Toyota планирует развивать автомобиль на солнечных батареях
Toyota Motor Corp, в обстановке глубочайшей секретности развивает транспортное средство, которое будет приводиться в действие исключительно при помощи солнечной энергии, стремясь перевернуть все существующие представления бизнеса на будущее экологически безопасного автомобиля.
Об этом в четверг сообщила газета Nikkei. Однако журналисты издания сообщили, что данное транспортное средство будет доступно на рынке только через несколько лет.
В четверг все офисы автогиганта были закрыты, и полученную информацию никто из чиновников Toyota так и не прокомментировал. Согласно данным газеты Nikkei, новое транспортное средство будет получать часть своей энергии от солнечных батарей, специально оборудованных на нем. Первоначально зарядка этих батарей будет производиться на крышах домов, где они будут установлены. Впоследствии производитель намерен полностью перейти к перезарядке батарей, уже установленных на транспортное средство.
Создаваемый солнечный автомобиль – это только часть усилий главного автомобилестроителя Японии по развитию транспортных средств в наступившие трудные времена. Известно, что в прошедшем году японский автогигант пережил первый спад производства за почти 70 лет своего существования.
Интересует ремень вариатора на квадроцикл или снегоход ?
Похожие записи:
- Новая версия Toyota Prius представлена в Детройте
- Автомобиль с педальным приводом, солнечной и аккумуляторной батареей
- Новая Toyota Auris 2013
- Honda Insight – отличная альтернатива Toyota Prius!
- Maverick – летающий автомобиль!
Новый рекламный трюк от автопроизводителя. Если внимательно почитать весь пресс-релиз, то окажется, что основной источник энергии для передвижения электромобиля — солнечные панели, установленные дома, заряжающие электромобиль на стоянке.
Солнечные панели на самом авто предназначены для системы кондиционирования воздуха.
Автомобилестроение одна из наиболее консервативных отраслей промышленности, в отношении основополагающих производственных и конструкционных принципов.
Принципиальные конструктивные разработки, касающиеся двигателя внутреннего сгорания относятся к началу прошлого века.
Коэффициент полезного действия бензинового двигателя, в режиме максимальной мощности, остался практически на том же уровне, что сто лет назад. Многочисленные технические новшества, в области двигателестроения, в основном, были направлены на повышение эффективности ДВС, при частичных нагрузках.
Технологические концепции автомобильного производства не претерпели значительных перемен со времен Генри Форда. «Создание массового, дешевого и недолговечного продукта, предполагающего использование технических новшеств, не противоречащих критерию дешевизны.»
В рамках этих идеологических установок долговечный и высокотехнологичный продукт губителен для производства. Автомобиль, — должен достаточно быстро ломаться, для того, что бы его владельцу потребовался новый.
Условия ограничения сырьевых и энергетических ресурсов, ухудшение экологической ситуации, — требуют новых технологических и конструктивных решений.
Одним из возможных вариантов транспортного средства в будущем может стать автомобиль с гибридной силовой установкой оснащенной системой подзарядки аккумуляторов на стоянке за счет фотоэлектрических и термоэлектрических преобразователей.
Расчетная схема, использованная далее по тексту, основана на предположении о том, что автомобиль типа ВАЗ-1117 «Kalina-универсал», оснащен гибридной силовой установкой состоящей из двигателя внутреннего сгорания, и электропривода мощностью 30….40 кВт.
Автомобиль имеет аккумуляторную установку достаточную для движения более двух часов от электропривода, в режиме городского цикла.
На крышу и капот автомобиля, установлены фотоэлектрические преобразователи.
Фотоэлектрическая установка, оснащена автоматической системой «слежения» за солнцем и автоматической системой очистки.
Среднестатистический европейский и американский автомобиль используется не более полутора часов в день.
Остальные двадцать два с половиной часа, — стоит на стоянке или в гараже.
Энергия затрачиваемая на движение автомобиля ВАЗ-1117, по «смешанному» ездовому циклу ГОСТ Р 41.101 – 99, включающем в себя четыре последовательно повторяющихся участка имитирующих движение по городу и дополненный скоростной участок, составляет Е = 3265 кДж.
Средняя потребляемая мощность за время цикла Nср = 2,77 кВт.
Энергия, требуемая для движения автомобиля в режиме ездового цикла в течении одного часа, — Е1.0 исп = 9960,8 кДж.
Таким образом, для движения автомобиля в режиме ездового цикла (ГОСТ Р 41.101 – 99), в течении полутора часов, ежедневно, требуется энергия Е1.5 исп = 14941,2 кДж.
С учетом принятых допущений достаточное, для движения «на электрическом ходу» количество энергии, необходимо увеличить с учетом к.п.д. электродвигателя э = 0,85.
Е1.5 = 14941,2 кДж / 0,85 = 17577,9 кДж
Площадь поверхности крыши и капота на автомобиле ВАЗ-1117, около S = 3,14 кв.м.
Интенсивность солнечного излучения, в зависимости от времени суток, времени года, погодных условий может меняться в диапазоне 0…..1000 Вт/кв.м.
Эффективность фотоэлектрических преобразователей = 25….35 %.
При максимальной интенсивности солнечного излучения I = 1000 Вт/кв.м, и = 30%, требуемое значение энергии Е1.5 = 17577,9 кДж будет аккумулировано через:
Т100% = Е1.5 / (S * I * ) = 17577,9 * 103 / (1000 * 3,14 * 0.3) =
= 17577,9 * 103 / 942 = 18,6 * 103 c = 5,18 часа
При интенсивности соответствующей 50% от максимальной потребуется соответственно Т50% = 10,4 часа, т.е. весь световой день.
Естественно, что реальное значение накопленной энергии будет зависеть от широты местности, угла наклона солнца, изменения интенсивности в зависимости от движения солнца по горизонту и.т.д.
Тем не менее очевидно, что в летний солнечный день, при интенсивности солнечного излучения I = 500….1000 Вт/кв.м, на стоянке, в течение светового дня, может быть накоплена электрическая энергия достаточная, для последующего движения автомобиля в течении полутора часов, в режиме ездового цикла — на «электрическом ходу».
Таким образом, летом, при ясной погоде автомобиль будет в состоянии ежедневно двигаться за счет подзарядки аккумуляторов только за счет солнечной энергии.
При этом нельзя забывать о микроклимате в салоне. В зимний период, топливо все же придется использовать, — как минимум для отопления салона автомобиля.
На основании данных, использованных ранее, может быть примерно определен срок окупаемости автомобильного фотоэлектрического устройства.
При стоимости фотоэлектрических преобразователей 4 доллара США, за Вт, и максимальной мощности F = (S * I * ) = (1000 * 3,14 * 0.3) = 942 Bт, стоимость устройства может, имеет порядок Sф/э = 3700…4000 $.
Расход топлива, при движении автомобиля ВАЗ-1117, в режиме «ездового цикла» q = 7,1 л/100 км. (ТС-3175-15981/LADA-KALINA-00)
Длительность цикла t = 1180 секунд. = 19,7 мин = 0,328 часа
Пройденный путь l = 11022 м = 11,022 км
Расход топлива за один ездовой цикл Gза 1 цикл = 7,1 * 11 / 100 = 78,1 / 100 = 0,781 л/за цикл
Средняя скорость автомобиля Va = 33,6 км/ч
Часовой расход топлива при движении по циклу G = (0,781 л/за цикл) / (0,328) = 2,34 л/час
Расход за полтора часа L1.5 = 2,34 л/час * 1,5 часа = 3,51 л, что при условии использования автомобиля 1,5 часа в день, соответствует суточному расходу Lв день .
Соответственно за год Lза год = Lв день * 365 дня = 3,51 * 365 = 1281,2 л.
При среднеевропейских ценах на бензин (типа АИ-95), около одного евро за литр и курсе доллара к евро 1 евро = 1,5 доллар США, затраты на бензин составят
Rгод = 1281,2 л. * 1 евро = 1281,2 евро = 1921,7 долларов США
Среднегодовая плотность потока солнечного излучения, составляет для областей центральной полосы России около Iср = 150…..210 Вт/кв.м. Для южных пустынных и субтропических районов Iср = 210…..250 Вт/кв.м.
При средней за год плотности потока солнечного излучения Iср = 200 Вт/кв.м., соответствующей южным районам России, при ежедневном времени зарядки 10 часов в день, энергия, генерируемая фотоэлементами за год составит:
Еф/э за год = 365 дня * 10 часа * 3600 с * Iср * S * =
= 3650 * 3600 * 200 * 3,14 * 0,3 = 2475576000 Дж = 2475576 кДж
Энергия, требуемая для движения автомобиля в режиме ездового цикла из расчета использования автомобиля полтора часа в день, — за год:
Е1.5 за год = 365 дня * 17577,9 кДж = 6415933,5 кДж
Следовательно, за счет подзарядки от солнечных батарей можно будет сэкономить 39%, расходуемого за год автомобилем топлива.
n = Еф/э за год / Е1.5 за год = 2475576 / 6415933,5 = 0,39
Исходя из принятых ранее допущений это составит Э = 0,39 * Rгод = 1921,7 * 0,39 = 749,5 долларов США в год.
Для средней полосы России, при средней за год плотности потока солнечного излучения около Iср = 150 Вт/кв.м., при том же ежедневном времени зарядки 10 часов в день, энергия, генерируемая фотоэлементами за год:
Еф/э за год = 365 дня * 10 часа * 3600 с * Iср * S * =
= 3650 * 3600 * 150 * 3,14 * 0,3 = 1856682 кДж
n = Еф/э за год / Е1.5 за год = 1856682 / 6415933,5 = 0,29
т.е. за счет подзарядки, от солнечных батарей можно будет сэкономить 29% расходуемого за год автомобилем топлива.
Эффект за счет экономии топлива составит Э = 0,29 * Rгод = 1921,7 * 0,29 = 557,3 доллара США в год.
За счет экономии топлива, фотоэлектрическая установка может окупиться за шесть семь лет.
В странах с умеренным климатом, срок окупаемости может быть определен, так же из расчета, что одну треть года автомобиль будет использоваться только на «электрическом» ходу, в этом случае срок окупаемости составит шесть лет.
В странах с умеренным климатом, одновременно с фотоэлектрическим преобразователями могут быть использованы термоэлектрические преобразователи, преобразующие в электрическую энергию тепло передаваемое автомобилем в окружающую среду, за счет естественных колебаний температуры окружающего воздуха.
Исходя из к.п.д. этих устройств, при перепадах температур 20….40 град.С, — не более т/э = 2…4 %, прибавку накопленной энергии можно ожидать в на уровне около Е = 3 %.
Более эффективное использование термоэлектрических устройств возможно, при больших перепадах температур, за счет использования тепла, выбрасываемого в атмосферу системой выпуска и системой охлаждения двигателя внутреннего сгорания.
В ТС 3171-16033 ВАЗ-00, на основании расчета топливно-экономических показателей с использованием программного комплекса «CRUISE v3.1.1″ ф. “AVL”, показано, что применение термоэлектрических устройств на основе нанотехнологических полупроводниковых термоэлектрических материалов с показателями добротности (Z=2,6 -3 К-1; ZT=2,1), в конструкции автомобиля (типа LADA-Kalina, ВАЗ-1119) может:
- снизить расход топлива на 4….19 %, в зависимости от режима движения;
- уменьшить время разгона, в режиме 0…100 км/ч, с 10,8 секунд до 8,7 секунд;
- увеличить максимальную скорость с 177 км/ч до 184 км/ч;
- уменьшить выброс токсичных компонентов в атмосферу в среднем на 4….19%.
Кроме этого использование термоэлектрических устройств возможно для аккумулирования энергии при остывании двигателя, системы выпуска и салона автомобиля.
Очевидно, что современные полупроводниковые фотоэлектрические и термоэлектрические устройства, создаваемые оборонной и космической отраслями промышленности, имеют неприемлемо высокую с точки зрения современного автомобильного производства стоимость.
С другой стороны, эти изделия производятся с расчетом на использования в течении нескольких десятилетий, при условиях эксплуатации не менее жестких, чем условия, предъявляемые к узлам и агрегатам автомобиля.
В условиях ограничения сырьевых ресурсов и ухудшения экологической ситуации на планете, человечество по новому должно подойти к осмыслению побудительных мотивов и критериев эффективности производства.
Высокотехнологичный и экологичный продукт по определению не может быть дешевым. Но в отличие от производимой сейчас продукции он может иметь более длительный жизненный цикл. Быть более долговечным. Иметь больший срок окупаемости, т.е. быть конкурентоспособным и востребованным, даже при отсутствии значительных государственных дотаций при покупке изделия.
Кроме этого, создание транспортного средства, не «привязанного» к заправочной станции или розетке для зарядки аккумуляторов, может кардинальным образом изменить структуру мировой экономики, — построенной на господстве нефтяных монополий добывающих, перерабатывающих, и перепродающих углеводородное топливо.
Энергосберегающие технологии это не только шаг к высвобождению экономики от сырьевой зависимости это движение в сторону большей степени экономической и личной свободы, как каждого индивидуального автовладельца так и гражданского общества в целом.
Естественно, что прогресс в области компьютерной техники, электроники, нанотехнологий позволяет надеяться на снижение, в перспективе, стоимости фотоэлектрических и термоэлектрических преобразователей.
Тем не менее, в условиях постоянного уменьшения разведанных запасов сырьевых и энергетических ресурсов, роста стоимости добычи, транспортировки и переработки топлива, ухудшения экологической ситуации, — технологические и идеологические концепции автомобильного производства, так же должны быть скорректированы в сторону создания более наукоемких изделий имеющих более длительный жизненный цикл.
ВЫВОДЫ.
Одним из возможных вариантов транспортного средства, в будущем может стать автомобиль с гибридной силовой установкой, оснащенной системой подзарядки аккумуляторов на стоянке за счет фотоэлектрических и термоэлектрических преобразователей.
За счет энергии, аккумулированной фотоэлектрическими преобразователями, средний за год расход топлива может быть снижен на 30.…40%.