Od lat mam wrażenie, że w dyskusji o elektromobilności za często patrzymy na samochód jak na większy smartfon z kołami. Ma mieć akumulator, ma go szybko ładować, ma przejechać jak najwięcej kilometrów i najlepiej nie zawracać nam głowy infrastrukturą. Tylko że transport elektryczny nie kończy się na kablu podpiętym do auta. Zaczyna się znacznie wcześniej, bo bezpośrednio w sieci, która musi ten prąd dostarczyć. Dlatego coraz bardziej interesują mnie technologie, które nie próbują wyłącznie “dosypać” energii do systemu, ale zmienić sam sposób jej przepływu.
Fotowoltaika na pojeździe nie jest nowym marzeniem
Vehicle-Integrated Photovoltaics, czyli VIPV, to nic innego jak fotowoltaika zintegrowana bezpośrednio z pojazdem. Są to więc moduły PV wbudowane w dach, maskę, klapę, boki naczepy albo inne elementy nadwozia. Energia powstaje wtedy w miejscu zużycia, bez zajmowania dodatkowego terenu i bez każdorazowego przeciążania infrastruktury ładowania. Taka wizja kusi, więc nic dziwnego, że biorące to na tapet projektu wracają od lat. Były startupy od aut solarnych, były prototypy z panelami na dachu, były obietnice “darmowych kilometrów” i… w sumie to co? Pomysł zwykle był dobry, ale wykonanie już (w większości) niekoniecznie.
Czytaj też: Absurd w ekologicznej postaci. Mercedes chciał sportowego elektryka, a dał mu “ryczącą V8”
Pomimo tego stanu rzeczy, nie skreślałbym całej idei paneli słonecznych wbudowanych w przeróżne pojazdy. Zwłaszcza że najnowsze badania europejskiego projektu SolarMoves pokazują coś ciekawszego niż kolejną bajkę o osobówce ładowanej słońcem. Pokazują, że VIPV może mieć sens systemowy, szczególnie tam, gdzie powierzchnia pojazdu jest duża, przebiegi są przewidywalne, a zapotrzebowanie na energię pomocniczą stale obecne.
Podobny problem infrastrukturalny widać przy elektrycznych samochodach w miastach, bo ładowanie nie odbywa się “średnio”, tylko punktowo, falami i z ogromnymi lokalnymi skokami zapotrzebowania. Pisałem już o tym przy problemie miejskich ładowarek i modelu CityCharge, gdzie sama skala ładowania elektryków zaczyna przypominać dodatkowe obciążenie urbanistyczne, a nie tylko wygodny detal dla kierowcy.
SolarMoves sprawdzało nie fantazję, a surowe dane z dróg
Najważniejsze w tych badaniach jest dla mnie to, że nie oparto ich wyłącznie na założeniu, że “auto stoi na słońcu, więc zarabia kilometry”. Konsorcjum SolarMoves, w którym uczestniczą m.in. Fraunhofer ISE, TNO, Sono Motors, IM Efficiency i Lightyear, przeanalizowało 23 typy pojazdów – od kompaktowych aut miejskich po ciężki transport. Do modelowania wykorzystali profile jazdy, dane z Meteosata, dane meteorologiczne z Amsterdamu i Madrytu oraz pomiary z pojazdów z czujnikami. Łącznie mowa o 1,3 mln km przejazdów. Takie podejście ma znaczenie, bo w fotowoltaice na pojazdach łatwo o niedomówienia.
Wystarczy założyć idealny kąt padania światła, brak cienia, mały przebieg, dużą powierzchnię dachu i od razu wyjdzie, że auto wręcz żyje z promieni słonecznych. W codziennym świecie dochodzą jednak garaże podziemne, drzewa, chmury, zima, brud, sposób parkowania, kształt nadwozia i zwykły fakt, że samochód nie zawsze stoi tam, gdzie słońce na nie pada. Według SolarMoves najlepiej zintegrowane z fotowoltaiką samochody osobowe w Europie Środkowej mogłyby w optymalnym scenariuszu pokryć do 55% rocznego zapotrzebowania energetycznego z własnych ogniw. W Europie Południowej wynik może wzrosnąć nawet do 80%. Tyle tylko, że mowa tutaj o korzystnym układzie, z relatywnie niskim rocznym przebiegiem i dużą powierzchnią pod moduły, czyli przykładowo w SUV-ie.
Czytaj też: Test MINI John Cooper Works E. Elektryfikacja zmieniła charakter JCW, ale nie zabrała mu pazura
Wedle przeprowadzonej symulacji, gdyby wszystkie nowe pojazdy sprzedawane w Europie w latach 2024-2030 były wyposażane w VIPV, zapotrzebowanie na energię elektryczną z europejskiej sieci mogłoby w 2030 roku spaść o 15,6 TWh. Ma to odpowiadać rocznej produkcji około 2200 lądowych turbin wiatrowych o mocy 3 MW każda. Samochód solarny nie musi być więc autonomicznym perpetuum mobile, żeby mieć sens. Wystarczy, że w skali milionów pojazdów zdejmie z systemu część codziennego zapotrzebowania. Dobra sieć przyszłości nie będzie przecież opierać się wyłącznie na wielkich elektrowniach i równie wielkich magazynach. Będzie sumą tysięcy mniejszych decyzji o smart chargingu, lokalnych magazynów, V2G, fotowoltaiki przy budynkach, zarządzania popytem i być może także paneli wbudowanych w same pojazdy.
Ciężarówki z VIPV mogą być ważniejsze
Samochody dostawcze, ciężarówki i naczepy mają większe powierzchnie, regularniejsze trasy, dłuższy czas ekspozycji na zewnątrz i sporo systemów pomocniczych, które zużywają energię niezależnie od napędu. Chłodzenie, ogrzewanie, windy, hydraulika, agregaty – to wszystko można częściowo odciążyć energią słoneczną. Potwierdza to analiza, wedle której fotowoltaika zintegrowana z elektrycznymi ciężarówkami może wydłużyć ich dzienny zasięg nawet o 15%. Jeszcze ciekawiej wyglądają naczepy, bo same moduły dachowe mogą latem wygenerować do 55 kWh dziennie, a po dodaniu paneli na ścianach bocznych produkcja może wzrosnąć do 90-110 kWh. Stanowi to ilość energii, która może wystarczyć do zasilenia systemów chłodniczych albo hydraulicznych bez lokalnych emisji.
W osobówce dodatkowe kilometry są więc miłym bonusem, ale w chłodniczej naczepie energia z paneli może ograniczać pracę agregatu, spalanie paliwa albo zużycie energii z głównego akumulatora trakcyjnego. Jeśli taka technologia skraca czas zwrotu inwestycji do mniej niż dwóch lat w części zastosowań ciężkiego transportu, bo tak wskazują dane, to robi się ciekawie. Zwłaszcza że dotyczy to również pojazdów z silnikami Diesla. Tutaj wprawdzie panele nie sprawią, że ciężarówka nagle stanie się elektrykiem, ale mogą zasilać klimatyzację, ogrzewanie i układy pomocnicze, zmniejszając zużycie paliwa.
Perowskity mogą podbić sens paneli na autach, ale samochód nie jest dachem domu
Nissan pokazał już koncepcyjną Ariyę z 3,8 metrów kwadratowych paneli fotowoltaicznych zintegrowanych z maską, dachem i tylną częścią nadwozia. W idealnych warunkach taki układ może dodawać do 23 km zasięgu dziennie, a testy wskazywały duże różnice zależne od miasta i nasłonecznienia. Oxford PV podaje z kolei, że tandemowe rozwiązania mogłyby dorzucić kolejne 3-5 km dziennie względem typowego krzemowego systemu dachowego, przesuwając tym samym solarny wkład w okolice 15-20 km dziennie w północnoeuropejskich warunkach.
Musimy jednak pamiętać, że samochód to nie dach domu. Moduły pracują na powierzchni narażonej na drgania, uderzenia, myjnie, sól drogową, grad, naprężenia, szybkie zmiany temperatury i częściowe zacienienie. VIPV dręczy znacznie trudniejsze warunki mechaniczne i środowiskowe niż stacjonarna fotowoltaika. Dlatego też osobówki z panelami będą miały sens głównie tam, gdzie codzienność sprzyja słońcu, krótkim trasom i parkowaniu na zewnątrz. W Polsce nie widzę w tym masowego wybawienia od ładowarek, ale ewidentnie sensowny dodatek, który przy dużej skali może zmniejszyć liczbę cykli ładowania i poprawić bilans energetyczny.
Czytaj też: BMW mówi, że mierzyło wysoko, ale chyba ja tak wysoko wzrokiem nie sięgam
Ciężki transport wygląda poważniej. Jeśli naczepa rzeczywiście może latem produkować dziesiątki kWh dziennie, a w niektórych konfiguracjach zasilać własne systemy pomocnicze, to będzie to ważny element roboczy “ratujący” w pewnym stopniu sieć. Nie będzie to jednocześnie coś wyłącznie dla sektora pojazdów roboczych czy “dla typowego Kowalskiego”, bo przecież nie tak dawno Mercedes zamienił auto w elektrownię słoneczną.
Źródła: Fraunhofer ISE, pv magazine
