Sektoren fremmes i stigende grad mod et mere ECO-marked med grønnere teknologier. Men de nuværende, såsom hybrider, eller plug-ins, biobrændstof osv., har alle deres fordele og ulemper. Ideen om en solcellebil, der oplades/køres udelukkende med energi fra Solen, lyder som en ideel løsning, sammen med brintteknologi.
Men selvom flere bilvirksomheder og startups udforsker denne markedsniche, er virkeligheden, at de stadig vi står over for betydelige udfordringer i forhold til energieffektivitet og fysiske begrænsninger. Her vil vi analysere, om det er muligt eller ej i den nærmeste fremtid, da denne type køretøj repræsenterer en bæredygtig indsats på vejen mod solenergi. Dens fordele omfatter reduktion af CO2-emissioner, brug af en uudtømmelig og gratis energikilde og reduktion af støj og vibrationer...
Hvordan fungerer en solcellebil?
Un solcellebil eller køretøj Det adskiller sig ikke meget fra en 100% elbil, kun at de i stedet for at hente energi fra et genopladeligt batteri, kan hente denne energi fra et solpanel eller dette kan bruges til at oplade et batteri. Motorerne og andre elementer er dog fælles for andre elektriske køretøjer. Af denne grund, for at vide, hvordan et solcellebil fungerer, er det bedst at forstå, hvordan et solcellepanel fungerer.
Nå, et solcellepanel eller et fotoelektrisk panel, også kendt som et solpanel, er en enhed, der omdanner sollysets energi til elektricitet gennem den fotovoltaiske effekt. Her forklarer jeg hvordan det fungerer på en teknisk og detaljeret måde:
- Lysabsorption: lys er intet andet end stråler af fotoner, bærerpartikler, en type elektromagnetisk stråling i det synlige spektrum. Når dette sollys rammer pladens fotovoltaiske celler, dannes der et elektrisk felt mellem lagene. Fotovoltaiske celler er sammensat af to lag af halvledermateriale, generelt silicium, der er blevet dopet med visse elementer for at skabe et positivt ladet område og et negativt ladet område.
- Generering af elektrisk strøm: Fotoner fra sollys har energi nok til at frigive eller rive elektroner fra halvledermaterialets atomer. Denne proces er kendt som den fotoelektriske effekt. De frie elektroner skubbes af det elektriske felt mod det negativt ladede lag, mens hullerne de efterlader skubbes mod det positivt ladede lag.
- Elektricitet flow: takket være disse bevægelser af ladningsbærerne, når et eksternt kredsløb er forbundet til solpanelet, kan elektroner strømme gennem dette kredsløb fra det negative ladningslag til det positive ladningslag og generere elektrisk strøm til at flytte motorerne, der driver køretøjet, forsyne andre hjælpeelementer, eller blot for at oplade et batteri, der senere skal drive motorerne. Det skal siges, at den elektricitet, der genereres af solpaneler, er jævnstrøm (DC). Nogle elementer bruger dog vekselstrøm (AC). Derfor skal DC-elektricitet omdannes til AC af en enhed kaldet en inverter.
Det er vigtigt at nævne det mængden af elektricitet, som et solpanel kan generere afhænger af flere faktorer, herunder intensiteten af sollys, solcellecellernes effektivitet og pladens orientering og hældning.
Typer af solpaneler
Der forskellige typer solpaneler, hver med sine egne karakteristika, fordele og ulemper. For eksempel skal vi skelne mellem:
- Monokrystallinsk silicium: De er kendt for deres høje effektivitet og stabilitet over tid. De er sammensat af monokrystallinske siliciumceller, det vil sige, at det krystallinske halvledernetværk er ordnet, og alle med samme orientering. Takket være dette har de meget høj ydeevne, selv i svagt lys, og er mere stabile. Men de plejer også at være dyrere. Deres effektivitet er normalt omkring 22,8 %, hvilket betyder, at af den lysenergi, der kommer, kan de omdanne omkring den procentdel til elektricitet. Resten går til spilde som varme mv.
- Polykrystallinsk silicium- De er lavet af ingots af smeltet og langsomt afkølet silicium, som følge heraf kan krystallerne være i mange retninger, deraf deres navn. De er generelt billigere end monokrystallinske, men har en lidt lavere effektivitet, selvom de også er gode til svage lysforhold. Dens effektivitet kan være mellem 14% og 16%.
- Perovskites: Det er noget, der er blevet talt meget om på det seneste, en ny teknologi inden for solenergi. De har vist en hurtig stigning i effektiviteten i de seneste år og nået effektivitetsgevinster på 25,5 %. Selvom de stadig er i de tidlige udviklingsstadier, lover perovskiter at revolutionere solenergiindustrien, og de er ikke for dyre. Mod dem er deres holdbarhed og langsigtede stabilitet, hvilket stadig er uklart.
Der er også andre lovende teknologier på dette område, som er under udvikling. Nogle af dem kan bidrage til at gøre et solcellebil gennemførligt. For eksempel tandemsolceller, der fungerer i kaskade, fleksible solpaneler, etc. For eksempel kunne den i sidstnævnte tilfælde støbes til at dække hele køretøjets krop og dermed have en større energiproducerende overflade.
Udfordringer for en fremtidig solcellebil
Solbiler er en lovende mulighed for en mere bæredygtig fremtid. Imidlertid, der er flere udfordringers, der skal overvindes for udbredt implementering og brug:
- Effektivitet af solpaneler: Maksimering af effektiviteten af solpaneler, der bruges i solcellebiler, er en stor udfordring. Mængden af energi, der kan opnås fra solen, varierer afhængigt af placeringen og klimaet, og der kræves et minimum af effektivitet, for at disse køretøjer kan fungere i ethvert land og årstid.
- Opbevaring: Et andet problem er energilagring, da de har brug for et batteri for at fungere, når der ikke er lys, såsom om natten, eller når energien fra pladerne ikke er nok til at holde køretøjet på fuld kapacitet. Problemet er, at det ikke er nemt at opbevare energi effektivt, og de har en betydelig vægt, hvilket betyder, at der skal mere strøm til for at flytte køretøjet. En problematisk løkke, der bør løses med bedre former for opbevaring og batterier med højere tæthed.
- Begrænset areal: Et andet problem er det begrænsede areal til at installere solpanelerne. Selvom fleksible plader kan dække hele køretøjet, er de i øjeblikket ikke nok til at gøre dem til praktiske biler.
Eksisterende projekter
I øjeblikket er der nogle prototyper og eksperimentelle solcellebiler, nogle universiteter har konkurrencer for denne type biler, som deres studerende laver. Men på kommercielt plan har de stadig meget at forbedre. Nogle bemærkelsesværdige eksempler er:
- Sion af Sono Motors: Dette er en af de første solcellebiler, der er blevet udviklet.
- Lysår: Dette køretøj blev præsenteret i 2019, selvom det stadig er et projekt.
- Mö af Evovelo: en demonstration af en kompakt solcellebil.
- Hybrid Sonata: Denne solcellebil lover, at den kan tilføje yderligere 1.300 km om året i autonomi takket være solenergi, selvom den ikke er 100 % solenergi.
- Toyota Prius PHV: Den indeholder solpaneler til at drive nogle funktioner i bilen, men den er stadig ikke helt solcelle, da den er plug-in.
- Tesla Cybertruck: Selvom det ikke er helt solcelle, har Tesla nævnt muligheden for at tilbyde et solcelleovertræk til lastbilen som en mulighed.