آشنایی با خودرو های خورشیدی

انرژی‌های نو و تجدیدپذیر این روز‌ها در کانون توجه قرار گرفته و بهره‌برداری از آن‌ها به یک ضرورت تبدیل شده است. در این راستا، برخی خودروسازان در زمینه خودرو های خورشیدی مشغول تحقیق و توسعه هستند و قصد دارند در آینده تمام یا بخشی از انرژی مورد نیاز محصولات خود را از نور خورشید تامین کنند.

ماشین خورشیدی چیست؟

خودرو‌های خورشیدی در حقیقت همان مدل‌های خودروهای برقی هستند که از سلول‌های فتوولتاییک برای تبدیل انرژی خورشیدی به الکتریسیته استفاده می‌کنند. در این دسته از وسایل نقلیه، انرژی تبدیلی در باتری خورشیدی ذخیره شده و سپس برای راه‌اندازی پیشرانه به کار برده می‌شود. اگر روزی این خودرو‌ها در مقیاسی گسترده راهی بازار شوند، مسلما در کاهش آلودگی هوا و حذف صدا‌های مزاحم بسیار بسیار تاثیرگذار خواهند بود.

در حال حاضر تقریبا تمامی پروژه‌های مربوط به خودرو‌ های خورشیدی در مراحل اولیه هستند و نمونه‌های تولیدی در حد پروتوتایپ به شمار می‌روند. برای گذر از این مرحله خودروسازان ایده اتومبیل‌های هیبریدی خورشیدی را دنبال می‎‌کنند. در خودرو‌های هیبریدی خورشیدی، بخشی از انرژی لازم برای شارژ باتری یا کارکرد سیستم‌های مختلف، از طریق پنل‌های نصب شده روی سقف تامین می‌شود.

بر اساس پیش‌بینی‌ها، ارزش بازار خودرو‌های خورشیدی تا سال ۲۰۲۷ به ۶۸۹ میلیارد دلار خواهد رسید

با وجود مزایای متعدد، خودرو‌های خورشیدی از نظر طراحی و تکنولوژی با موانع بزرگی روبرو هستند. به منظور مهار بیشترین انرژی ممکن، بدنه این خودرو‌ها باید تا جایی که امکان دارد، با پنل‌های خورشیدی پوشانده شود، حال آنکه حتی در صورت پوشش کل بدنه، میزان انرژی دریافتی ناچیز خواهد بود. از این رو است که خودرو‌های خورشیدی ساخته شده تا به این تاریخ، فقط در مسابقات اتومبیلرانی شرکت کرده‌اند و هنوز نمی‌توانند با کاربرد‌های روزمره مطابقت داشته باشند.

خودرو‌ های خورشیدی چگونه کار می‌کنند؟

پنل‌های خورشیدی به فوتون‌ها اجازه می‌دهند الکترون‌ها را تحریک کنند. جنب و جوش حاصل از این کار، پایه و اساس تولید جریان الکتریسیته است. به لحاظ ساختاری، این پنل‌ها از تعداد زیادی سلول فتوولتاییک که به هم متصل هستند، تشکیل یافته‌اند.

در تعریف ساده هر سلول فتوولتاییک را می‌توان ساندویچی از دو تکه که جنسی از مواد نیمه‌رسانا، مثل سیلیکن، دارند، توصیف کرد. سیلیکن موجود با مواد دیگری – معمولا فسفر و بور – ترکیب می‌‎شود تا هر تکه بار الکتریکی مثبت یا منفی پیدا کند. با چنین ساختاری یک میدان الکتریکی در نقطه اتصال دو لایه بوجود می‌آید.

هنگام برخورد فوتون‌ها به الکترون‌ها، میدان الکتریکی الکترون‌ها را به سمت بیرون از نقطه اتصال سیلیکن هدایت می‌کند. صفحات رسانای فلزی حاضر در طرفین سلول‌ها این الکترون‌ها را جمع‌آوری کرده و آن‌ها را به سیم‌ها منتقل می‌کنند. در این لحظه الکترون‌ها همانند دیگر منابع الکتریسیته جریان می‌یابند.

مزایای خودروی خورشیدی

خودرو‌های خورشیدی دارای چند مزیت هستند که مهم‌ترین آن‌ها عبارتند از:

• صرفه اقتصادی بیشتر به خاطر عدم وابستگی به سوخت
• پایداری و سازگاری با محیط زیست
• عدم تولید آلودگی صوتی و گاز‌های آلاینده
• نداشتن هزینه اضافی جز تعویض باتری ماشین

کاربردهای انرژی خورشیدی در وسایل نقلیه

تصور کنید بدون نیاز به پر کردن باک سوخت وسیله نقلیه خود قادر به استفاده از آن هستید. با توجه به هزینه‌های بالای سوخت و مخاطرات زیست محیطی، رویای شیرینی محسوب می شود. یکی از گزینه‌هایی که می تواند این رویا را در آینده‌ای نه چندان دور محقق سازد، انرژی خورشیدی است.

در حقیقت، وسایل نقلیه‌ای که به طور کامل از انرژی خورشیدی استفاده می کنند، چیز جدیدی نیستند؛ نخستین خودرو خورشیدی جهان در دهه 1950 ساخته شد. این مدل چندان کاربردی نبود، اما طرح‌های مدرن پیشرفت‌های چشمگیری داشته‌اند.

امروزه، نقاط عطف خورشیدی در بخش‌های مختلف حمل و نقل قابل تصور و مشاهده هستند. خودروهای خورشیدی، اتوبوس‌های خورشیدی، قطارهای خورشیدی، قایق‌های خورشیدی و حتی بالگرد خورشیدی از نمونه‌های موجود فعلی هستند. در ادامه این مطلب چند نمونه از این وسایل حمل و نقل خورشیدی مدرن را معرفی می کنیم.

تولید ماشین های خورشیدی تا به امروز

هیچ یک از خودرو‌های خورشیدی طراحی شده تا به این تاریخ، نتوانسته به طور کامل و صد در صدی به انرژی خورشیدی متکی باشد. از سوی دیگر، طراحی آن‌ها به شکلی است که تطابقی با کاربری‌های روزانه ندارد.

برای نمونه سقف این خودرو‌ها عمدتا گسترده و تخت طراحی می‌شود تا امکان نصب پنل‌های متعدد و جذب بیشترین انرژی ممکن فراهم باشد؛ همچنین به منظور کاهش وزن در ساخت آن‌ها از مواد بسیار سبک وزن استفاده می‌شود که آن هم ایمنی پایین و احتمال مرگ در تصادفات جزئی را در پی دارد. در کنار این‌ها، خودرو‌های خورشیدی نمی‌توانند بیش از یک نفر را با خود حمل کنند.

• ماشین سولار Sunswift IV

Sunswift IV عنوان سریع‌ترین خودروی خورشیدی دنیا را در اختیار دارد. این اتومبیل سبز توسط جمعی از دانشجویان نیو ساوت ولز (New South Wales) برای مسابقات سولار طراحی و تولید شده و در آن ترکیبی از تکنولوژی‌های رایج در دوچرخه‌سازی، هوافضا و صنعت خودرو مورد استفاده قرار گرفته است.

• ماشین خورشیدی سان موبیل

یکی از اولین خودرو‌های خورشیدی دنیا توسط جنرال موتورز ساخته شده و در سال ۱۹۵۵ در شیکاگو به نمایش درآمد. این پروتوتایپ ۳۸ سانتی‌متری «سان موبیل» (Sunmobile) نام داشت و نیروی محرکه آن توسط یک موتور برقی کوچک و ۱۲ سلول فوتوولتاییک سلنیومی تامین می‌شد. اگر چه سان موبیل عنوان نخستین خودروی خورشیدی را در اختیار دارد، ولی با توجه به ابعاد بسیار کوچک امکان رانندگی با آن هرگز میسر نبود.

•  ماشین خورشید سایون

دیگر خودروی خورشیدی جالب، مدلی به نام Sion است که توسط شرکت Sono Motors تولید شده؛ این شرکت ادعا می‌کند Sion اولین اتومبیل هیبریدی خورشیدی در سطح تجاری بوده و قادر است تا ۲۵۵ مایل (۴۱۰ کیلومتر) را پشت سر بگذارد. انرژی این خودرو از طریق ۲۴۸ سلول خورشیدی یکپارچه با بدنه تامین می‌شود.

بطور میانگین باتری Sion در عرض ۳۰ دقیقه تا ۸۰ درصد شارژ می‌شود. این اتومبیل ۲۸,۵۰۰ دلاری از پنل‌های خورشیدی به عنوان یک منبع کمکی برای شارژ باتری استفاده می‌کند و اینطور نیست که تمام ظرفیت باتری به وسیله آن‌ها پر شود.

• ماشین های خورشیدی سوناتا و پریوس

تویوتا و هیوندای جزو خودروسازانی هستند که جدی‌تر از بقیه ایده خودرو‌های خورشیدی را دنبال می‌کنند. این دو کمپانی با معرفی سوناتا و پریوس مجهز به پنل خورشیدی، بخشی از تلاش‌های خود را در این زمینه به نمایش گذاشته‌اند.

پروتوتایپ معرفی شده از تویوتا پریوس در هر ساعت می‌تواند ۱۸۰ وات الکتریسیته تولید کند و با ۲۴ ساعت قرار گرفتن در معرض نور خورشید، انرژی لازم برای پیمایش ۶.۱ کیلومتر مسافت را در باتری خود ذخیره می‌سازد.

البته بعد‌ها نسخه ارتقا یافته از این پروتوتایپ به رکورد تولید ۸۶۰ وات الکتریسیته در هر ساعت دست پیدا کرده است. این نسخه با ۲۴ ساعت شارژ، مسافت ۴۴.۵ کیلومتری را می‌پیماید. در صورت نیاز به سفر‌های طولانی‌تر با پریوس هیبریدی خورشیدی، باید آن را با کابل برق شارژ کرد.

• اتومبیل خورشیدی لایت یر

در کنار خودروسازان، برخی دانشگاه‌ها و استارتاپ‌ها نیز به دنبال بهره‌برداری از انرژی خورشیدی در حوزه حمل و نقل هستند. دانشگاه استنفورد با ایجاد یک پروژه دانشجویی از سال ۱۹۸۹ در این حوزه مشغول تحقیق و توسعه است. استارتاپ هلندی Lightyear هم از پروتوتایپ یک اتومبیل برقی خورشیدی رونمایی کرده که می‌تواند تا ۷۲۴ کیلومتر مسافت را با شارژ کامل طی کند. این خودرو Lightyear One نام دارد و نسخه تولید انبوه آن با قیمت ۱۵۰ هزار یورو راهی بازار خواهد شد.

• خودرو برقی خورشیدی اپرا

اپترا (Aptera) یک خودرو خورشیدی و برقی دو نفره است که روی بدنه آن پنل های خورشیدی بکار رفته. سطح بیرونی این خودرو با ۱۸۰ سلول خورشیدی پوشیده شده (معادل ۳ متر) و در روزهای آفتابی قادر است تا شعاع ۷۲ کیلومتری را بپماید.

اپترا کاملا بی نیاز از سوخت فسیلی است و با تامین انرژی لازم از طریق جذب نور خورشید و برق، می تواند وسیله ای مناسب برای تردد روزانه در سطح شهر باشد. این خودرو برای افرادی که در مناطق کم نور زندگی می کنند و برایشان امکان شارژ خودرو از طریق آفتاب وجود ندارد، با برق نیز قابل شارژ است و می توانند با شارژ کامل، در حالت برقی تا شعاع  ۹۶۵ کیلومتری را با حداکثر سرعت ۱۷۰ کیلومتر بر ساعت بپمایند.

اپترا در حالت خورشیدی در زمره خودروهای کندرو قرار دارد. چراکه حداکثر سرعتش ۲۰ کیلومتر بر ساعت گزارش شده. اما با ضریب درگ ۰/۱۳ از جمله خودروهای قوی و پیشرفته در سیستم آئرودینامیک محسوب می شود. وزن خالص اپترا ۸۱۵ کیلوگرم است و بدنه اش نیز از کربن و کامپوزت ساخته شده.

موانع پیش روی تولید انبوه خودرو‌های خورشیدی

اینکه چرا هنوز پیشرفته‌ترین خودروسازان جهان به سمت اتومبیل‌‎های خورشیدی نرفته‌اند، چند دلیل عمده دارد. راندمان پایین پنل‌های خورشیدی فعلی یکی از اصلی‌ترین دلایل به شمار می‌رود. در حال حاضر این پنل‌ها در بهترین حالت راندمانی بین ۲۰ الی ۳۰ درصد دارند و اگر قرار باشد یک خودرو صرفا با اتکا به نور خورشید حرکت کند، باید فضای بسیار گسترده‌تری برای تعبیه پنل‌ها فراهم شود. این امر هم به نوبه خود دو مشکل وزن و هزینه را در پی دارد.

پنل‌های خورشیدی گران‌قیمت بوده و دارای وزن معینی هستند. تجهیز کل سطح بدنه یک خودرو به این پنل‌ها، به معنای اضافه کردن وزن و هزینه خواهد بود. شاید بگویید برای مقابله با مشکل وزن، می‌توان به جای پنل از فیلم‌های جدید که بسیار سبک‌تر هستند، استفاده کرد. در پاسخ باید گفت این فیلم‌ها راندمان کمتری داشته و انرژی کمتری را ذخیره می‌کنند. با احتساب وزن باتری که معمولا زیاد است، به نظر می‌رسد ایده خودرو‌های خورشیدی حداقل در زمان کنونی قابل تحقق در دنیای واقعی نیست.

مساله دیگر اینکه در یک روز آفتابی، هر متر مربع از سطح زمین تقریبا ۱ کیلووات انرژی خورشیدی دریافت می‌کند. با یک محاسبه ساده معلوم می‌شود چنانچه همه سطوح بدنه خودرویی با بهترین پنل‌ها پوشانده شده و تمام طول روز را در معرض تابش نور آفتاب قرار گیرد، انرژی لازم برای پیمایش تنها ۴۰ کیلومتر مسافت در آن ذخیره خواهد شد. البته این ایده‌آل‌ترین شرایط است، چرا که علاوه‌بر عدم مهار تمامی انرژی دریافتی، عوامل دیگری مثل تغییرات جوی، شرایط رانندگی، محل نصب پنل و کثیف شدن آن‌ها می‌تواند از عدد مذکور بکاهد.

برخلاف باور عموم خودرو‌های خورشیدی بطور کامل با محیط زیست سازگار نیستند. هر چند این خودرو‌ها حین حرکت گاز آلاینده‌ای تولید نمی‌کنند، اما اگر چگونگی تولید باتری و پنل‌های خورشیدی – به‌ویژه نحوه استخراج و استفاده مواد معدنی مورد نیاز – را مطالعه کنید، خواهید دید ساخت چنین مدل‌هایی با تاثیر منفی بر محیط زیست و افزایش آلودگی کربنی همراه است.

علی‌رغم وجود برخی عوامل بازدارنده، تحقق ایده خودرو‌های خورشیدی غیرممکن نیست. در حال حاضر تحقیقات زیادی در زمینه کاهش وزن باتری‌ها و بهره‌گیری از سلول‌های فتوولتاییک بسیار بهینه انجام می‌شود. شاید تلاش‌های محققان، روزی در قالب خودرو‌های خورشیدی واقعا کاربردی به بار بنشیند.

ساخت ماشین خورشیدی

ویدئوی زیر را از دست ندهید! فیلم زیر یک پنل خورشیدی را به تسلا مدل 3 با هزینه کمتر نصب می کند.