طاقة شمسية وعند تطبيقها على صناعة السيارات، فإنها تسعى إلى تسخير ضوء الشمس لتحويله إلى الطاقة الكهربائية قادرة على تحريك مركبة. لإجراء هذا التحويل، تُستخدم العناصر التالية: الخلايا الضوئية (الألواح الشمسية) المسؤولة عن تحويل الفوتونات (ضوء) في الإلكترونات (الكهرباء) من خلال ما يسمى بالتأثير الكهروضوئي. هذه التقنية نفسها هي ما نراه في الألواح الشمسية تم تركيبها على أسطح المنازل، أو إشارات المرور، أو أعمدة الإنارة المستقلة، وقد تم تطويرها إلى أقصى حد في مجال تطوير سيارات تعمل بالطاقة الشمسية.
في إحدى طبعات التحدي العالمي للطاقة الشمسيةفي أستراليا، فاجأت مجموعة من الطلاب الهولنديين العالم بتقديم سيارة تعمل بالطاقة الشمسية قادرة على نقل 4 أشخاص مقابل حوالي كم 600 تمت متابعتها. حتى تلك اللحظة، كانت السيارات الموجودة في هذه المسابقة في الغالب النماذج التجريبية مع قدر ضئيل للغاية من الاستقلالية، ولا يمكنها نقل سوى شخص واحد. ستيلا (اسم هذه السيارة) أصبحت واحدة من أوائل سيارات عائلية تعمل بالطاقة الشمسية من جميع أنحاء العالم، مما يدل على أن الطاقة الشمسية يمكن أن تتجاوز بكثير تصميمات سباقات المقعد الواحد.
بالإضافة إلى هذا ، ستيلا إنها واحدة من أخف السيارات في فئتها، حيث يبلغ وزنها حوالي كغ 380الهيكل مصنوع من الألومنيوم y ألياف الكربونمواد خفيفة الوزن للغاية تُفضّل كلاً من سرعة مثل مدى السيارة، لأنها تتطلب طاقة أقل للتحرك. يتم تركيب الألواح الشمسية على سقف السيارة وغطاء المحرك لتحقيق أقصى استفادة من الطاقة الشمسية. انيرجيا الشمسيةيشغل فعلياً كامل السطح المتاح لزيادة امتصاص الإشعاع إلى أقصى حد.
تستطيع ستيلا السفر بشكل مستقل إلى بعض 600 كم بشحنة واحدةكما أنه يستهلك كمية أقل من الماء خلال هذه الرحلة قوة والتي أنتجتها الألواح الشمسية. ويمكن تخزين الفائض في بطارية الذي يمد السيارة عندما لا يكون هناك ضوء الشمسمثل الليل أو في الأيام الغائمة جداً. هذا النهج حوّل هذا النموذج الأولي إلى رمز لـ التنقل الشمسي الفعال.
ما هي السيارة الشمسية تحديداً؟
Un سيارة شمسية إنها مركبة تعمل على الكهرباء المولدة من ضوء الشمس بفضل سلسلة من الألواح الشمسية مثبتة على سطحها (السقف، غطاء المحرك، وحتى الجوانب). يمكن لهذه الطاقة أن استخدمه فوراً لتشغيل المحرك الكهربائي أو مخزنة في البطاريات لاستخدامه لاحقاً.
باختصار، هذه السيارات هي السيارات الكهربائية في كل ما يتعلق بنظام الدفع: يقومون بتركيب المحركات الكهربائيةبنك من بطاريات ونظام إدارة إلكتروني مشابه لنظام إدارة السيارات الكهربائية التقليدية. ويكمن الاختلاف الكبير في أصل الطاقةبدلاً من الاعتماد فقط على قابس متصل بشبكة الكهرباء، فإنها تتضمن ألواحًا إنها تلتقط الإشعاع الشمسي مباشرة..
ومن المهم التمييز بين سيارات تعمل بالطاقة الشمسية النقية y سيارة مزودة بشحن بالطاقة الشمسيةتهدف الأولى إلى التحرك بشكل أساسي باستخدام الطاقة التي تلتقطها ألواحها الخاصة، بينما الثانية هي سيارات كهربائية أو هجينة تستخدم ألواح شمسية مساعدة لتقليل الاستهلاك، يمكن تشغيل أنظمة الطاقة مثل مكيف الهواء أو إضافة بضعة كيلومترات إضافية من المدى، لكنها لا تزال تعتمد على الشحن من الشبكة.
كيف تعمل السيارة الشمسية خطوة بخطوة
مبدأ تشغيل أ مركبة شمسية الأمر بسيط من الناحية النظرية، على الرغم من أنه يتطلب مستوى عالٍ من التطور التكنولوجي:
- التقاط أشعة الشمسالألواح الكهروضوئية، المكونة من عشرات أو مئات من الخلايا الشمسية تتعرض مواد مثل السيليكون للإشعاع الشمسي الذي يصيب هيكل السيارة.
- تحويلها إلى كهرباء: و الفوتونات يُثير ضوء الشمس الإلكترونات في هذه المواد، مما يُولد تدفق الإلكترونات وهذا ما يُترجم إلى تيار مباشر (DC). ويُسمى هذا التأثير الكهروضوئي.
- الإدارة والتكييفتمر الكهرباء المولدة عبر إلكترونيات الطاقة (المنظمات والمحولات) المسؤولة عن تحسين أداء الألواح، وتثبيت الجهد الكهربائي، وتحديد ما إذا كان سيتم إرسال تلك الطاقة إلى المحرك أو إلى البطاريات.
- تخزين البطارياتيتم تخزين جزء من الطاقة في بطاريات عالية الجهد (عادةً ما تكون بطاريات ليثيوم أيون) والتي تعمل كمخزن للطاقة عندما لا تكون هناك شمس، مما يسمح باستخدام السيارة بشكل طبيعي في ظروف الإشعاع المنخفض.
- مصدر طاقة المحرك الكهربائييستقبل المحرك الطاقة من البطاريات بطريقة مشابهة للسيارة الكهربائية التقليدية، حيث يحول الطاقة الكهربائية إلى الطاقة الميكانيكية لتحريك العجلات.
في بعض التصاميم، تُستخدم الطاقة الشمسية أيضًا لـ أنظمة الطاقة المساعدة (التكييف، والإضاءة، وأنظمة المعلومات والترفيه) مما يقلل من الضغط على بطارية الجر وبالتالي يزيد من مداها. يكمن الحل في تحقيق التوازن بين المساحة السطحية المتاحة للألواحوزن المجموعة و الكفاءة الديناميكية الهوائية.
مواد خفيفة الوزن وديناميكية هوائية فائقة في النماذج الأولية
النماذج الأولية لـ سيارات تعمل بالطاقة الشمسية يُعتبر المشاركون في مسابقات مثل تحدي الطاقة الشمسية العالمي أو سباق أتاكاما للطاقة الشمسية بمثابة ممثلين أصليين. مختبرات متنقلةوللتعويض عن الطاقة المحدودة التي يمكن أن تلتقطها الألواح، يتم استخدام ثلاث استراتيجيات أساسية:
- أقصى قدر من تخفيض الوزنتُستخدم مواد مثل ما يلي: ألياف الكربون، أو الألومنيوم أو المواد المركبة المتقدمة، مما يؤدي إلى إنتاج مركبات من وزن منخفض جدًا (مثل وزن سيارة ستيلا لوكس الذي يتراوح بين 375 و380 كيلوغرامًا)، وهو أقل بكثير من وزن السيارة التقليدية.
- تصميم ديناميكي هوائي فائقتم تحسين هياكل السيارات لتقديم أقل مقاومة للهواءبخطوط حادة، وهياكل منخفضة، وعجلات انسيابية. تتضمن بعض الطرازات نفق هوائي من خلال هيكل السيارة، كما هو الحال في ستيلا لوكس، لتحسين التدفق الديناميكي الهوائي.
- الاستخدام المكثف للخلايا عالية الكفاءةيتم تركيب الألواح باستخدام الخلايا الكهروضوئية المتقدمة (السيليكون أحادي البلورة أو حتى زرنيخيد الغاليوم في المشاريع المتخصصة للغاية)، القادر على الاستفادة بشكل أفضل من الإشعاع المتاح.
والنتيجة هي مركبات، على الرغم من أنها قد تبدو هشة أو غير عملية للاستخدام اليومي، إلا أنها تسمح بالاستكشاف حلول يتم نقلها بعد ذلك إلى صناعة السيارات التجاريةوخاصة في السيارات الكهربائية التقليدية التي تدمج الألواح الشمسية على السقف لتحقيق الاستقلالية.
السيارات المزودة بألواح شمسية في السوق الحالية
اليوم، معظم سيارة تعمل بالطاقة الشمسية ما نراه في الأخبار هو نماذج أولية أو سلاسل محدودة للغاية، و التسويق الجماهيري لم تتحقق بعد إمكانية إنتاج مركبات تعمل بالطاقة الشمسية بالكامل. فالعديد من التصاميم تعطي الأولوية لكفاءة الطاقة على حساب الراحة أو المساحة الداخلية أو السلامة، وبالتالي لا تلبي جميع المتطلبات التجارية التي يفرضها السوق.
ومع ذلك، اتخذت العديد من العلامات التجارية خطوات مهمة في دمج ألواح شمسية مساعدة في نماذج الإنتاج، باستخدامها كـ دعم لخفض الاستهلاك وتحسين مدى القيادة. ومن أبرز الأمثلة على ذلك السيارات الكهربائية والهجينة القابلة للشحن التي تتضمن أسطحًا شمسية قادرة على:
- تشغيل الأنظمة المساعدة مثل مكيف الهواء، خاصة عندما تكون السيارة متوقفة تحت أشعة الشمس.
- أضف بضعة كيلومترات إضافية من الاستقلالية سنوياً، وهو مثالي للاستخدامات الحضرية وشبه الحضرية.
- تقليل الطلب على البطارية الرئيسية، مما يطيل عمرها ويحسن الكفاءة العامة للمركبة.
تُظهر هذه التطورات أنه على الرغم من سيارات تعمل بالطاقة الشمسية مكتفية ذاتيًا بالكامل على الرغم من استمرار وجود تحديات تقنية كبيرة (مساحة سطح الألواح المحدودة، والاعتماد على الأحوال الجوية، وتكلفة التصنيع)، فإن دمج الطاقة الشمسية تدريجياً في صناعة السيارات أصبح واقعاً ملموساً. فكل مشروع جديد وكل سباق نماذج أولية يوفر بيانات وحلولاً تقربنا من مستقبل تتعايش فيه السيارات الكهربائية والشمسية كخيارات شائعة. التنقل النظيف والمستدام.
مزيج من تكنولوجيا الخلايا الكهروضوئية المتقدمةإن البطاريات ذات الكفاءة المتزايدة والتصاميم الديناميكية الهوائية خفيفة الوزن تحول حلم التنقل الذي يعمل بالطاقة الشمسية فقط إلى هدف تقني قابل للتحقيق بشكل متزايد، وتُعد النماذج الأولية مثل ستيلا بمثابة معاينة واضحة لما يمكن أن تكون عليه التنقلات في العقود القادمة.
