利用太阳辐射作为能源利用光伏发电的太阳能船,迄今为止一直采用光伏发电,也被称为太阳能船。由于在各种性能范围内都具有良好的效率,电动发动机在能耗方面优于内燃机。驱动功率通常在几百瓦到几千瓦范围内。累加器通常用作缓冲器。理论上,它们的航程是无限的——类似于帆船。与帆船相比,它们特别适合在运河和河流上航行。大多数被称为太阳能船的电动船不仅配备太阳能发电机,还可以使用市电充电器充电。有了这个概念,船就在泊位处与网络相连。如果还有逆变器,就可以给船上的电池充电,直到充满为止,然后将船上太阳能发电机的能量输入电网。然而,对于开阔水域或海上的较长距离,通常需要额外的驱动装置,例如帆、风力或柴油发电机。后者可在寒冷环境中同时提供加热。在小船上,人力驱动装置代替柴油发电机已被证明是成功的。由于功率密度低,太阳能驱动器不适合长期高功率需求(例如高速)的应用。
以下是一些开创性的例子:
太阳能船蛇怪 1
1989年,三体船Basilisk 1完成了一条旅程:巴塞尔-科布伦茨-特里尔-萨尔布吕肯-斯特拉斯堡-巴塞尔。 1990 年,甚至有一次从巴塞尔几乎到伊维萨岛的旅行(2,000 公里)。距终点50公里处,船长马蒂亚斯·韦格曼因不幸情况堆积而不得不弃船,被一艘货轮救起。技术数据:长5 m,宽4.5 m,排水量0.3 t,4名乘客,2个泊位,PV 500 Wp/10 km/h,电机2 kW/13 km/h,电池(铅)2 kWh/60kg。这艘带有折叠轮的船甚至可以作为太阳能移动车以 30 公里/小时的速度在路上行驶,但从未合法上路。
太阳能船蛇怪 2
Basilisk 1的改进版:由于太阳能船在海上永远无法达到帆船的性能,而帆船在河流/运河上几乎毫无用处,因此这款船纯粹是为内陆水域设计的。该公司在法国的河流和运河上运营,目前总部位于第戎。技术数据:长 6 m,宽 4.5 m,排量 0.5 t,PV 800 Wp/10 km/h,电机 24 V 2 kW/12 km/h,电池先(铅)4 kWh/120 kg,然后(LiFeYPo4) 5 kWh/50 kg,4 名乘客,4 个泊位。特点:拖车轮安装在支腿中,可拆卸的拖车挂钩安装在船头,这样当船折叠起来时,任何汽车都可以拖曳船,无需额外的拖车。
太阳能船蛇怪 3
第一艘也是直到 2017 年为止唯一的一艘太阳能船于 2010 年 7 月 7 日至 31 日覆盖了巴塞尔-阿姆斯特丹-巴塞尔航线(目前速度高达 12 公里/小时),相当于每天约 70 公里。作为一艘采用波浪桁架主船体的三体船,她在 6 千瓦功率下的航速可达 16 公里/小时。技术数据:长12m,宽4.5m,空载排水量2t,载12名乘客3t,太阳能电池1.8kWp/12km/h,电机6kW/16km/h,铅电池20kWh 600kg,6个铺位,厕所, 厨房。
太阳能渡轮阿迪亚
Aditya 是一艘太阳能渡轮,在印度喀拉拉邦的 Vaikkom 和 Thavanakkadavu 之间运营。该船由喀拉拉邦首席部长斯里主持落成典礼。 Pinarayi Vijayan 和中央内阁电力和可再生能源部长 Sri。 Piyush Goyal 于 2017 年 1 月 12 日就职。
这是印度第一艘太阳能渡轮,也是印度最大的太阳能船。该船由位于印度科钦的 NavAlt Solar and Electric Boats 设计和建造。 NavAlt 是 Navgathi Marine Design and Constructions、Alternative Energies(法国)和 EVE Systems(法国)之间的合资企业。
2020 年 8 月,MarineLink 报道称,喀拉拉邦将在年底前用太阳能渡轮取代运行同一航线的三艘柴油渡轮,并提到 Aditya 每月的费用约为 79 美元,而柴油渡轮的费用为 2867 美元。三年内,Aditya 节省了超过 100,000 升柴油。喀拉拉邦政府水运部门也决定将其所有 48 艘柴油渡轮更换为太阳能渡轮。
太阳能船Alstersonne
2000年,汉堡的Alster Tourismik将这艘太阳能船命名为“Alstersonne”。它长26.53米,是当时世界上最大的太阳能船。这是一艘双体船,配有两台发动机,各 8 kW。[7]它可容纳 100 人,最初配备了集成了光伏模块的丙烯酸玻璃屋顶。 2006年,亚克力玻璃屋顶被真正的玻璃取代,并修改了玻璃模块的倾斜度。
太阳能双体船 Tûranor PlanetSolar
Tûranor PlanetSolar 是一艘于 2010 年 3 月 31 日命名的双体船,完全由太阳能提供动力。它是当时最大的太阳能船舶,长 31 m,重 84 t。这艘船由 240 千瓦的发动机提供动力,用于环球航行。 2010年9月27日从摩纳哥出发,穿越巴拿马运河,于2011年1月下旬抵达加拉帕戈斯群岛。经过近485天的时间,这艘太阳能船于2012年5月4日返回摩纳哥,从而完成了它的环球之旅。
该船的历史可以追溯到2004年。当时,瑞士护理人员拉斐尔·多姆詹 (Raphaël Domjan) 希望成为第一个乘坐太阳能船环游世界的人。他与他的合作伙伴、法国政治家兼航海家热拉尔·达博维尔 (Gérard d'Aboville) 一起,为这个项目提出了最初的想法。达博维尔是 20 世纪 80 年代和 90 年代第一个独自划船横渡大西洋,然后又划船横渡太平洋的人。两人最初计划建造一艘可供两人乘坐的小船。随后,达姆施塔特企业家兼 Wella 继承人 Immo Ströher 通过新闻报道了解到了该项目。他说服多姆扬和达博维尔建造一艘更大的船。他还规划了专业的沟通策略和重用概念。
该项目的总成本据称约为 1500 万欧元,主要由 Immo Ströher 及其瑞士控股公司 Rivendell 资助,该公司主要投资于可再生能源、回收和环境保护领域的技术。斯特罗赫是德国最早推广太阳能的企业家之一。 Solon、Q-Cells、Younicos 和 Grundgrün 等公司的成立都是在他的支持下得以成立的。
具有一个主船体和两个副船体的未来主义设计来自新西兰 LomOcean Design 公司的新西兰设计师 Craig Loomes。
欧洲太阳能船
电动船 Europa 在汉诺威马施湖上作为游览船运营。
太阳能船施普雷号穿梭机
“施普雷班车”(以前的“盖恩霍芬”)在 2000 年 6 月至 2003 年 10 月期间行驶了 5,000 公里。 2003年夏天,这艘太阳能船只需要从电网充电两次。总共运送了4000多名乘客。
太阳能双体船 MobiCat
MobiCat 是一艘电动客运双体船。它从太阳能中获取驱动能量。该船于 2001 年 7 月下水,此后一直在比尔湖上航行。
Orca 驳船十艘破碎
Orca ten Broke 是一艘非传统的内河船舶,用作研究船,不使用化石燃料。
这艘二氧化碳中和内河船舶在施特拉尔松德的 Ostseestaal 建造,获准载客 199 人。柏林太阳能电池渡轮 Fährbär 也是在这里建造的。该船分为三层甲板,船体和上层建筑均由钢制成。最底层的甲板上装有发动机、4 个电池室以及油箱等技术设备。 2.4 m 高的中间甲板设有研讨室,该研讨室延伸至船的整个宽度,并可使用房间隔板分为三个独立的房间。其上方是带有太阳能模块的阳光甲板。
Orca 10 Broke 长 35.55 m、宽 8.25 m,由 110 kW 电动机提供动力,并由容量为 200 kWh 的电池供电。
电池由屋顶输出功率为 32 kWp 的光伏组件和发电机充电。当天气有利时,光伏系统可以满足全部能源需求。电池系统容量为250千瓦时。该发电机由 BF6M1013M 型道依茨发动机提供动力,该发动机经批准可使用氢化植物油、回收植物油和废脂肪等石蜡燃料以及来自天然气 (GtL) 和生物质 (BtL) 的液体燃料。未来,将使用所谓的电子燃料(PtL),即来自过剩电力的二氧化碳中性燃料。发动机采用“电热耦合”原理工作,为热水和采暖提供电力和热量。为此提供了一个 1500 升的缓冲罐。地暖、良好的隔热性和多层玻璃窗确保了较低的热量需求。
能源概念的目的是将已在低能耗建筑中成功实施的高效技术转移到研究船上。这一充满活力的概念由船东菲利克斯·艾森哈特 (Felix Eisenhardt) 提出,并与造船厂的英戈·席林格 (Ingo Schillinger) 共同实现。
如果无法系泊或抛锚,可以使用可降低的锚柱来“停泊”。该船于2017年11月交付并转移至柏林地点。
太阳能船
自2004年6月以来,世界上最大的不锈钢太阳能双体船一直在海德堡的内卡河上航行。这艘游览和包租船被自豪地称为“SolarShip”,重 51 吨,长 24.95 m,提供 80 个带顶棚服务的座位和露天甲板上的 30 个额外座位。以14公里/小时左右的行驶速度计算,充满电后的续航里程至少为110公里。它由两台三相电动机提供动力,每台电动机的功率为 25 kW。这辆车只有中间的车顶区域覆盖有太阳能电池,因此侧面和半路上视野清晰。
威悉船
自 2006 年 4 月以来,两艘太阳能电动船已在哈默尔恩的威悉河上使用,并在旅游方面取得了巨大成功。该旅游项目将于 2008 年继续开展,并配备技术先进的新型船型。
太阳能双体船Sun21
2006年12月初,瑞士建造的太阳能双体船Sun21从塞维利亚出发,这是太阳能船首次横渡大西洋。经加那利群岛短暂停留后,该船携5名船员于2007年2月2日抵达加勒比海马提尼克岛勒马林港,并于5月8日抵达目的地纽约。马丁·沃塞勒发起了这个项目。
索伦号太阳能船
Sun21 是柏林水域太阳能船的原型。 2009 年 8 月 12 日,索伦号由州长 Klaus Wowereit 命名。 Suncat 58 船配备了 Solon 太阳能发电机,输出功率为 5.6 kWp。双体船的发动机总功率为 2×8 kW。电池存储量足以在没有阳光的情况下运行 10 小时。 SunCat 58 最多可容纳 60 人。除了 Solon 之外,同一家制造商还提供最多可容纳 12 人的小型太阳能船,甚至还有豪华太阳能游艇。
科考船 Solgenia
配备光伏-氢混合技术的电动或太阳能船使用光伏和燃料电池的组合,后者由氢气提供动力,而氢气又是使用太阳能电池可逆地产生的。康斯坦茨大学正在开发世界首个原型“Solgenia”作为研究船,并自 2007 年初以来一直在康斯坦茨湖实际运行。
太阳能氢船能源观察者
能源观察者号于 2017 年 4 月下水,是世界上第一艘利用氢气发电并提供动力的船舶。该船是与 CEA-LITEN 的工程师合作开发的,旨在测试和证明基于各种可再生能源耦合的完整生产链的效率。下水后,这艘船于 2017 年春季开始了为期六年的世界之旅,以优化其技术并领导一次探险,为能源转型找到持久的解决方案。该船被法国生态与团结转型部任命为法国首位可持续发展目标大使。
第一艘氢能船环游世界
能源观察者号是一个围绕一艘实验船及其探险的项目,其主要目标是为能源转型寻找具体、创新和成功的解决方案。凭借其技术,它将成为世界上第一艘能够通过能源组合在船上生产脱碳氢的船舶。它通常被称为“海洋阳光动力”,因为所开发的技术让人想起 Bertrand Piccard 和 André Borschberg 的太阳能项目,或者被称为“现代 Calypso”,因为该船充当有关生态、可持续发展的媒体内容的制作平台应利用发展和能源转型。
能源观察者科学任务
是一个浮动实验室,旨在在极端条件下测试创新能源架构,以证明其在陆地上的可行性。该能源系统包括三种可再生能源(太阳能、风能和水力发电)和两种存储类型(短期使用的锂离子电池和长期使用的氢)。该船可直接在船上通过海水电解生产氢气。目的是测试和优化这些技术构件,使它们和谐地协同工作,实现完全能源自主的目标。每年该船都会返回造船厂,分析航行情况和船上技术的发展。
使用的技术
这艘实验船是与造船工程师团队和格勒诺布尔的 CEA-LITEN 合作设计的,是第一艘能够在船上自主生产氢气且使用可再生能源不排放温室气体的船舶。该船将使用海水能源组合生产和储存氢气:3种类型的太阳能电池板,面积130平方米(峰值21千瓦),2台垂直轴风力涡轮机(2 x 1 kW),1个拖曳风筝和2台用于制氢的可逆电动机(2×41千瓦)、1个锂电池(106千瓦时)、1个海水淡化厂、1个电解槽、1个压缩机、1个燃料电池(22千瓦)和62公斤氢气。整个氢气系统重 2,100 公斤。 2019年,使用了新型、更轻的电池。
太阳能双体船 SolarWave
SolarWave于2009年12月17日发射升空,2010年1月27日命名,并于2010年4月7日启航,进行首次能源自给自足的环球航行。该太阳能双体船长14 m,宽7.5 m,重12吨。 Solarwave 的屋顶上有 57 平方米的太阳能电池板,由 2 × 10 kW 电动机提供动力。 Solarwave 的独特之处在于,除了驱动器之外,所有导航、操作和家用单元以及电动支持车辆(小艇和电动自行车)均由太阳能供电。该项目旨在展示全球太阳能在适合家庭的远洋运动船上的可行性,并鼓励模仿。 2010年,该船穿越欧洲莱茵河、美因河和多瑙河,航行至黑海。
太阳能双体船Solaaris
Solaaris 是一艘铝制双体船,于 2012 年 4 月 2 日在施特拉尔松德的 Ostseestaal 造船厂投入使用,取代了明斯特 Aasee 上退役的“Landois”水上巴士。
该船可搭载68名乘客,排水量约14吨,吃水0.5 m,长15.64 m,宽4.6 m,由两台15 kW电动机提供动力,电动机由两块55 kWh锂离子电池组成。
平屋顶上有 28 个太阳能模块,每个模块的功率为 185 Wp,旨在为每天大约 8 次行程提供电池支持,这些行程从 Aasee 露台/金桥,经 Mühlenhofin 露天博物馆码头,前往全天候动物园/自然历史博物馆和回来。
类似项目
太阳能氢船“能源观察者”号加入了许多大型研发项目,这些项目旨在促进技术、社会和环境的发展,并传达有利于可再生能源的信息。该系列还包括自 2007 年以来一直在世界海洋上航行以进行科学和环境保护的极地帆船 Tara、第一艘太阳能飞机 Solar Impulse 以及 2010 年第一艘环绕地球的太阳能电动汽车 Planet Solar。 2016 年 10 月,Race for Water Odyssey 基金会宣布将为完全由太阳能提供动力的 Planet Solar 双体船配备氢技术,以实现与能源观察者项目类似的环球旅行。
计划中但尚未实现的利用可再生能源在船上生产氢燃料的船舶是“Orcelle”。据称,这艘渡轮是挪威-瑞典航运公司 Wallenius Wilhelmsen Logistics 的“绿色旗舰”。它利用太阳能和波浪能在船上产生氢气为船舶提供动力。另一艘尚未建造的氢能船是远洋游艇“Eco-Trimaran”,它也利用太阳和波浪的能量。风能不是用于帆,而是用于风力涡轮机。即使在停泊期间,这种能源也有助于船上氢气的生产。
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