No Image

Электродвигатель на солнечных батареях

СОДЕРЖАНИЕ
1 просмотров
15 ноября 2019

ON Semiconductor 2N4401 2N4403

В приложениях, работающих на солнечных батареях и бóльшую часть времени находящихся в неактивном состоянии, в качестве накопителей энергии часто бывает практичнее использовать конденсаторы вместо менее надежных аккумуляторов. Типичными примерами таких приложений могут служить устройства позиционирования солнечных модулей, передатчики телеметрической информации, дозировочные насосы для химических реагентов, регистраторы данных и игрушки на солнечных батареях.

От выхода фотогальванического элемента небольшого калькулятора схема на Рисунке 1 может почти в полной темноте питать небольшой мотор, подобный тем, что используются в пейджерах. Схема периодически заряжает конденсатор C1 емкостью 4700 мкФ до напряжения 1.75 В, а затем разряжает его на электромотор. Уровень освещенности, при которой может работать эта схема, ограничивается только величиной тока утечки через p-n переход солнечного элемента. Токи утечки и переключения самой схемы настолько малы, что, при условии использования накопительного конденсатора с малыми утечками, она может вращать мотор при входном токе 10 нА. Транзисторы Q1 и Q2 образуют пару с регенеративным характером переключения, подобную тиристору. Диоды 1N4007, установленные вместо резисторов, шунтируют токи утечки транзисторов и светодиода.

Рисунок 1. Периодически заряжая накопительный конденсатор и разряжая его
на небольшой электромотор, эта схема может обеспечивать его
вращение при входном токе всего 10 нА.

Когда напряжение на конденсаторе C1 приближается к 1.75 В, зеленый светодиод начинает проводить ток и открывает транзистор Q1, ток которого, в свою очередь, поступает в базу Q2. Усиленный ток базы вызывает изменение напряжения на коллекторе Q2. Падение напряжения между базой и эмиттером выходного транзистора Q4 изолирует коллектор Q2 от этого транзистора, а напряжение база-эмиттер Q3 и конденсатор C2 емкостью 10 нФ изолируют Q2 от постоянного смещения на базе Q2. Однако, имеющий наноамперный уровень скачок тока коллектора Q2 через конденсатор C2 передается на базу транзистора Q1, инициируя процесс регенеративного переключения. Наноамперные уровни переключения схемы и заряда конденсатора C1 здесь достигаются благодаря использованию вместо подтягивающих резисторов диодов с низкими утечками, а также благодаря тому, что в начале регенеративного процесса нагрузка изолируется от остальной схемы, а постоянное смещение базы Q1 изолируется от коллектора Q2. По мере развития процесса регенерации транзистор Q3 образует путь для протекания постоянного тока между базой транзистора Q1 и коллектором Q2. На этом этапе выходной транзистор Q4 также входит в насыщение и включается мотор.

Большой ток мотора быстро разряжает конденсатор C1 до напряжения 1.1 В, при котором Q1 больше не может поддерживать регенеративный процесс из-за потери напряжения на переходах коллектор-эмиттер транзисторов Q1 и Q3. Резистор сопротивлением 100 Ом и обратный заряд конденсатора C2 переводят транзистор Q1 в состояние отсечки, и начинается следующий цикл заряда накопительного конденсатора. Для увеличения напряжения переключения схемы замените зеленый светодиод синим, или последовательно со светодиодом включите обычный диод. Если вы не планируете использовать схему при входных токах менее 1 мкА, для улучшения помехоустойчивости диоды 1N4007 можно заменить резисторами 10 МОм. У долго хранящихся конденсаторов увеличивается ток утечки. Такие конденсаторы, возможно, вам придется отформовать, подключив их на несколько дней к 9-вольтовой батарее. Для того чтобы схема заработала при очень слабом освещении, используйте две солнечные панели, соединенные последовательно.

Материалы по теме

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

Развитие технологий и борьба за экологическую безопасность нашей планеты, стали катализаторами процесса создания автомобиля, или машины на солнечной энергии, которая работает на солнечных батареях.

Принцип действия

Принцип работы автомобиля на солнечных батареях основан на преобразовании солнечной энергии в электрическую, которая является источником питания электрического двигателя на солнечных батареях, устанавливаемого на автомобиле.

Принцип преобразования энергии солнца в электрическую энергию основан на «p-n проводимости», создаваемой в элементах солнечной батареи, изготавливаемой из двух слоев кремния, с добавлением различных веществ.

Читайте также:  Как пользоваться промывкой инжектора

Процесс образования электрического тока приведен на ниже приведенной схеме:

  1. В верхний слой, при его изготовлении, добавляется фосфор, это «n» слой, а в нижний – бор, это «р» слой. На границе слоев образуется «р-n переход», который определяет «р-n проводимость» фотоэлемента, из определенного количества которых, состоит солнечная батарея.
  2. Под воздействием солнечных лучей, в верхнем слое, образуется дополнительное количество отрицательно заряженных электронов, а в нижнем – положительно заряженных («дырок»). Наличие дополнительного количества разно заряженных частиц создает электрическое поле между слоями, образуется разность потенциалов. В этом случае, при наличии нагрузки между электродами, присоединенными к верхнему и нижнему слоям, в цепи протекает электрический ток, при этом отрицательно заряженные частицы движутся вверх, а положительно заряженные – вниз.

Если в качестве нагрузки подключить электрический двигатель, с установкой дополнительных электронных устройств, обеспечивающих нормальный режим работы в различных режимах эксплуатации и определенного количества аккумуляторов, отвечающих за запас электрической мощности, то подобная схема, может служить приводом для механической передачи, в том числе и для передвижения автомобиля.

Автомобиль на солнечных батареях как изобретение ХХ века

История создания автомобилей, работающих на солнечных батареях, начала свое начало в середине ХХ века в США, однако в связи с тем, что технологии того времени не позволяли изготовить мощную солнечную батарею не больших размеров, и выпускаемые аккумуляторы не были энергоемкими, то и развитие этой отрасли автомобилестроения было приостановлено. Лишь в 90-е годы, к этой теме вернулись и работы продолжились.

Увеличение КПД солнечных батарей позволило увеличить количество вырабатываемого ими электричества, а энергоемкие аккумуляторы нового поколения, позволили создавать необходимый запас энергии, при перемещении на дальние расстояния.

Применение новых материалов, при изготовлении кузова, новых систем трансмиссии и типов электродвигателей, также отразились на развитии данного типа автомобилей. Сейчас элементы кузова изготавливаются из прочного и легкого пластика, в трансмиссии используются детали с наименьшим уровнем сопротивления качению, а в качестве двигателей применяют устройства бесколлекторного типа использующие в своей конструкции полюса из редкоземельных магнитных материалов.

Еще одним из изобретений, которое стало использоваться на солнце автомобилях, стали мотор-колеса. В этом случае электрический двигатель расположен на каждом из ведущих колес автомобиля, что позволяет увеличить общий КПД передаточного механизма.

На увеличение мощности устанавливаемой на автомобиль солнечной батареи, повлияло и то, что подобные устройства теперь можно выпускать гибкими, следовательно, размещать на всех элементах кузова, что увеличивает площадь поглощающую солнечную энергию.

Популярные модели

Производством моделей автомобилей, использующих в качестве источника энергии солнечную батарею, занимаются все ведущие автомобильные бренды. Наиболее известные из них, это:

  • Модель «Ecletic», разработки специалистов компании Venturi (Франция), оснащена силовой установкой, мощностью 22,0 л/с, запасом хода в 50,0 км и может развивать скорость 50,0 км/час.


В качестве резервного источника питания, на автомобиль установлен ветровой генератор, а также предусмотрена возможность подзарядки от электрической сети.

  • Модель «Astrolab», также является разработкой французских инженеров и дизайнеров компании Venturi.


Это серийная модель, мощностью 16,0 кВт и запасом хода – 110,0 км. Максимальная скорость, данной модели – 120,0 км/час. Корпус изготовлен из прочного пластика, масса автомобиля – до 300,0 кг.

  • Голландские инженеры и дизайнеры из Технологического университета (г. Эйндховен), разработали и создали модель «Stella», являющуюся по сути, семейным автомобилем.


Корпус изготовлен из углерода и алюминия, автомобиль оснащен сенсорным экраном и мощной солнечной батарей, вырабатывающей количество электрической энергии, превышающее требуемое, для обеспечения зарядки энергоемких аккумуляторов. Запас хода составляет 600,0 км.

  • Инженеры швейцарской компании Green GT, разработали модель «Solar World GT», мощностью до 400,0 л/сил.
Читайте также:  Калина кросс в тюнинге


Максимальная скорость данной модели – до 275,0 км/час, а время разгона до 100,0 км/час, составляет 4,0 секунды.

  • В России, специалисты Санкт-Петербургского политехнического университета, успешно занимаются разработкой отечественного солнечного автомобиля.


Кузов выполнен из композитных материалов в форме катамарана, общий вес автомобиля менее 200,0 кг. Ожидается, что скорость автомобиля будет достигать 150,0 км/час.

  • Японский кар «Tokai Challenger 2», победил в гонках в 2011 году, ежегодно проводимых в Австралии.


На модели установлены солнечные панели разработки компании Panasonic. Корпус выполнен из углеродистого пластика, его вес составляет 140,0 кг. Максимальная скорость – 160,0 км/час.

Средние цены

В связи с тем, что автомобили, работающие на солнечных батареях, являются штучным товаром и не поставлены на поточное производство, то и их стоимость, достаточно высока.

Производители не любят давать информацию о своих разработках, поэтому на выше приведенные модели нет информации о их цене и себестоимости.

Тем не менее, стоимость моделей, уже запущенных в серию, известна, так в соответствии с данными компаний Venturi (Франция), стоимость модели «Astrolab» составляет 92000,00 евро.

Плюсы и минусы

Автомобили, работающие на солнечных батареях, обладают целым рядом преимуществ, перед традиционными двигателями внутреннего сгорания, это:

  1. Отсутствие вредных выбросов обуславливает экологическую безопасность подобного транспорта.
  2. Неограниченный запас источника энергии, которым является солнце.
  3. Нет необходимости в строительстве заправочных станций и станций подзарядки, как в случае с электромобилями.
  4. Продолжительные сроки эксплуатации.
  5. Бесплатность энергии, обеспечивающей работу автомобиля.

Недостатки, как не странно, созвучны достоинствам данного типа автомашин, и это не позволяет данным аппаратам более широко войти в повседневную жизнь, это:

  1. Применение новых технологий и изготовление в штучном производстве, увеличивает стоимость подобных механизмов.
  2. Запас хода и скорость движения ниже, чем у автомобилей с двигателями внутреннего сгорания.
  3. Отсутствие ремонтных сетей и служб автосервиса, работающего в данном сегменте автотранспорта, усложняют процесс его эксплуатации.

Как сделать своими руками

Умея работать с ручным инструментом, имея знания в электротехнике и механике, а также имея желание и свободное время, можно изготовить своими руками, достаточно сложное механическое транспортное средство, каким является солнечный автомобиль.

Начать необходимо с того, что нужно понять, как устроен подобный автомобиль, и как осуществляется его работа. Работа подобных устройств, отражена на ниже приведенной схеме.

Энергия солнца поглощается и преобразуется в электрическую энергию в солнечном коллекторе (батарее), который устанавливается на корпусе транспортного средства (автомобиля), и накапливается в аккумуляторе.

Посредством установки электронного блока управления, осуществляется контроль за расходом накопленной электрической энергии и зарядом аккумулятора, а также током потребления электрического двигателя, преобразующим электрическую энергию в его вращательное движение, которое в свою очередь, посредством механической передачи, передается на колеса транспортного средства.

Как видно из приведенной схемы, основные электрические элементы и механическую часть конструируемого автомобиля, лучше всего использовать заводского производства. Корпус же, может быть различным, главное условие для него, это прочность конструкции и малый вес.

Габаритные размеры корпуса создаваемого автомобиля зависят от размера механических узлов, а также размера солнечной батареи, которую планируется разместить снаружи.

Мощность солнечной панели должна соответствовать техническим характеристикам электронного блока и аккумуляторов, устанавливаемых на модели, а они, в свою очередь, должны быть увязаны с характеристиками электрического двигателя.

Гонки на солнцемобилях

Появление различных моделей солнечных автомобилей, выпускаемых крупными автопроизводителями и производимые индивидуальными изобретателями, привело к тому, что появился новый вид спорта – брейнспорт или гонки на солнцемобилях.

Читайте также:  Подключение планшета в авто

Данные соревнования проводятся в разных странах, но наиболее известные проходят в Австралии между городами Дарвин и Аделаида. Протяженность участка 3000,0 км.

Участие в подобных соревнованиях позволяет автомобильным компаниям тестировать свои новые технические разработки в экстремальных условиях, что в свою очередь служит развитием солнечного автомобиле строения.

Есть ли будущее у таких автомобилей?

В настоящее время, транспортные средства, использующие в качестве энергии солнечные лучи, не получили широкого распространения в нашей жизни. Это обусловлено высокой стоимостью их производства, низким КПД солнечных панелей, а также необходимостью установки энергоемких аккумуляторов, являющихся накопителями электрической энергии.

Тем не менее, появление новых технологий в производстве материалов, производство гибких солнечных панелей и аккумуляторов, обладающих значительной емкостью, при этом имеющих небольшие геометрические размеры, позволило создавать новые модели подобных транспортных средств.

Одним из важных факторов, свидетельствующих о том, что будущее у солнечных автомобилей есть, и оно приведет к увеличению таких моделей, является то, что энергия солнца, это возобновляемый и неисчерпаемый источник энергии, при использовании которого нет вредных выбросов в атмосферу, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду.

Мендосинский бесколлекторный магнитно-левитационный солнечный мотор Ларри Спринга, или мендосинский мотор (англ. Larry Spring’s Magnetic Levitation Mendocino Brushless Solar Motor ) — разновидность маломощного бесколлекторного электрического двигателя с ротором на магнитных подшипниках и питанием солнечной энергией.

Содержание

Описание [ править | править код ]

Мотор состоит из ротора многоугольного (обычно квадратного) сечения, насаженного на вал. Ротор имеет два набора обмоток с питанием от солнечных батарей. Вал расположен горизонтально, на каждом его конце находится постоянный кольцевой магнит. Магниты на валу обеспечивают левитацию, так как находятся над отталкивающими магнитами, расположенными в основании. Дополнительный магнит, находящийся под ротором, создаёт магнитное поле для обмоток ротора.

Когда свет падает на одну из солнечных батарей, она генерирует электрический ток, который течёт по обмотке ротора. Этот ток производит магнитное поле, которое взаимодействует с полем магнита под ротором. Это взаимодействие приводит ротор во вращение. При вращении ротора следующая солнечная батарея перемещается к свету и возбуждает ток во второй обмотке. Процесс повторяется до тех пор, пока на батареи падает солнечный свет. Можно провести аналогию с работой коллекторного двигателя постоянного тока: вместо щёточного электрического коллектора в данном двигателе используется «световой коллектор».

Поскольку невозможно сделать статическую устойчивую магнитную подвеску на постоянных магнитах [прим. 1] , с одной или двух сторон ось опирается на стенку. Магнитная подвеска очень неустойчива, и важно хорошо сбалансировать ротор.

Существующие в настоящее время мендосинские моторы развивают очень низкую мощность.

История [ править | править код ]

Мендосинский мотор был изобретён в 1994 году американским конструктором и популяризатором науки Ларри Спрингом [1] . Назван по имени округа Мендосино в штате Калифорния, где проживает изобретатель.

Идея светового коммутируемого двигателя, где солнечная энергия преобразовывалась бы в солнечных батареях и питала отдельные катушки двигателя, была впервые описана Дэрилом Чапином в эксперименте с солнечной энергией в 1962 году [2] . Эксперимент был проведён в Bell Labs, где Чапин вместе со своими коллегами Кельвином Фуллером и Джеральдом Пирсоном изобрели современные солнечные элементы в 1954 году [3] . Вместо магнитной левитации двигатель Чапина использовал стеклянный цилиндр на острие иглы в качестве подшипника скольжения с очень низким трением.

Комментировать
1 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
No Image Автомобили
0 комментариев
No Image Автомобили
0 комментариев
No Image Автомобили
0 комментариев
Adblock detector