Panele słoneczne na samochodach elektrycznych

Na naszych oczach dochodzi do coraz mocniejszej integracji dwóch ważnych technologii – pojazdów z napędem elektrycznym i ogniw fotowoltaicznych. Eksperymenty z wyposażeniem samochodów w panele słoneczne realizowane były oczywiście już wcześniej, ale wreszcie pojawia się szansa na popularne rozwiązania komercyjne.

Są takie wynalazki, które budzą zachwyt i równocześnie zaskakują. Z automatu pojawia się wtedy pytanie: „Dlaczego nikt wcześniej na to nie wpadł?”. Ale istnieje też zupełnie inna kategoria wynalazków, które wydają się tak oczywiste i naturalne, że myśli o nich niemal każdy. Jedną z takich „oczywistych innowacji” jest właśnie wyposażenie samochodu elektrycznego w panele fotowoltaiczne.

Brałem udział w wielu rozmowach i dyskusjach na temat samochodów elektrycznych i niemal zawsze pojawiał się w nich ten temat. Jest to także jedno z częściej słyszanych pytań podczas konferencji prasowych z udziałem producentów samochodów elektrycznych. I tu niespodzianka – niemal żaden z liczących się producentów pojazdów z napędem elektrycznym do tej pory takiego połączenia nie zrealizował.

Gra niewarta słoneczka

Dlaczego do tej pory nie ma na rynku jakiegoś modelu Tesli z panelami słonecznymi? Bynajmniej nie dlatego, że Elon Musk nie wpadł jeszcze na taki pomysł. Założyciel Tesli zapowiadał nawet kiedyś wersję Modelu 3 wyposażoną w panele słoneczne, ale później się z tej obietnicy wycofał. Z prostego powodu – po prostu było to rozwiązanie nieopłacalne.

Ilość energii, jaką może wyprodukować ogniwo fotowoltaiczne o powierzchni 1 m2 i skuteczności 20%, to ok. 200 Wh. Oczywiście w pewnym uproszczeniu, bo dużo zależy od pogody, zachmurzenia, temperatury i pozycji słońca. Ale nie to jest w tym momencie istotne. Uśredniając, wychodzi 200 Wh, czyli mniej więcej tyle samo, ile Tesla Model S zużywa na przejechanie… jednego kilometra.

Oczywiście projektanci mogą w tym momencie stanąć na głowie i upchnąć na dachu, przedniej i tylnej masce (a nawet na drzwiach i części szyb) nie 1 m2, ale 5–6 m2 ogniw fotowoltaicznych. Jeden kilometr zmieni się wtedy w kilka kilometrów, ale cóż z tego. Zysk w porównaniu z całkowitym zasięgiem współczesnych samochodów elektrycznych (300–500 km) nadal będzie znikomy. Gdy policzymy koszt ogniw, a przez to jeszcze wyższy koszt zakupu i serwisowania samochodu, pomysł wydaje się nieopłacalny.

Jeśli zatem ktoś zastanawia się, dlaczego najbardziej znani producenci samochodów z napędem elektrycznym po macoszemu traktują kwestię ogniw fotowoltaicznych, to odpowiedź jest prosta – oni też umieją liczyć.

A jednak kurs prosto w słońce

Ludzie (na szczęście) nie są wyłącznie logiczni i nie zawsze postępują w życiu zgodnie z tym, co im dyktują komórki arkusza kalkulacyjnego. Dlatego na rynku są już dostępne (czasem tylko w przedsprzedaży) samochody elektryczne z wbudowanymi ogniwami fotowoltaicznymi. Zdecydowanie nie są to produkcje wielkoseryjne i zapewne mało kto o nich słyszał – ale są. Oto dwa interesujące przykłady:

Sono Motors

Sono Motors to start-up, który chce produkować samochód o nazwie Sion. Jego projektanci obłożyli go panelami słonecznymi na każdej dostępnej powierzchni. Produkcja ruszyć ma w 2020 roku, w dawnej fabryce Saaba w Szwecji, i wyniesie 43 000 sztuk rocznie.

Sion Sono Motors
Sion. Fot. materiały prasowe Sono Motors.

Jak chwalą się niemieccy założyciele firmy, do dziś (od 2016 roku) zebrano niemal 10 000 zamówień na ten model. Cóż, tyle samo (ale już bez „niemal”) egzemplarzy elektrycznego Volkswagena ID.3 rozeszło się w przedsprzedaży w ciągu… doby. I tak na marginesie – choć ostateczny wygląd ID.3 poznamy we wrześniu, to raczej nie znajdziemy na nim paneli fotowoltaicznych…

Sion Sono Motors
Sion. Fot. materiały prasowe Sono Motors.

Jaki zysk z wykorzystania energii słonecznej przewidują projektanci Siona w ciągu całego dnia ładowania? Od kilku do kilkudziesięciu kilometrów, w zależności od pogody. Jak na tak mocno oklejony panelami słonecznymi pojazd wynik nie jest specjalnie budujący.

Lightyear 

Lightyear One to pierwszy model samochodu elektrycznego innego, dla odmiany duńskiego start-upu. Warto wspomnieć, że jego założyciele zajmowali się już wcześniej tworzeniem wyczynowych pojazdów napędzanych energią słoneczną. Wygrali m.in. wyścig World Solar Challenge w Australii.

Lightyear One
Lightyear One. Fot. materiały prasowe Lightyear.

Produkcja Lightyear One również ma się rozpocząć w roku 2020, ale projektanci tego auta przyjęli inne założenia. Ogniwa słoneczne umieszczone zostały tylko na przedniej masce i dachu (przy czym jako dach rozumiana jest płaszczyzna obejmująca również tył samochodu), co w sumie dało 5 m2 wbudowanej „elektrowni”. Duży nacisk położono na efektywność wykorzystania energii, a zatem niski opór aerodynamiczny czy opory toczenia.

Lightyear One
Lightyear One. Fot. materiały prasowe Lightyear.

Deklarowana efektywność doładowywania energią słoneczną jest w tym przypadku naprawdę wysoka. W maksymalnie sprzyjających warunkach zysk w postaci zwiększenia zasięgu wynosić ma 12 km na każdą godzinę ładowania. Jeśli w praktyce okazałoby się, że średnio jest to tylko 5 km, to i tak uważałbym to za świetny wynik. Na razie jednak trudno ocenić, w jaki sposób rzeczywistość zweryfikuje tę deklarację.

Oświecenie dużych graczy

Obecnie na naszych oczach rozwija się jednak inny, ważniejszy trend. Tu nie chodzi już o start-upy, ale o największe, najbardziej popularne marki ze świata motoryzacji. To właśnie ci „wielcy” na serio badają zastosowanie ogniw fotowoltaicznych w samochodach – i mocno się tym chwalą. Oznacza to, że przejście do realizacji komercyjnej tego typu projektów jest już bliskie.

Co ciekawe, chodzi nie tylko o samochody czysto elektryczne, ale także hybrydowe. Właśnie ten drugi typ pojazdów koncern Hyundai-Kia chce wyposażyć w dachy pokryte ogniwami słonecznymi – i to już w tym roku. Samochody z pełnym napędem elektrycznym i panelami słonecznymi też są oczywiście w planach.

Kia solar roof
Pierwsza generacja dachów solarnych, w jakie wyposażone będą auta Hyundai/Kia, ma w ciągu dnia naładować akumulatory do poziomu 30–60%, w zależności od pogody. Ale uwaga, chodzi o mniejsze akumulatory aut z napędem hybrydowym i założoną wydajność na niezbyt realnym poziomie aż 1000 W/m2.
Fot. materiały prasowe Kia

Kilka dni temu ciekawą informację podała natomiast Toyota, czyli producent, który już w drugiej generacji modelu Prius Plug-in Hybrid (od 2016 r.) wprowadził dach pokryty ogniwami fotowoltaicznymi (wydajność 22,5%). W sprzyjających warunkach pozwalał on zwiększyć zasięg samochodu maksymalnie o… 5 km, więc w praktyce jego przydatność była mocno dyskusyjna.

Toyota Sharp
Fot. materiały prasowe Toyota.

Obecnie na tym samym modelu Toyota rozpoczęła testy nowej odmiany ogniw solarnych opracowanych przez Sharpa – cieńszych i bardziej wydajnych (powyżej 34%). Na dodatek japoński producent obłożył nimi nie tylko dach, ale także maskę i tylną szybę samochodu. Większa powierzchnia i lepsza efektywność dały w sumie niemal 5-krotny wzrost wydajności ładowania akumulatorów, sięgający 860 W.

Toyota Sharp
Fot. materiały prasowe Toyota.

Efekt okazał się niesamowity. Zapas zgromadzony w ciągu całego dnia ładowania energią słoneczną pozwala na przejechanie 44,5 km, a jeśli samochód nie stoi na parkingu, ale porusza się (czyli włączają się systemy odzyskiwania energii) – nawet 56,3 km.

40–50 km to więcej, niż pokonuje dziennie znaczna część kierowców wykorzystujących samochód w celu dojazdu do pracy. Przekroczona została zatem technologiczna, a zarazem psychologiczna bariera, poza którą możliwe staje się codzienne wykorzystywanie samochodu elektrycznego bez dodatkowego ładowania. Oczywiście w sprzyjających warunkach (bardziej w Kalifornii niż w Anglii i na krótkich dziennych dystansach), ale naprawdę możliwe.

Słoneczna przyszłość aut

Prognozy dotyczące samochodów elektrycznych są zgodne – ich popularność wzrośnie w najbliższych latach, przy równoczesnym spadku cen. Do tej pory eksperci brali jednak pod uwagę głównie trendy związane z efektem skali i zwiększeniem się konkurencji na tym rynku, a także malejącymi kosztami produkcji ogniw litowo-jonowych.

ceny samochodów elektrycznych
Źródło: BloombergNEF. Grafika: MITSMR.pl

Najnowsze eksperymenty, takie jak ten przeprowadzony przez Toyotę, zmieniają jednak obraz rynku pojazdów elektrycznych. Niosą też ze sobą wiele dodatkowych, ciekawych implikacji. Jedna z nich dotyczyć może krajów takich jak Polska, w których samochody ładowane są energią w niewielkim stopniu pochodzącą ze źródeł odnawialnych. Stawia to pod znakiem zapytania ekologiczny aspekt całego rozwiązania. Jeśli jednak na rynek wejdą pojazdy, które (w określonych warunkach) będą niemal samowystarczalne, ich przyjazność dla środowiska przestanie być tylko frazesem.

Warto przy tym pamiętać, że wydajność ogniw fotowoltaicznych stale rośnie. Kilka lat temu popularne były panele o wydajności ok. 20%, natomiast obecnie w laboratoriach opracowuje się ogniwa przekraczające wydajność 45%. Jeśli ten trend utrzyma swoją dynamikę, wygląd i sposób zarządzania energią w popularnych, sprzedawanych masowo samochodach elektrycznych zmieni się nieuchronnie. Ten proces już się rozpoczął.