Päikesesõidukid: definitsioon, tööpõhimõte ja liigid

Päikesesõidukid: definitsioon, tööpõhimõte ja liigid — kuidas päikesepaneelid toidavad elektrimootoreid, eelised, piirangud ja tulevikutrendid. Loe edasi.

Päikesesõidukid (või päikesesõidukid) on eriline elektrisõidukitüüp, mis kasutab liikumiseks peamiselt või ainult päikeseenergiat. Need sõidukid on varustatud sõiduki pinnale paigaldatud päikesepaneelidega (päikesepatareisid), mis muundavad päikesevalguse otse elektriks. Saadud elekter võib kas otse mootorit toita või esmalt akut laadida, kust energia hiljem välja võetakse. Õige disaini ja piisava päikesepaiste korral võivad päikesesõidukid pikalt sõita ilma välise laadimiseta ning tekitavad sõidu ajal vähe või mitte mingisugust saastet. Päikeseenergiat on kasutatud ka eritingimustel — näiteks esimesed robotilised veeremid Marsil olid varustatud päikesepaneelidega ja on klassikaliselt seotud liikuvate ränduritega.

Tööpõhimõte

Päikesesõiduki põhikomponendid on päikesepatareid, võimsuse juhtimissüsteem (sh MPPT — maksimaalse võimsuse jälgija), akupank ja elektrimootor (või otseajam). Päikesepatareid muundavad päikesevalguse alalisvooluks; see vool läheb kas otse juhtimisseadmesse ja mootori inverterisse või esmalt akutoitele. MPPT-süsteem optimeerib paneelide väljastatavat võimsust erinevates tingimustes (päikse nurk, temperatuur, varjutus).

Päikeseenergia tootlus sõltub paneelide efektiivsusest (tavaliselt 15–25% kommertsrakendustes), kokku paigaldatud pindalast ja päikesekiirgusest (maksimaalsel päeval ~1000 W/m²). Levinud piirang on, et sõiduki kere pind on piiratud, mistõttu on saadav võimsus väiksem kui sisepõlemismootorite või suuremate elektrisüsteemide vajadus — sellest tulenebki, et täielikult päikeseenergial töötavad sõidukid on kas väga kergekaalulised, aerodünaamilised ja vähese energiatarbega või mõeldud lühikeste, tasakaalustatud sõiduprogrammide jaoks.

Liigid ja konfiguratsioonid

• Päikesest sõltuvad sõidukid — ehitatud nii, et kogu vajalik sõiduenergia tuleb otse sõiduki pinnal olevatest paneelidest; tavaliselt kasutatakse võistlustes ja demonstratsiooniprojektides.
• Päike‑abistatud elektrisõidukid — tavapärased elektrisõidukid, millel on väiksemad päikesepaneelid katusel või kapotil, mis annavad lisavõimsust või hoiavad akusid laadituna; need ei pruugi täielikult katta igapäevaseid sõiduvajadusi.
• Sõidukid, mida laaditakse eraldi päikesepaneelidest — tavalised elektrisõidukid, mida laaditakse maapealsetest või kodustest päikesesüsteemidest. Need paneelid võivad olla suurte pindadega ja toita auto vajadusi igapäevaselt, kuid sõiduk ise ei kuulu rangelt päikeseautode kategooriasse, kuna päikesepaneelid ei asu sõiduki pinnal.
• Rasked ja eriotstarbelised lahendused — prototüübid või uurimisprojektid (näiteks päikesega toetatud bussid, kaubikute lahendused ja autonoomsed platvormid), kus eesmärgiks on kasutada päikeseenergiat osaliseks energiavarustuseks.
• Sõidukid ja rändurid kosmoses — robotid ja rändurid (nt Marsi uurimisrobotid), mis kasutavad päikesepaneele kosmosetingimustes pikaajalise toiteallikana.

Eelised

• Zero‑emissioon reaalajas — kui sõiduk liigub ainult päikeseenergiaga, ei tekita ta heitmeid sõidu ajal.
• Vähene energiakulu ja madalad töökulud pikas perspektiivis, eriti kui päikeseenergia on kättesaadav ja tasuta.
• Iseseisvus elektrivõrgust — sobib kaugetesse piirkondadesse ja teadusliku uurimise rakendustesse.

Põhiväljakutsed ja piirangud

• Piiratud võimsus ja pindala: sõiduki kere annab vähe ruumi paneelidele, mistõttu saadav energiakogus on piiratud.
• Sõltuvus ilmast: pilvine või halb ilm vähendab märkimisväärselt tootlust; öösel energia puudub ilma akuta.
• Disaini kompromissid: maksimaalne päikesepind võib nõuda ebatavalist kuju ja kompromisse ohutuse, mugavuse või kandevõimega.
• Kulud: kõrge efektiivsusega paneelid ja kerged konstruktsioonimaterjalid võivad olla kallid.
• Varjutus ja määrdumine: üks väike varjatud pind või tolm võib vähendada tootlust palju, seega on hooldus ja optimeerimine olulised.

Rakendused ja ajalugu

Päikesesõidukite arendust traumeerisid 1980.–1990. aastate praktikaprojektid ja seejärel ülikoolide ja institutsioonide prototüüvid. Täna on tuntud päikesesõidukite võistlused (nt mainekas päikeseautode võistlus Austraalias) aidanud tehnoloogiat arendada ning näidanud, kui efektiivsed ja kiired võivad olla spetsiaalsed päikesesõidukid. Samuti on päikesepaneelid olnud pikaajalise võimsuse allikaks kosmoseaparaatidele: näiteks teatud Marsi rändurid on kasutanud päikesepaneele oma süsteemide toitmiseks ja liikumiseks (Marsil on mitmeid liikuvad rändurid, mis põhinesid päikseenergial).

Disaini ja tehnilised lahendused

Eduka päikesesõiduki loomisel pööratakse tähelepanu järgmistele aspektidele: aerodünaamika (madal õhutakistus), massi vähendamine (kerge materjal, struktuuri optimeerimine), maksimaalne päikesepind (paneelide integreerimine kerega), elekterjuhtimissüsteemide optimeerimine (MPPT, energiahaldussüsteemid) ja akude efektiivne kasutus. Samuti on oluline termiline juhtimine, et paneelid ja akud töötaksid optimaalses temperatuurivahemikus.

Tulevik ja praktikad igapäevases kasutuses

Tulevikus võivad edusammud päikesepatareide efektiivsuses ja kulude alandamises aidata integreerida rohkem päikeseenergiat laiematesse elektrisõidukitesse. Mõned kaasaegsed linnamaasturid ja sõiduautod pakuvad juba päikesekatusega variante, mis suudavad anda väikese lisapikkuse päevasõidule või hoida kliimasüsteemi energiavajadustelt kokku. Suuremad lahendused — näiteks kodused päikesesüsteemid, mis laadivad elektrisõidukeid — on praktikas levinumad kui autole paigaldatud paneelid ja võivad katta enamikku igapäevasest energiavajadusest. Siiski tuleb meeles pidada, et sõiduk, mida laaditakse eraldi asuvatest paneelidest, ei kuulu tavapärases tähenduses päikeseautode kategooriasse, kuna päikesepaneelid ei asu otse auto peal.

Ajalugu

Esimene võistlus oli 1983. aastal Austraalias Sydneys Perthis toimunud reis.

Päikesesõiduk "2011 Tokai Challenger"

Otsing