пожалела 2 млн долл прошел 3000 км между Дарвином и Аделаидой со средней скоростью почти 90 кмч, на отдельных участках достигая 135 кмч. Снисходительных улыбок уже не было Во имя чего авто- и аэрокосмические концерны вкладывают в экзотические солнцемобили миллионы долларов Дело не только в амбициях и рекламе, но и в том, что транспорт на солнечной энергии со временем поможет выбраться из глобальной экологической катастрофы и энергетического кризиса.

Автомобиль, воплотивший мечту человека о свободе передвижения, тем не менее, называют чумой XX в. Завоевав планету, он стал главным потребителем невосполнимых природных ресурсов, загрязнителем земли, воды и воздуха, источником шума. Его доля в загрязнении атмосферы Москвы - еще недавно одной из самых чистых столиц - превышает 90. Автомобиль ХХI в. должна быть экологически чистым.

Во всех развитых странах реализуются государственные программы по экологичному и экономичному транспорту.Так, в США по программе PNGV Partnership for a New Generation of Vehicles - сотрудничество в создании нового поколения транспортных средств в 1999-2004 гг. выделено. 161млн долл. на разработку прототипа экологически чистого легкового автомобиля с расходом топлива не более 3 л на 100 км. К наиболее перспективным транспортным средствам грядущего столетия относят электромобиль.

Однако его источники энергии - аккумуляторные батареи - пока не могут конкурировать с бензином и дизельным топливом.Без качественного скачка их характеристик электромобили будут иметь ограниченное применение перевозки по заданным маршрутам, выставочные, парковые и другие закрытые зоны. Пока они не сравнимы с традиционными автомобилями ни по техническим данным, ни по стоимости, ни по удобству эксплуатации.

Конкурентоспособное и сравнительно чистое транспортное средство сегодня можно разработать только по схеме гибридного электромобиля с комбинированной энергетической установкой, включающей двигатель внутреннего сгорания ДВС, электродвигатель и буферный накопитель энергии.

Исследования по программе PNGV подтверждают технико-экономическую целесообразность создания такого электромобиля, который примерно на порядок чище обычного автомобиля из-за меньшего расхода топлива и работы ДВС в оптимальном режиме.Экологическая чистота электромобиля на самом деле далеко не бесспорна если его аккумуляторы заряжают энергией от тепловых электростанций - это, по сути, нефте- или углемобиль, если же от атомных - атомобиль.

Иное дело солнцемобиль - разновидность электромобиля, получающего электроэнергию от бортовых или стационарных фотопреобразователей. Благодатное Солнце - поистине неисчерпаемый источник экологически чистой и бесплатной энергии. Национальные программы развития гелиоэнергетики и гелиотехники приняты в 70 с лишним странах - от Скандинавии до Австралии.Однако, как ни впечатляют достижения рекордсменов трансавстралийских и других престижных ралли, солнцемобили на дорогах сегодня не встретишь.

Похоже, что и в ближайшем будущем солнцемобили смогут позволить себе лишь нынешние обладатели Rolls-Royce, Ferrari и Porsche.Специалисты полагают, что солнечный транспорт станет всерьез конкурировать с автомобильным, когда эффективность доступных по цене солнечных элементов фотоэлектрических преобразователей составит 40-50. Пока же их КПД всего 10-12. Чтобы солнцемобили с мощностью солнечных батарей 1,5-2 кВт догнали автомобили с двигателями в 100 раз мощнее, необходимо использовать легкие и прочные конструкционные материалы, эффективные системы электропривода, достижения аэродинамики, гелио- и электротехники, электроники и других наук. Конструкции транспортных средств будущего и отрабатываются на ралли солнцемобилей. У солнцемобилей достигнут минимальный для наземных экипажей коэффициент аэродинамического сопротивления 0,1. Опыт концерна General Motors при разработке рекордного солнцемобиля Sunracer Солнечный гонщик использован в проектировании электромобиля Impact Удар, серийное производство которого началось в 1996 г. Его скорость достигает 130 кмч, до 100 кмч он разгоняется за 9 с и на обычных свинцово-кислотных аккумуляторах проходит 100 км.Специально для солнцемобилей сконструированы легкие бесколлекторные двигатели постоянного тока с магнитами из редкоземельных металлов и КПД до 98, а также эффективные микропроцессорные системы управления.

В 1993 г. на трех солнцемобилях - лидерах трансавстралийских гонок впервые низкооборотные двигатели встроили непосредственно в ступицы ведущих колес.

Идея мотор-колеса, сама по себе не новая, в солнцемобилях позволила отказаться от трансмиссии и довести КПД привода до 96-97. В 1996 г. в трансавстралийском ралли участвовало уже 12 таких конструкций, а компания Honda, вдохновленная успехом своей Мечты, приступила к серийному выпуску электровелосипедов с мотор-колесом.

Известные производители шин - Michelin, Bridgestone, Dunlop - разрабатывают новые материалы и протекторы для покрышек солнцемобилей.

Уже созданы шины, которые при хорошем сцеплении с дорогой обладают самым низким коэффициентом сопротивления качению - всего 0,007. Фирма Michelin производит подобные энергосберегающие шины и для серийных автомобилей. Солнечные батареи небольшой мощности на обычных автомобилях кондиционируют воздух в салонах и подзаряжают пусковые аккумуляторы на стоянках, питают радио- и телеаппаратуру.Солнцемобили участвуют в образовательных программах ряда стран, содействуя не только техническому, но и экологическому образованию.

Так, после победы в первых международных гонках в Австралии Sunracer проехал по Северной Америке и Западной Европе, делая остановки в университетах, колледжах, школах, музеях, автосалонах и местах проведения конференций по гелиоэнергетике, электротехнике, электронике. За год в 170 таких акциях его увидели 8,5 млн человек.Более 100 тыс. школ США и Канады получили материалы о нем лекции, компьютерные программы, задачи, описания экспериментов.

Разработку солнцемобиля использовали как учебные проекты в колледжах.Цикл лекций о солнцемобилях, прочитанный в Калифорнийском технологическом институте, издан отдельной книгой, которая есть в любом университете США. Как считает президент General Motors Р. Штемпл Главная цель проекта Sunracer - способствовать повышению уровня теоретических и инженерных знаний в университетах, стимулировать интерес студентов к современной технике Этой же цели служат организованные General Motors и Министерством энергетики США гонки солнцемобилей по дорогам штатов Флорида, Алабама, Теннеси, Кентукки, Индиана, Огайо и Мичиган специально для команд технических университетов и колледжей США и Канады.

Участие в гонках рассматривается как дополнение к прослушанному курсу. Каждый университет самостоятельно разрабатывает конструкцию, ищет средства, подбирает материалы и комплектующие, строит и испытывает оригинальный солнцемобиль, обучает гонщиков и т.д. Три победителя студенческих гонок участвуют в трансавстралийском ралли Всемирный солнечный вызов.

Солнцемобили конструируют студенты и школьники всех континентов. Это позволяет овладеть последними достижениями в различных областях науки и техники и освоить разные специальности - от программиста и электронщика до слесаря и гонщика. Международная федерация солнцемобилей ISF ежегодно проводит до 30 соревнований экипажей и судов с солнечными батареями.Более половины участников - школьники и студенты технических колледжей и университетов.

Солнцемобиль - такая же сложная машина, как современный автомобиль. Но в серийном автомобиле все отлажено, он выпускается огромными партиями с гарантией на десятки тысяч километров пробега. Солнцемобиль же - всегда уникальный образец, сделанный энтузиастами. Бывало, прибывшая в Японию или Австралию команда так и не могла стронуть с места заупрямившийся солнечник. Мелкие и крупные ремонты, переделки, доводки - удел всех команд.На ралли все оказывают поддержку и посильную помощь.

Случалось, студент из Швейцарии перед стартом паял микросхему заокеанскому сопернику, а редкая деталь из японских запасов выручала команду австралийских школьников. В Комсомольской правде участники одного из ралли названы детьми Солнца В них было что-то и детское, и философское, и бескорыстное. Они хотят спасти Землю, уберечь ее от преждевременной траты.Они говорят не обязательно ездить очень быстро, но обязательно - очень экономно, чтобы что-то осталось детям, внукам, правнукам, чтобы не коптило и не громыхало.

На меня особое впечатление произвело участие в гонках солнечных велосипедов в Австралии осенью 1999 г. команды специальной школы Woodville из Аделаиды. Ребята с заметными задержками и отклонениями в развитии в экстремальных условиях австралийской пустыни на равных состязались с профессионалами, съехавшимися на престижное ралли со всех континентов.Нужно было видеть их сияющие глаза и улыбки на пьедестале почета - их трехколесный Dynamic 2000 занял третье место На наших глазах рождается новый интеллектуальный вид спорта.

К сожалению, и один из самых дорогих - это состязание не только интеллектов, но и кошельков. Отсутствие спонсоров затрудняет участие российских команд в международных ралли и регатах.Семейный коллектив Экотранспорт в составе автора и двух его сыновей в последний раз представлял самодельный солнцемобиль на соревнованиях в Японии летом 1995 г а позже был вынужден выступать на требующих меньших затрат солнечных велосипедах и надувном катамаране с солнечными панелями.

С 1990 г. мы 16 раз участвовали в международных ралли и регатах на трех континентах. Во время этих престижных международных соревнований рядом с государственными флагами других стран гордо реял российский триколор. В этом факте не было бы ничего необычного, если бы о нем ведала хотя бы одна государственная, общественная или спортивная организация России.В развитии экологически чистого транспорта Россия заметно отстает от других стран.

Между тем, солнцемобили вполне могли бы разрабатываться на оборонных предприятиях в рамках конверсии. Например, на российско-американском предприятии Совлакс в Москве фотопреобразователи получают в виде тончайших пленок из аморфного кремния. Низкий расход полупроводниковых материалов и автоматизированное производство заметно снижают их стоимость.Производительность конвейерной линии по выпуску солнечных элементов методом непрерывного осаждения аморфного кремния на тончайшую подложку из нержавеющей стали составляет 2 МВтгод. С конвейера сходят гибкие и легкие модули, выгодно отличающиеся от хрупких и тяжелых конструкций из кристаллического кремния на стекле.

Не уступающие зарубежным схемы велосипедных электроприводов без трансмиссии разработаны Московским научно-инженерным центром Мехатроника, фирмой Инкар в подмосковном Королеве, ТОО Рэдос многоцелевые моторы В.А.Евсеенкова.К сожалению, это лишь единичные образцы, из года в год бесплодно путешествующие по международным выставкам и салонам.

Виктор Евсеенков на базе низковольтного электродвигателя постоянного тока с дисковым печатным якорем разработал гамму мотор-колес различной мощности для таких транспортных средств, как электроколяска для инвалидов, электровелосипед, электроскутер, электровелорикша, электроплатформа.Его оригинальные конструкции, защищенные авторскими свидетельствами и патентами, отличаются надежностью, быстродействием и безопасностью, малым уровнем шума и радиопомех, легко ремонтируются.

В 1999 г. я участвовал в международном ралли солнечных велосипедов через австралийскую пустыню по словам организаторов, последнем великом приключении миллениума на трехколесном веломобиле с мотор-колесом Евсеенкова под тентом из модулей Совлакса. В лабораториях мира в муках рождаются аккумуляторы и топливные элементы, энергоемкость которых не меньше, чем у бензина и дизтоплива.Но большинству из них предстоит еще долгий путь к массовому потребителю.

Другие обладают поистине замечательными свойствами, но баснословно дороги. Одно из исключений - никель-металл-гидридные аккумуляторы, разработанные Совлакс и американской фирмой Ovonic. Долговечные и доступные по цене при массовом производстве эти аккумуляторы вскоре начнет выпускать в г. Глазове Чепецкий механический завод. Удмуртские специалисты обладают уникальными достижениями в разработке многокомпонентных сплавов.Один из них стал основой отрицательного электрода для новых аккумуляторов с высокими энергоемкостью и сроком службы.

На предприятиях Москвы и Подмосковья созданы тяговые конденсаторы большой емкости, заменяющие привычные аккумуляторные батареи. Их заряжают всего минуты, а срок их службы на порядок больше, чем у аккумуляторов. Они почти не требуют затрат на обслуживание, легко поддаются утилизации и не загрязняют окружающую среду. Конструкторы многих стран пытаются предугадать контуры солнцемобиля будущего.Так, японская компания Sanyo выпустила опытную партию открытых одноместных экипажей с солнечной панелью площадью 0,6 м2, за 6 часов заряжающей никель-кадмиевую аккумуляторную батарею.

Запас хода трехколесного транспортного средства весом 50 кг составляет 36 км, максимальная скорость 24 кмч. Другая японская компания Hokuriku Electric Power предлагает солнцемобиль Феникс с солнечной панелью мощностью 750 Вт и скоростью 40 кмч. Сегодня наибольший практический интерес представляют легкие электротранспортные средства с электрическим или мускульным приводом и солнечными батареями.

Президент американской компании EV Global Motors Ли Якокка убежден, что в ближайшие годы тот или иной вид электротранспорта электророллер, электроскутер, электромобиль, электровелосипед - будет у каждого американца.Разработка легких электротранспортных средств, в том числе с солнечными батареями, в рамках национальной программы позволила бы не только преодолеть наше отставание в этой области, но и предложить на внутреннем и международном рынках широкий ассортимент наукоемкой продукции с новыми потребительскими свойствами.

Список использованной литературы Журнал Экология и жизнь. Статья А.C. Пополова, кандидат технических наук.