211service.com
Ogrzewanie hybrydowe typu plug-in
Potencjał hybryd plug-in i pojazdów elektrycznych w ograniczaniu zużycia ropy naftowej przykuł ostatnio wiele uwagi. Jednak zanim takie samochody staną się dominującymi pojazdami na drogach, trzeba usunąć dużą przeszkodę: producenci samochodów będą musieli znaleźć skuteczny sposób na dostarczanie im ciepła i klimatyzacji. Dzieje się tak, ponieważ konwencjonalne systemy ogrzewania i chłodzenia albo nie działają, albo są nieefektywne w takich pojazdach, znacznie obniżając ich zasięg w czasie upałów i chłodów.
Jeden z wiodących kandydatów na alternatywny system opiera się na termoelektrykach, urządzeniach półprzewodnikowych, które mogą zapewnić ciepło lub chłodzenie, w zależności od kierunku przepływu prądu elektrycznego. Główni producenci samochodów, tacy jak GM i Ford, opracowują obecnie systemy oparte na istniejących półprzewodnikach termoelektrycznych, a materiały eksperymentalne wykorzystujące nanotechnologię mogą sprawić, że takie systemy będą jeszcze bardziej atrakcyjne.
Pierwsze hybrydy typu plug-in – samochody, które można naładować, podłączając do gniazdka elektrycznego, ale mają małe silniki benzynowe zwiększające zasięg – będą wykorzystywać grzejniki elektryczne. Kiedy zaczną pojawiać się u głównych producentów samochodów pod koniec 2010 roku, będą kosztować tysiące więcej niż konwencjonalne samochody, więc producenci samochodów szukają sposobów na obniżenie ich ceny, aby zwiększyć ich atrakcyjność. Jednym ze sposobów na to jest znalezienie wydajniejszych systemów ogrzewania i chłodzenia, które umożliwiają stosowanie mniejszych, tańszych akumulatorów. W rezultacie systemy termoelektryczne mogą zacząć pojawiać się w samochodach w 2012 roku.
Systemy ogrzewania w dzisiejszych samochodach opierają się na fakcie, że silniki spalinowe są strasznie nieefektywne – około dwie trzecie energii uzyskanej ze spalania benzyny nie napędza samochodu. Ale ta nieefektywność generuje ogromne ilości ciepła. Część tego ciepła jest wykorzystywana do ogrzania pasażerów. Hybrydy typu plug-in, które działają głównie lub całkowicie na energię elektryczną do jazdy lokalnej, nie wytwarzają takich ilości ciepła odpadowego. Tak więc ciepło musi być generowane przy użyciu energii z akumulatora, pochłaniając tysiące watów, które w przeciwnym razie mogłyby zostać wykorzystane do napędzania pojazdów. Podczas gdy hybrydy plug-in zużywają znacznie mniej benzyny niż konwencjonalne samochody przy łagodnej pogodzie, w chłodne dni korzyści będą znacznie mniejsze, według Clay Maranville, starszego badacza w Ford Motor Company .
Podobny problem dotyczy klimatyzacji – zasięg elektryczny hybryd plug-in spadnie w czasie upałów, albo dlatego, że silnik benzynowy musi uruchomić się, aby uruchomić konwencjonalną sprężarkę, albo dlatego, że sprężarka elektryczna rozładuje akumulator.
Termoelektryki są atrakcyjne do ogrzewania, ponieważ są bardziej wydajne niż zwykłe grzejniki elektryczne, które wytwarzają ciepło, przepuszczając prąd przez materiał o wysokiej oporności elektrycznej. Co więcej, termoelektryki pozwalają na całkowite przeprojektowanie systemu chłodzenia i ogrzewania. W większości współczesnych pojazdów systemy ogrzewania i chłodzenia są zaprojektowane tak, aby ogrzewać cały przedział pasażerski. Termoelektryki to kompaktowe urządzenia, które można instalować w różnych miejscach samochodu — w zagłówku, siedzeniu, u stóp i tak dalej. Czyli zamiast ogrzewać i chłodzić całą kabinę, mogą ogrzewać lub chłodzić poszczególnych pasażerów.
Oszczędności energii elektrycznej, jakie taki system mógłby zapewnić w samochodzie hybrydowym typu plug-in, mogą być ogromne. Tam, gdzie konwencjonalny elektryczny system ogrzewania i chłodzenia wymaga do 4500 watów do utrzymania pożądanej temperatury wewnątrz samochodu, system termoelektryczny zużywa 3000 watów, jeśli samochód jest pełen pasażerów lub mniej niż 700 w, jeśli kierowca jest sam, według szacunków z Departamentu Energii. Przyszłe generacje materiałów termoelektrycznych, które opierają się na nanotechnologii, które są obecnie demonstrowane w laboratoriach akademickich, mogą jeszcze bardziej zwiększyć te oszczędności. (Zobacz Tania, wydajna termoelektryka i przekształcanie ciepła odpadowego w energię).
Zarówno Maranville, jak i Jihui Yang, pracownik naukowy w GM , powiedzmy, że termoelektryki będą prawdopodobnie wprowadzane stopniowo, w miarę udostępniania różnych komponentów. Jednym z pierwszych sposobów, w jaki może to pomóc, jest zmniejszenie konwencjonalnej klimatyzacji, aby była bardziej wydajna. Yang mówi, że samochody GM używają przewymiarowanych klimatyzatorów, aby spełnić wymóg, aby schłodzić kabinę pasażerską w ciągu dwóch minut, nawet w bardzo gorące dni. Dobrze rozmieszczone termoelektryki mogą sprawić, że pasażerowie poczują się od razu chłodniej, ochładzając szyję lub twarz, podczas gdy mały, konwencjonalny klimatyzator stopniowo obniża temperaturę w każdym innym miejscu.
Ogólnie rzecz biorąc, producenci samochodów obawiają się, że większość konsumentów nie będzie skłonna pogodzić się z niedogodnościami związanymi z prowadzeniem bardziej wydajnych samochodów. Pomóc może ogrzewanie i chłodzenie termoelektryczne. Naszym wielkim wyzwaniem w badaniach jest zapewnienie przejrzystości technologii dla klienta, tak aby po wejściu do pojazdu nie miało znaczenia, czy znajduje się w pojeździe konwencjonalnym, czy w pojeździe o zaawansowanej technologii, mówi Maranville.