Использование солнечного света для охлаждения автомобиля

Простое решение

Аналогичного результата можно добиться, открыв все двери примерно на 1 минуту перед тем, как сесть в машину. Весь горячий воздух внутри автомобиля будет заменён, скорее всего, ещё тёплым воздухом снаружи. Если нет ветра, можно дополнительно включить вентиляцию. Одна минута работы вентиляции обычно не сильно вредит аккумулятору автомобиля. Кроме того, это позволяет вывести тепло из системы вентиляции.

Проблема не столько в воздухе внутри, сколько в самом автомобиле

Крыша и сиденья автомобиля по-прежнему будут нагреваться. Теплый воздух снаружи практически не будет их охлаждать. Воздух плохо проводит тепло. Поэтому он не очень хорошо охлаждает. Для сравнения: почувствуйте, насколько жарко на улице в летний день. А улица находится на улице весь день, и теплый воздух вытесняет нагретый воздух, который поднимается вверх. Вы действительно можете увидеть, как поднимается воздух. Это дымка в жаркие дни.

В заключение отметим, что поступающего от солнца тепла слишком много, чтобы оно рассеивалось за счёт охлаждения окружающим воздухом.

Для достижения лучших результатов

Наклейте светоотражающую плёнку на все окна вашего автомобиля. Уберите её примерно через 1 минуту после того, как откроете все двери. Плёнка в первую очередь будет препятствовать проникновению тепла в салон. Таким образом, салон не будет сильно нагреваться.

Ещё лучших результатов можно добиться за те же ~1 минуту: вылейте на крышу воду. Вода испарится и немного охладит крышу. Это нужно сделать до того, как вы уберёте светоотражающую плёнку, чтобы испарительное охлаждение водой успело подействовать. Благодаря этому крыша из «неприкосновенной» превратится в «ещё тёплую».

Все упирается в деньги

Как вы думаете, сколько людей из перечисленных выше готовы заплатить $$$ за техническое решение, которое, вероятно, усугубит проблему?

Если для вашего технического решения не имеют значения $$$, посмотрите, как работают абсорбционные холодильники:
https://en.wikipedia.org/wiki/Абсорбционный_холодильник

По сути, вы можете использовать поступающее тепло (например, от чёрной панели на крыше вашего автомобиля), чтобы превратить свой автомобиль в (что-то вроде) холодильник. Конечно, он не будет таким же холодным, как настоящий холодильник, но принцип понятен. Я бы предположил, что общей эффективности будет достаточно. Это предположение основано на том, что вам не нужно преобразовывать солнечную энергию в электричество и использовать его для передачи тепловой энергии. Вместо этого вы можете напрямую использовать солнечную энергию для питания процесса.

Однако из-за большого количества труб и того простого факта, что тепло лучше всего подавать снизу, а не сверху, эта система по крайней мере сложна в реализации для мобильных устройств, таких как автомобили.

TL;DR

Существует множество концепций, ни одна из которых не является слишком затратной с точки зрения цены, эффективности и удобства использования, чтобы их можно было широко внедрять.

Помимо того, что мощность, которую можно получить от солнечной батареи, недостаточна для работы чего-то большего, чем вентилятор, есть ещё две причины

1. Современные солнечные панели плоские и жёсткие. Установка такой панели на крыше автомобиля может испортить его внешний вид, аэродинамику или и то, и другое.




2. Добавляя панель, вы увеличиваете вес автомобиля, что негативно сказывается на его топливной экономичности (помимо любого аэродинамического штрафа), а это, в свою очередь, увеличивает эксплуатационные расходы, а также дорожные налоги, которые платит владелец (по крайней мере, во многих странах ЕС, не знаю, как в США).

В научно-исследовательских лабораториях разрабатываются напыляемые солнечные фотоэлектрические покрытия. Эта технология может появиться в автомобилях в ближайшем будущем. Она не повлияет на аэродинамику и внешний вид автомобиля, а также значительно снизит его вес.

Эта система была установлена на Lancia Thesis, выпущенной в 2001 году. По сути, стекло в люке крыши представляло собой солнечную панель, которая использовалась для питания вентилятора кондиционера, когда автомобиль стоял под прямыми солнечными лучами. Чем ярче светило солнце, тем больше энергии получали вентиляторы и тем прохладнее становился салон. Эта система была одной из многих замечательных особенностей Lancia Thesis, которые, похоже, не получили широкого распространения.

Дополнительная информация доступна здесь

У вас отличная идея! И она уже реализуется.

Некоторые модели Toyota Prius оснащены опциональной солнечной крышей, которая питает внутренние вентиляторы, автоматически включающиеся, когда в салоне становится слишком жарко.

Гибридные аккумуляторы вообще не используются: вентиляторы работают исключительно от солнечной энергии! Круто (в буквальном смысле).

Источник изображения: resilience.org

Ваша проблема заключается в эффективности. КПД солнечных панелей составляет около 10–20 %, в зависимости от типа. КПД кондиционеров варьируется, но хорошим рабочим показателем является КПД около 30 %.

Это означает, что для охлаждения автомобиля на каждую единицу отводимого тепла требуется в 3,3 раза больше энергии. Эффективность солнечных панелей означает, что для выработки эквивалентного количества электроэнергии, как и при попадании солнечного света на автомобиль, вам потребуется площадь поверхности, в 6,6 раза превышающая площадь поверхности вашего автомобиля. Таким образом, для работы кондиционера вам понадобятся солнечные панели, площадь поверхности которых в 22 раза превышает площадь поверхности вашего автомобиля (3,3 * 6,6 = 21,78, округляем до 22).

На самом деле всё немного сложнее, поскольку солнечные панели отражают значительное количество тепла, что сокращает необходимое количество панелей, но для работы кондиционера всё равно потребуется в разы больше площади, чем у автомобиля.

Вентиляторы гораздо более эффективны, чем кондиционеры, поскольку вам не нужны компрессор или насосы. Тем не менее вам придётся закрыть всю машину, чтобы получить достаточно электроэнергии для работы вентилятора приличного размера.

Если вы хотите сделать это с помощью солнечных батарей, проблема заключается в энергоснабжении.

Типичный автомобильный кондиционер потребляет от 1000 до 3000 Вт. Квадратный метр обычных фотоэлектрических элементов вырабатывает примерно 150 Вт энергии. Даже если бы вы покрыли весь автомобиль солнечными панелями, их мощности не хватило бы для полного питания кондиционера в идеальных условиях. И они были бы очень дорогими.

Вентиляторы потребляют гораздо меньше энергии, максимум пару сотен Ватт. Технически вы могли бы запускать их только от солнечной панели, если вам не нужна максимальная мощность.

Некоторые производители автомобилей уже делают это. Например, некоторые модели Audi в качестве опции оснащены люком на солнечной панели. Благодаря этому вентилятор вентилятора работает на низкой скорости, даже когда автомобиль выключен, чтобы воздух оставался циркулирующим и свежим.

Во всем остальном солнечные панели просто не вырабатывают достаточно энергии, чтобы произвести значительное воздействие.