مع الاهتمام المتزايد بأنظمة الطاقة المتجددة والمستدامة ، برزت السيارات التي تعمل بالطاقة الشمسية في المقدمة. تعمل العديد من شركات السيارات على تصنيع سيارات تعمل بالطاقة الشمسية ، ويمكن أن تغير التكنولوجيا مستقبل صناعة السيارات.
السيارات الشمسية هي سيارات كهربائية تستخدم الخلايا الكهروضوئية لتحويل الطاقة من ضوء الشمس إلى كهرباء. يمكن لهذه السيارات تخزين بعض الطاقة الشمسية في البطاريات للسماح لها بالعمل بسلاسة في الليل أو في حالة عدم وجود ضوء الشمس المباشر. إذا تم استخدامها على نطاق واسع ، فإن السيارات التي تعمل بالطاقة الشمسية لا تساعد فقط في تلوث البيئة ولكن أيضًا تلوث الضوضاء.
العديد من النماذج الأولية للسيارات التي تعمل بالطاقة الشمسية قيد التطوير حاليًا. تشارك شركات صناعة السيارات الكبيرة والصغيرة في تطوير السيارات الشمسية الهجينة. وفقًا لبعض التقديرات ، يمكن أن يصل سوق السيارات الشمسية إلى 689 مليار دولار بحلول عام 2027. وتعمل شركات السيارات بالفعل على طرق للاستفادة من الفكرة باستخدام التكنولوجيا المؤقتة ، مثل ألواح السقف الشمسية لشحن البطاريات والأنظمة الداخلية.
ومع ذلك ، فإن السيارات الشمسية لديها عدد من التصميمات الخطيرة والقيود التكنولوجية. يرتبط بعضها جزئيًا بالجماليات. مثل هذه السيارة تحتاج لأن تكون قادرة على استيعاب العديد من الألواح الشمسية ، وهناك مساحة محدودة لذلك. لهذا السبب ، فإن معظم المركبات التي تعمل بالطاقة الشمسية التي تم تطويرها حتى الآن مخصصة للتشغيل في سباقات السيارات الشمسية ، وليست مخصصة للاستخدام المنتظم.
سيارت Sunswift IV
Sunswift IV هي أسرع سيارة تعمل بالطاقة الشمسية موجودة حاليًا. تم بناء هذه السيارة من قبل طلاب جامعة نيو ساوث ويلز لسباق الطاقة الشمسية. تستخدم السيارة تقنية مشابهة ومزيجًا من تلك المستخدمة في صناعة الدراجات والطيران وصناعات السيارات.
ومع ذلك ، حتى الآن ، لم يتم تصميم أي من المركبات بطريقة تمكنها من الاعتماد بنسبة 100٪ على الطاقة الشمسية وحدها. بالإضافة إلى ذلك ، يستخدمون تصميمات لن تكون عملية في الحياة الواقعية. على سبيل المثال ، غالبًا ما تكون الأسطح مسطحة وضخمة لاستيعاب المزيد من الألواح الشمسية ؛ لتوفير استهلاك الطاقة ، فهي مصنوعة من مواد خفيفة الوزن لن تنجو حتى من اصطدام طفيف ، ويمكنها فقط أن تجلس شخصًا واحدًا بدون أمتعة.
كيف تعمل السيارات التي تعمل بالطاقة الشمسية؟
تسمح الألواح الشمسية للفوتونات أو جزيئات الضوء بإثارة الإلكترونات وتوليد تيار كهربائي . تتكون الألواح الشمسية من العديد من الوحدات الأصغر التي تسمى الخلايا الكهروضوئية والتي ترتبط ببعضها البعض.
كل خلية ضوئية هي في الأساس شطيرة من شريحتين من مادة شبه موصلة ، مثل السيليكون. يتم خلط السيليكون بمواد أخرى ، عادةً ، الفوسفور والبورون ، لإعطاء كل "شريحة" شحنة كهربائية موجبة أو سالبة. هذا يخلق مجالًا كهربائيًا عند التقاطع بين الطبقتين.
عندما يقرع فوتون من ضوء الشمس إلكترونًا خاليًا ، فإن المجال الكهربائي سيدفع هذا الإلكترون خارج تقاطع السيليكون. تجمع الصفائح المعدنية الموصلة على جانبي الخلية الإلكترونات وتنقلها إلى أسلاك. عند هذه النقطة ، يمكن للإلكترونات أن تتدفق مثل أي مصدر آخر للكهرباء.
- من مزايا استخدام السيارات الشمسية :
- يوفر المال على الوقود.
- مستدامة وصديقة للبيئة.
- لا توجد تكاليف إضافية باستثناء استبدال البطارية.
- لا يسبب التلوث الضوضائي أو تلوث الهواء.
ما هي بعض التطورات الحالية في السيارات التي تعمل بالطاقة الشمسية ؟
صنعت شركة جنرال موتورز واحدة من أولى السيارات التي تعمل بالطاقة الشمسية وتم عرضها في مؤتمر في شيكاغو في عام 1955. أطلق عليها اسم "Sunmobile" ، وهي عبارة عن نموذج أولي يبلغ طوله 15 بوصة (38 سم) "سيارة" مصنوعة من محرك كهربائي صغير Pooley و 12 خلية ضوئية من السيلينيوم.
كان المحرك الكهربائي Pooley مسؤولاً عن تدوير بكرة تقوم بتدوير عمود العجلة الخلفي. كانت أول سيارة تعمل بالطاقة الشمسية ، لكنها كانت أصغر من أن تقودها.
سيارة أخرى مثيرة للاهتمام تعمل بالطاقة الشمسية هي سيون ، التي بناها سونو موتورز. تدعي الشركة أن هذه هي أول سيارة هجينة تعمل بالطاقة الشمسية ومتوفرة تجارياً . يصل مداها إلى 160 ميلاً (255 كيلومترًا) ويمكنها شحن نفسها باستخدام الطاقة الشمسية. وهي مجهزة بـ248 خلية شمسية مدمجة في جسمها.
في المتوسط ، يستغرق شحن ما يصل إلى 80٪ في محطة الشحن حوالي 30 دقيقة . هذه السيارة تباع بحوالي 28500 دولار . ومع ذلك ، من المهم ملاحظة أن الألواح الشمسية مصممة فقط للمساعدة في شحن السيارة - فهي ليست مصممة للعمل على الطاقة الشمسية وحدها ، وفي الواقع ، ليست قادرة على ذلك.
تعمل شركات مثل Toyota و Hyundai وغيرهما أيضًا على بناء سيارة تعمل بالطاقة الشمسية تعمل بكامل طاقتها أو نسخة هجينة منها. هناك أيضًا مشاريع أخرى للسيارات الشمسية ، تجعل تكنولوجيا السيارات أكثر استدامة في المستقبل.
قام مشروع ستانفورد للطاقة الشمسية أيضًا ببناء بعض السيارات التي تعمل بالطاقة الشمسية ويقوم بتطوير أخرى على أمل أن يتم طرحها في السوق يومًا ما. تأسس المشروع في عام 1989 ، ولا يزال يديره الطلاب بالكامل ويعمل كمؤسسة غير ربحية من أجل جعل التكنولوجيا حقيقة واقعة يومًا ما.
في عام 2019 ، طورت تويوتا نموذجًا أوليًا من طراز بريوس يعمل بالطاقة الشمسية ينتج 180 واطًا من الطاقة الكهربائية في الساعة ، ويبلغ مدى 3.8 ميل (6.1 كم) بعد يوم من الشحن. ومع ذلك ، زعمت الطرز اللاحقة أنها تصل إلى 860 واط من الطاقة ونطاق 27.6 ميل (44.5 كم) بشحنة كاملة. ومع ذلك ، كانت الخلايا الشمسية قادرة فقط على شحن البطارية 3 ، ولا تزال السيارة بحاجة إلى الشحن عند نقطة الشحن.
كشفت شركة ناشئة هولندية تدعى Lightyear عن نموذج أولي لأول سيارة كهربائية تعمل بالطاقة الشمسية تسمى Lightyear One تتميز بمدى 450 ميلاً (724 كم) بشحنة واحدة.
على الرغم من أن السيارة ستكلف حوالي 150 ألف يورو ، إلا أنها ستكون ممتعة للغاية إذا كانت ترقى إلى مستوى الكفاءة التي تدعيها.
تتلقى الشركة طلبات مسبقة وتخطط لبدء الإنتاج بحلول عام 2021.
لماذا لا نتجول في سيارات تعمل بالطاقة الشمسية بالفعل؟
هناك عدة أسباب لعدم تمكن حتى شركات السيارات الأكثر تقدمًا من تطوير سيارات تعمل بالطاقة الشمسية بالكامل.
السبب الأول والأهم هو الألواح الشمسية نفسها. تتمتع الألواح الشمسية الحالية التي يتم تشغيلها تجاريًا والتي نستخدمها بكفاءة تتراوح من 20 إلى 35٪ فقط. وبالتالي ، لتشغيل سيارة شمسية ، سنحتاج إلى مساحة إضافية كبيرة للخلايا الشمسية. لكن القيام بذلك يستدعي مشكلتين أخريين - الوزن والتكلفة.
الألواح الشمسية ليست رخيصة وليست عديمة الوزن أيضًا. يعني تعبئة جسم السيارة بألواح شمسية أنك تضيف الكثير من الوزن والتكلفة إلى السيارة. تم تطوير الأفلام الشمسية ، وهي أخف بكثير من الألواح ، على الرغم من أنها أقل كفاءة في نفس الوقت. وعندما تضع في الاعتبار وزن البطارية ، فإن فكرة السيارات التي تعمل بالطاقة الشمسية تبدو أقل جدوى في العالم الحقيقي.
في يوم صافٍ ، يتلقى سطح الأرض ما يقرب من 1 كيلوواط من الطاقة الشمسية لكل 10 قدم مربع (1 متر مربع) . بالنظر إلى أن الألواح الكهروضوئية عالية الكفاءة تبلغ مساحتها 32 قدمًا مربعة (4 أمتار مربعة) يمكن أن تولد ما يقرب من 8 كيلو واط في الساعة من الطاقة يوميًا ، فستحصل فقط على حوالي 25 ميلاً (40 كم) من النطاق خارج مجموعة الألواح العادية.
من المحتمل أن تؤدي الظروف الجوية السيئة وظروف القيادة والوضع غير المناسب للألواح وتراكم الأوساخ إلى صعوبة وصول سيارتك الشمسية إلى هذا الرقم.
بالإضافة إلى ذلك ، السيارات التي تعمل بالطاقة الشمسية ليست " 100٪ " صديقة للبيئة. إذا نظرت إلى طريقة صنع البطاريات والخلايا الشمسية ، وخاصة كيفية استخراج المعادن المستخدمة من الأرض ، يتضح أن كل مركبة تأتي مع نصيبها من البصمة الكربونية .
لكن هذا لا يعني أنها لن تنتشر على نطاق واسع في السنوات القادمة. قد تجعل الأبحاث الحالية في البطاريات منخفضة الوزن والخلايا الكهروضوئية عالية الكفاءة السيارات التي تعمل بالطاقة الشمسية ذات يوم قابلة للحياة.