حداکثر بازده موتورهای حرارتی (قضیه کارنو). کارایی موتورهای حرارتی

05.04.2019

تجهیزات الکتریکی

یوتیوب دایره المعارفی

1 / 5
از نظر ریاضی، تعریف کارایی را می توان به صورت زیر نوشت:
η = A Q , (\displaystyle \eta =(\frac (A)(Q))،)
جایی که آ- کار مفید (انرژی)، و س- انرژی مصرف شده
اگر بازده به صورت درصد بیان شود، با فرمول محاسبه می شود:
η = A Q × 100% (\displaystyle \eta =(\frac (A)(Q))\ بار 100\%) ε X = Q X / A (\displaystyle \varepsilon _(\mathrm (X))=Q_(\mathrm (X))/A),
جایی که Q X (\displaystyle Q_(\mathrm (X)))- گرمای گرفته شده از انتهای سرد (در ماشین های تبرید، ظرفیت خنک کننده)؛ A (\displaystyle A)
اصطلاحی که برای پمپ های حرارتی استفاده می شود نسبت تبدیل
ε Γ = Q Γ / A (\displaystyle \varepsilon _(\Gamma)=Q_(\Gamma)/A),
جایی که Q Γ (\displaystyle Q_(\Gamma))- گرمای تراکم منتقل شده به خنک کننده؛ A (\displaystyle A)- کار (یا برق) صرف شده در این فرآیند.
در ماشین عالی Q Γ = Q X + A (\displaystyle Q_(\Gamma)=Q_(\mathrm (X))+A)، از اینجا برای ماشین کامل ε Γ = ε X + 1 (\displaystyle \varepsilon _(\Gamma )=\varepsilon _(\mathrm (X))+1)
بهترین عملکردعملکرد برای ماشین های تبرید دارای چرخه کارنو معکوس است: دارای ضریب تبرید است.
ε = T X T Γ - T X (\displaystyle \varepsilon =(T_(\mathrm (X)) \over (T_(\Gamma)-T_(\mathrm (X))))، زیرا، علاوه بر انرژی در نظر گرفته شده است آ(به عنوان مثال الکتریکی)، در گرما سهمچنین انرژی از منبع سرد گرفته می شود.
کار انجام شده توسط موتور:

این فرآیند برای اولین بار توسط مهندس و دانشمند فرانسوی N. L. S. Carnot در سال 1824 در کتاب "تأملاتی در مورد نیروی محرکه آتش و ماشین هایی که قادر به توسعه این نیرو هستند" مورد توجه قرار گرفت.

هدف از تحقیق کارنو کشف دلایل ناقص بودن موتورهای حرارتی آن زمان (با راندمان ≤ 5%) و یافتن راه هایی برای بهبود آنها بود.

چرخه کارنو از همه کارآمدتر است. کارایی آن حداکثر است.

شکل، فرآیندهای ترمودینامیکی چرخه را نشان می دهد. در طول انبساط همدما (1-2) در دما تی 1 کار به دلیل تغییر انرژی داخلی بخاری یعنی به دلیل تامین گرما به گاز انجام می شود. س:

آ 12 = س 1 ,

خنک شدن گاز قبل از فشرده سازی (3-4) در طول انبساط آدیاباتیک (2-3) رخ می دهد. تغییر در انرژی درونی ΔU 23 در طی یک فرآیند آدیاباتیک ( Q = 0) کاملاً به کار مکانیکی تبدیل می شود:

آ 23 = -ΔU 23 ,

دمای گاز در نتیجه انبساط آدیاباتیک (2-3) به دمای یخچال کاهش می یابد. تی 2 < تی 1 . در فرآیند (3-4)، گاز به صورت همدما فشرده می شود و مقدار گرما را به یخچال منتقل می کند. س 2:

A 34 = Q 2,

چرخه با فرآیند فشرده سازی آدیاباتیک (4-1) به پایان می رسد، که در آن گاز تا یک دما گرم می شود. T 1.

حداکثر مقدار بازده موتورهای حرارتی که در گاز ایده آلبا توجه به چرخه کارنو:

.

ماهیت فرمول در اثبات شده بیان شده است با. قضیه کارنوکه راندمان هر موتور حرارتی نمی تواند از آن فراتر رود کارایی چرخهکارنو، در همان دمای بخاری و یخچال انجام می شود.

بهره وری (بهره وری) - مشخصه کارایی یک سیستم (دستگاه، ماشین) در رابطه با تبدیل یا انتقال انرژی. با نسبت انرژی مصرف شده به مقدار کل انرژی دریافتی توسط سیستم تعیین می شود. معمولا به η ("این") نشان داده می شود. η = Wpol/Wcym. بازده یک کمیت بدون بعد است و اغلب به صورت درصد اندازه گیری می شود. از نظر ریاضی، تعریف کارایی را می توان به صورت زیر نوشت:
X 100%
جایی که آ- کار مفید، و س- انرژی مصرف شده

با توجه به قانون پایستگی انرژی، راندمان همیشه کمتر یا برابر با واحد است، یعنی نمی توان کار مفیدی بیشتر از انرژی مصرف شده به دست آورد.

راندمان موتور حرارتی- نگرش کامل کار مفیدموتور، به انرژی دریافتی از بخاری. راندمان یک موتور حرارتی را می توان با استفاده از فرمول زیر محاسبه کرد
,
جایی که مقدار گرمای دریافتی از بخاری، مقدار گرمایی است که به یخچال داده می شود. بالاترین راندمان در میان ماشین‌های چرخه‌ای که در دمای منبع داغ کار می‌کنند تی 1 و سرد تی 2، داشتن موتورهای حرارتیکار بر روی چرخه کارنو. این بازده حاشیه ای برابر است با
.

همه شاخص هایی که کارایی فرآیندهای انرژی را مشخص می کنند با توضیحات فوق مطابقت ندارند. حتی اگر به طور سنتی یا اشتباه به آنها """ می گویند، ممکن است ویژگی های دیگری داشته باشند، به ویژه بیش از 100٪.

راندمان دیگ بخار

مقاله اصلی: تعادل حرارتی دیگ بخار

بازده دیگ های سوخت فسیلی به طور سنتی بر اساس ارزش حرارتی کمتر محاسبه می شود. فرض بر این است که رطوبت محصولات احتراق به شکل بخار فوق گرم از دیگ خارج می شود. در دیگ های چگالشی این رطوبت متراکم می شود و از گرمای میعان استفاده مفیدی می شود. در محاسبه بهره وریبر اساس ارزش کالری کمتر، ممکن است در نهایت بیشتر از یک باشد. که در در این موردصحیح تر است که آن را با ارزش حرارتی بالاتر محاسبه کنیم که گرمای تراکم بخار را در نظر می گیرد. با این حال، مقایسه عملکرد چنین دیگ بخار با داده های سایر تاسیسات دشوار است.

پمپ های حرارتی و چیلرها

مزیت پمپ های حرارتی به عنوان تجهیزات گرمایشی این است که گاهی اوقات گرمای بیشتری نسبت به انرژی مصرف شده برای عملکرد آنها دریافت می کنند. به طور مشابه، یک دستگاه تبرید می تواند گرمای بیشتری را از انتهای خنک شده خارج کند تا اینکه برای سازماندهی فرآیند صرف می شود.

راندمان چنین موتورهای حرارتی مشخص می شود ضریب عملکرد(برای ماشین های تبرید) یا نسبت تبدیل(برای پمپ های حرارتی)
,
کجا گرما از انتهای سرد گرفته می شود (در ماشین های تبرید) یا به انتهای گرم (در پمپ های حرارتی) منتقل می شود. - کار (یا برق) صرف شده در این فرآیند. چرخه معکوس کارنو بهترین شاخص های عملکرد را برای چنین ماشین هایی دارد: دارای ضریب عملکرد است
,
که در آن، دمای انتهای گرم و سرد است، . بدیهی است که این مقدار می تواند به طور دلخواه بزرگ باشد. اگرچه نزدیک شدن به آن به صورت عملی دشوار است، اما ضریب عملکرد همچنان می تواند از وحدت فراتر رود. این با قانون اول ترمودینامیک مغایرتی ندارد، زیرا علاوه بر انرژی در نظر گرفته شده است آ(به عنوان مثال برقی)، برای گرم کردن سهمچنین انرژی از منبع سرد گرفته می شود.

ادبیات
- پریشکین A.V.فیزیک. کلاس هشتم. - Bustard, 2005. - 191 p. - 50000 نسخه. - شابک 5-7107-9459-7.
یادداشت

بنیاد ویکی مدیا 2010.
مترادف ها:
- توربو پاسکال
- بهره وری
ببینید "" در فرهنگ های دیگر چیست:
احتمالا همه در مورد کارایی (ضریب کارایی) موتور تعجب کرده اند احتراق داخلی. از این گذشته ، هر چه این شاخص بالاتر باشد ، کارآمدتر کار می کند واحد قدرت. موثرترین در این لحظهامروزه نوع برقی آن مورد توجه قرار می گیرد که راندمان آن تا 90 تا 95 درصد می رسد، اما برای موتورهای احتراق داخلی، چه دیزلی و چه بنزینی، به تعبیری خیلی دور از ایده آل است.

صادقانه بگویم، پس گزینه های مدرنموتورها نسبت به همتایان خود که 10 سال پیش عرضه شدند بسیار کارآمدتر هستند و دلایل زیادی برای این امر وجود دارد. قبل از این به خودتان فکر کنید، نسخه 1.6 لیتری تنها 60 تا 70 اسب بخار قدرت تولید می کرد. و اکنون این مقدار می تواند به 130 - 150 اسب بخار برسد. این یک کار پر زحمت برای افزایش کارایی است که در آن هر "گام" با آزمون و خطا ارائه می شود. با این حال، اجازه دهید با یک تعریف شروع کنیم.

- این مقدار نسبت دو کمیت است، توانی که به آن عرضه می شود میل لنگموتور به توان دریافتی پیستون در اثر فشار گازهایی که در اثر احتراق سوخت ایجاد می شود.

به زبان ساده، این تبدیل انرژی حرارتی یا حرارتی است که در طی احتراق ظاهر می شود مخلوط سوخت(هوا و بنزین) تا مکانیکی. لازم به ذکر است که قبلاً این اتفاق افتاده است ، به عنوان مثال در بخار نیروگاه ها- سوخت همچنین پیستون های واحدها را تحت تأثیر دما هل داد. با این حال ، تأسیسات آنجا چندین برابر بزرگتر بودند و خود سوخت جامد بود (معمولاً زغال سنگ یا هیزم) که حمل و نقل و کارکرد آن را دشوار می کرد؛ دائماً لازم بود که آن را با بیل به داخل کوره "تغذیه" کنید. موتورهای احتراق داخلی بسیار فشرده تر و سبک تر از موتورهای "بخار" هستند و ذخیره و حمل و نقل سوخت بسیار آسان تر است.

بیشتر در مورد ضرر و زیان

با نگاهی به آینده، با اطمینان می توان گفت که راندمان یک موتور بنزینی بین 20 تا 25٪ است. و دلایل زیادی برای این وجود دارد. اگر سوخت ورودی را بگیریم و آن را به درصد تبدیل کنیم، به نظر می رسد که "100٪ انرژی" را که به موتور منتقل می شود دریافت می کنیم و پس از آن تلفات وجود دارد:

1)راندمان سوخت . همه سوخت نمی سوزد، بخش کوچکی از آن با گازهای خروجی می رود، در این سطح ما تا 25٪ راندمان را از دست می دهیم. البته الان سیستم های سوختآنها در حال بهبود هستند، یک انژکتور ظاهر شده است، اما دور از ایده آل است.

2) دوم تلفات حرارتی استو . موتور خود و بسیاری از عناصر دیگر مانند رادیاتور، بدنه و مایعی که در آن در گردش است را گرم می کند. همچنین مقداری از گرما ترک می کند گازهای خروجی. همه اینها منجر به کاهش 35٪ کارایی می شود.

3) سومین تلفات مکانیکی است . روی انواع پیستون ها، میله های اتصال، حلقه ها - همه مکان هایی که اصطکاک وجود دارد. این همچنین می تواند شامل تلفات ناشی از بار ژنراتور باشد، به عنوان مثال، هرچه ژنراتور برق بیشتری تولید کند، چرخش میل لنگ را کاهش می دهد. البته، روان کننده ها نیز پیشرفت کرده اند، اما باز هم، هیچ کس هنوز نتوانسته است به طور کامل بر اصطکاک غلبه کند - ضرر هنوز 20٪ است.

بنابراین، نتیجه نهایی این است که راندمان حدود 20٪ است! البته در بین گزینه های بنزینی، گزینه های برجسته ای وجود دارد که این رقم در آنها به 25 درصد افزایش یافته است، اما تعداد آنها زیاد نیست.

یعنی اگر ماشین شما 10 لیتر در هر 100 کیلومتر سوخت مصرف کند، فقط 2 لیتر از آنها مستقیماً سر کار می رود و مابقی ضرر است!

البته می توانید قدرت را افزایش دهید، مثلاً با خسته کردن سر، یک فیلم کوتاه تماشا کنید.

اگر فرمول را به خاطر داشته باشید، معلوم می شود:

کدام موتور بالاترین راندمان را دارد؟

اکنون می خواهم در مورد گزینه های بنزین و دیزل صحبت کنم و بفهمم کدام یک از آنها کارآمدتر است.

به بیان ساده، و وارد علف های هرز نشوید اصطلاحات فنیسپس - اگر این دو راندمان را با هم مقایسه کنید - البته کارآمدتر آنها دیزل است و دلیل آن این است:

1) موتور بنزینی تنها 25 درصد انرژی را به انرژی مکانیکی تبدیل می کند، اما موتور دیزلی حدود 40 درصد انرژی را تبدیل می کند.

2) در صورت مجهز بودن نوع دیزلیتوربوشارژ، سپس می توانید بازده 50-53٪ را به دست آورید و این بسیار قابل توجه است.

پس چرا اینقدر موثر است؟ ساده است - با وجود نوع کار مشابه (هر دو واحد احتراق داخلی هستند)، دیزل کار خود را بسیار کارآمدتر انجام می دهد. تراکم بیشتری دارد و سوخت با استفاده از یک اصل متفاوت مشتعل می شود. کمتر گرم می شود، یعنی در سرمایش صرفه جویی می شود، سوپاپ های کمتری دارد (صرفه جویی در اصطکاک) و همچنین سیم پیچ های جرقه زن و شمع های معمولی را ندارد، یعنی نیازی به هزینه اضافی انرژی از ژنراتور ندارد. . با سرعت کمتر کار می کند، نیازی به چرخاندن دیوانه وار میل لنگ نیست - همه این کارها را انجام می دهد گزینه دیزلقهرمان بهره وری

در مورد بهره وری سوخت دیزل

از بیشتر ارزش بالابهره وری - بهره وری سوخت به شرح زیر است. بنابراین، برای مثال، یک موتور 1.6 لیتری می تواند تنها 3 تا 5 لیتر در شهر مصرف کند، برخلاف نوع بنزینی، که مصرف آن 7 - 12 لیتر است. دیزل بسیار کارآمدتر است؛ خود موتور اغلب فشرده تر و سبک تر است و اخیراً سازگارتر با محیط زیست است. همه این جنبه های مثبت به لطف مقدار بزرگتر به دست می آیند، رابطه مستقیمی بین کارایی و فشرده سازی وجود دارد، صفحه کوچک را ببینید.

با این حال، با وجود تمام مزایا، معایب زیادی نیز دارد.

همانطور که مشخص می شود، راندمان موتوراحتراق داخلی دور از ایده آل است، بنابراین آینده به وضوح متعلق به گزینه های الکتریکی است - تنها چیزی که باقی می ماند پیدا کردن است باتری های کارآمد، که از یخبندان نمی ترسند و شارژ را برای مدت طولانی نگه می دارند.

بازده، طبق تعریف، نسبت انرژی دریافتی به انرژی مصرف شده است. اگر یک موتور بنزین بسوزاند و تنها یک سوم گرمای حاصله به انرژی نیروی محرکه وسیله نقلیه تبدیل شود، بازده یک سوم یا (به نزدیکترین کل گرد شده) 33٪ است. اگر یک لامپ پنجاه برابر کمتر از انرژی الکتریکی مصرفی انرژی نور تولید کند، بازده آن 1/50 یا 2٪ است. با این حال، بلافاصله این سوال مطرح می شود: اگر لامپ به عنوان بخاری مادون قرمز فروخته شود، چه؟ پس از ممنوعیت فروش لامپ‌های رشته‌ای، دستگاه‌هایی با همان طراحی شروع به فروختن به عنوان "هیتر مادون قرمز" کردند، زیرا بیش از 95٪ برق به گرما تبدیل می‌شود.
گرمای (غیر) مفید
به طور معمول، گرمای تولید شده در طول عملیات چیزی به عنوان تلفات ثبت می شود. اما این دور از قطعیت است. به عنوان مثال، یک نیروگاه حدود یک سوم گرمای آزاد شده در طی احتراق گاز یا زغال سنگ را به برق تبدیل می کند، اما بخشی دیگر از انرژی را می توان برای گرم کردن آب استفاده کرد. اگر منبع آب گرم و باتری های گرم نیز در نتایج مفید عملیات CHP گنجانده شود، بازده 10-15٪ افزایش می یابد.
یک مثال مشابه "اجاق گاز" خودرو است: بخشی از گرمای تولید شده در طول کار موتور را به داخل خودرو منتقل می کند. این گرما می تواند مفید و ضروری باشد یا می توان آن را به عنوان تلفات در نظر گرفت: به همین دلیل معمولاً در محاسبات راندمان موتور خودرو ظاهر نمی شود.
دستگاه هایی مانند پمپ های حرارتی از هم جدا هستند. بازده آنها، اگر آن را با نسبت گرمای عرضه شده و برق مصرفی محاسبه کنیم، بیش از 100٪ است، اما این اصول ترمودینامیک را رد نمی کند. یک پمپ حرارتی گرما را از بدنی که کمتر گرم می شود به بدنی با حرارت بیشتر پمپ می کند و انرژی را صرف این کار می کند، زیرا بدون مصرف انرژی، چنین توزیع مجدد گرما توسط همان ترمودینامیک ممنوع است. اگر یک پمپ حرارتی یک کیلووات از خروجی بگیرد و پنج کیلووات گرما تولید کند، چهار کیلووات از هوا، آب یا خاک بیرون از خانه گرفته می شود. محیط جایی که دستگاه گرما می کشد خنک می شود و خانه گرم می شود. اما پس از آن این گرما، همراه با انرژی مصرف شده توسط پمپ، همچنان در فضا پراکنده می شود.
مدار خارجی پمپ حرارتی: مایع از طریق این لوله های پلاستیکی پمپ می شود و گرما را از ستون آب به داخل ساختمان گرم می گیرد. مارک جانسون / ویکی مدیا
زیاد یا موثر؟
برخی از دستگاه ها بسیار بازدهی بالا، اما در همان زمان - قدرت نامناسب.
موتورهای الکتریکی هر چه بزرگتر باشند کارآمدتر هستند، اما قرار دادن موتور لوکوموتیو الکتریکی در اسباب بازی کودکان از نظر فیزیکی غیرممکن و از نظر اقتصادی بیهوده است. بنابراین، راندمان موتورها در یک لوکوموتیو بیش از 95٪ و در یک ماشین کوچک رادیویی - حداکثر 80٪ است. علاوه بر این، در مورد موتور الکتریکیراندمان آن به بار نیز بستگی دارد: یک موتور کم بار یا اضافه بار با راندمان کمتری کار می کند. انتخاب صحیحتجهیزات می تواند حتی بیشتر از انتخاب دستگاهی با حداکثر کارایی اعلام شده معنی داشته باشد.
قوی ترین لوکوموتیو تولیدی IORE سوئدی. جایگاه دوم در اختیار لوکوموتیو الکتریکی شوروی VL-85 است. Kabelleger/ویکی مدیا
اگر موتورهای الکتریکی برای اهداف مختلفی تولید شوند، از ویبره در تلفن ها گرفته تا لوکوموتیوهای الکتریکی، موتور یونی جایگاه بسیار کوچکتری دارد. موتورهای یونیکارآمد، مقرون به صرفه، بادوام (سال‌ها بدون خاموش شدن کار می‌کنند)، اما فقط در خلاء روشن می‌شوند و نیروی رانش بسیار کمی ایجاد می‌کنند. آنها برای ارسال وسایل نقلیه علمی به اعماق فضا ایده آل هستند که می توانند چندین سال به سمت هدف پرواز کنند و صرفه جویی در سوخت برای آنها مهمتر از صرف زمان است.
به هر حال، موتورهای الکتریکی تقریباً نیمی از کل برق تولید شده توسط بشر را مصرف می کنند، بنابراین حتی یک صدم درصد اختلاف در مقیاس جهانی ممکن است به معنای نیاز به ساخت یک راکتور هسته ای دیگر یا واحد نیروگاه دیگری از یک نیروگاه حرارتی باشد. .
موثر یا ارزان؟
بهره وری انرژی همیشه با بهره وری اقتصادی یکسان نیست. یک مثال خوب - لامپ های ال ای دی، که تا همین اواخر نسبت به لامپ های رشته ای و لامپ های فلورسنت "صرفه جویی در انرژی" پایین تر بودند. پیچیدگی تولید ال ای دی های سفید، هزینه بالای مواد اولیه و از سوی دیگر، سادگی یک لامپ رشته ای، انتخاب منابع نور کم کارآمد، اما ارزان تر را مجبور کرد.
به هر حال، برای اختراع LED آبی، که بدون آن ساخت یک لامپ سفید روشن غیرممکن بود، محققان ژاپنی در سال 2014 جایزه نوبل را دریافت کردند. این اولین باری نیست که این جایزه برای کمک به توسعه روشنایی اعطا می شود: در سال 1912، این جایزه به Nils Dahlen، مخترعی که مشعل های استیلن برای فانوس های دریایی را بهبود بخشید، اعطا شد.
LED های آبی برای تولید نور سفید در ترکیب با قرمز و سبز مورد نیاز هستند. این دو رنگ یاد گرفته اند که به اندازه کافی باشند LED های روشنخیلی زودتر؛ آبی برای مدت طولانیبرای استفاده انبوه بسیار کسل کننده و گران باقی ماند
نمونه دیگری از موثر، اما بسیار دستگاه های گران قیمت- سلول های خورشیدی مبتنی بر آرسنید گالیم (نیمه هادی با فرمول GaAs). راندمان آنها تقریباً به 30٪ می رسد که یک و نیم تا دو برابر بیشتر از باتری های مورد استفاده در زمین بر اساس سیلیکون بسیار رایج تر است. بازدهی بالاخود را فقط در فضا توجیه می کند، جایی که تحویل یک کیلوگرم محموله می تواند تقریباً به اندازه یک کیلوگرم طلا هزینه داشته باشد. سپس صرفه جویی در وزن باتری توجیه می شود.
راندمان خطوط برق را می توان با جایگزینی مس با نقره ای با رسانایی بهتر افزایش داد، اما کابل های نقره ای بسیار گران هستند و بنابراین فقط در موارد ایزوله استفاده می شوند. اما به ایده ساخت خطوط برق ابررسانا از سرامیک های خاکی کمیاب که گران هستند و نیاز به خنک شدن با نیتروژن مایع در سال های گذشتهچندین بار در عمل اعمال می شود. به طور خاص، چنین کابلی قبلاً در شهر اسن آلمان نصب و وصل شده است. برای 40 مگاوات طراحی شده است قدرت الکتریکیدر ولتاژ ده کیلو ولت علاوه بر این واقعیت که تلفات گرمایشی به صفر می رسد (اما در عوض نیاز به برق رسانی به تاسیسات برودتی است)، چنین کابلی بسیار فشرده تر از حد معمول است و به همین دلیل می توانید در خرید زمین گران قیمت صرفه جویی کنید. مرکز شهر یا از احداث تونل های اضافی خودداری کنید.
طبق قوانین کلی نیست
بسیاری از مردم از دوره مدرسه به یاد می آورند که راندمان نمی تواند از 100٪ تجاوز کند و هر چه این میزان بالاتر باشد تفاوت بیشتردمای بین یخچال و بخاری با این حال، این فقط برای موتورهای به اصطلاح حرارتی صادق است: موتور بخار، موتور احتراق داخلی، جت و موتورهای موشکی، توربین های گاز و بخار.
موتورهای الکتریکی و همه چیز دستگاه های الکتریکیاین قانون رعایت نمی شود زیرا آنها رعایت نمی کنند موتورهای حرارتی. برای آنها تنها چیزی که درست است این است که راندمان نمی تواند از صد در صد تجاوز کند و محدودیت های خاص در هر مورد متفاوت است.
در مورد باتری خورشیدی، تلفات هم توسط اثرات کوانتومی در طول جذب فوتون ها و هم با تلفات ناشی از انعکاس نور از سطح باتری و جذب در آینه های متمرکز تعیین می شود. محاسبات نشان داد که فراتر از 90 درصد باتری خورشیدیدر اصل نمی توان، اما در عمل مقادیر حدود 60-70٪ قابل دستیابی است، و حتی آنهایی که ساختار بسیار پیچیده ای از فتوسل ها دارند.
پیل های سوختی دارای راندمان عالی هستند. این دستگاه ها مواد خاصی را دریافت می کنند که با یکدیگر واکنش شیمیایی می دهند و جریان الکتریکی تولید می کنند. این فرآیند، دوباره، چرخه یک موتور حرارتی نیست، بنابراین راندمان بسیار بالا است، حدود 60٪، در حالی که دیزل یا موتور گازسوزمعمولاً از 50 درصد فراتر نمی روند.
این عناصر سوختی بود که در پروازهایی به ماه استفاده می شد سفینه های فضاییآپولو، و آنها می توانند برای مثال با هیدروژن و اکسیژن کار کنند. تنها اشکال آنها این است که هیدروژن باید کاملاً خالص باشد و علاوه بر این، باید در جایی ذخیره شود و به نحوی از کارخانه به مصرف کنندگان منتقل شود. فن آوری هایی که جایگزینی متان معمولی با هیدروژن را ممکن می سازد، هنوز به استفاده انبوه نیامده اند. روی هیدروژن و سلول های سوختیفقط خودروهای آزمایشی و تعدادی زیردریایی عملیاتی هستند.
موتورهای پلاسما سری SPD. آنها توسط OKB Fakel ساخته شده اند و از آنها برای نگه داشتن ماهواره ها در یک مدار مشخص استفاده می شود. رانش به دلیل جریان یون هایی که پس از یونیزاسیون یک گاز بی اثر به وجود می آیند ایجاد می شود تخلیه الکتریکی. راندمان این موتورها به 60 درصد می رسد
موتورهای یونی و پلاسما در حال حاضر وجود دارند، اما آنها نیز فقط در خلاء کار می کنند. علاوه بر این، رانش آنها بسیار کم است و قدری کمتر از وزن خود دستگاه است - آنها حتی در صورت عدم وجود جو از زمین بلند نمی شوند. اما در طول پروازهای بین سیاره ای که ماه ها و حتی سال ها به طول می انجامد، رانش ضعیف با کارایی و قابلیت اطمینان جبران می شود.