Солнечные элементы (ячейки) могут быть интегрированы в разные поверхности, в том числе транспортные средства. Гибкие солнечные модули позволяют использовать их на изогнутых, выпуклых поверхностях, что расширяет сферу применения этих генерирующих устройств.

Мы помним, что первое применение солнечных элементов состоялось как раз на транспорте, правда, на особенном — на космических станциях. Лишь впоследствии солнечные модули пришли в энергетику.

Электроэнергия, вырабатываемая интегрированными в крыши (капоты, багажники, двери, крылья…) транспортных средств солнечными элементами (англ. — Vehicle Integrated Photovoltaics или VIPV), используется для освещения, обеспечения работы тех или иных систем машин или даже для их перемещения в пространстве.

Многие страны устанавливают целевые показатели выбросов транспортных средств, делая упор на распространение электромобилей (EV). С развитием электрификации транспорта, роль солнечных элементов для энергоснабжения машин повышается. Фотоэлектрическая генерация становится источником топлива для транспортных средств — либо через сети и пункты зарядки, либо с помощью интегрированных в кузов устройств, которые и рассматриваются в новом исследовании.

В докладе приводится полный каталог автомобилей, в которых некоторая часть потребляемой энергии вырабатывается солнечными элементами. Отдельно выделяются некоторые наиболее значимые примеры.

На автомобиле «Sion» от Sono Motors (фото выше) установлены легкие фотоэлектрические модули, которые по крайней мере, на 20% легче, чем аналогичные металлические части корпуса, и которые могут выдавать 1208 Вт. Sono Motors оценивает запас хода с использованием только солнечной энергии в 5800 км / год и до 34 км / день (в условиях Мюнхена).

«Lightyear One» от Lightyear (на фото ниже) — очень легкий автомобиль, сделанный с использованием высококачественных материалов. В машину интегрированы фотоэлектрические модули площадью 5 м2 и номинальной мощностью 1075 Вт. Они добавляют до 70 км / сутки к запасу хода этого электромобиля.

В Японии два крупных производителя автомобилей, Toyota Motor Corporation (Toyota) и Nissan Motor Corporation (Nissan), при поддержке NEDO разработали прототипы легковых автомобилей с фотоэлектрическими модулями, используя высокоэффективные многопереходные солнечные элементы III-V, и приступили к испытаниям. Фотоэлектрическая мощность автомобиля Toyota Prius-HEV с фотоэлектрическим двигателем составляет 860 Вт, а фотоэлектрическая мощность автомобиля Nissan e-NV200 — 1150 Вт [Toyota Prius с интегрированными в крышу гетероструктурными HIT фотоэлементами была показана еще в начале 2017 года].

Кремниевые солнечные элементы являются наиболее распространенной технологией для автомобилей с интегрированными фотоэлектрическими батареями. Они демонстрируют наилучший компромисс между производительностью и ценой при приемлемом уровне надежности. Слабым местом является недостаточная гибкость.

Многопереходные солнечные элементы III-V также применяются в транспортных средствах, они обладают более высокой эффективностью преобразования энергии. Недостатками являются высокая цена и потери из-за рассогласования спектра по сравнению с солнечными элементами из кристаллического кремния. Для уменьшения этих недостатков также были продемонстрированы четырехконтактные многопереходные солнечные элементы III-V на кремниевой основе. Другие тонкопленочные солнечные элементы, такие как аморфный кремний и халькогенид, по эффективности уступают прочим фотоэлектрическим технологиям. Однако они представляют собой наиболее эффективные из тонкопленочных материалов, которые можно нанести на стекло или металлическую фольгу, что дает возможность напрямую и, возможно, более дешево изготавливать изогнутые части фотоэлектрического активного кузова автомобиля.

Перовскитные элементы обладают потенциалом сочетания высокой эффективности, низкой стоимости и гибкости, но устройства по этой технологии в настоящее время не производятся в больших масштабах из-за недостаточной надежности / долговечности и, в настоящее время, более низкой эффективности.

В плане интеграции фотоэлектрических модулей, существуют дополнительные затраты, связанные с надежной герметизацией фотоэлектрических солнечных элементов в изогнутых частях кузова автомобиля. По сравнению с обычными фотоэлектрическими модулями с плоскими пластинами, эти детали транспортных средств будут производиться в относительно небольших объемах для каждой конструкции транспортного средства. Требуются изогнутые, гибкие и легкие модульные технологии с низкой стоимостью и высокой надежностью.

Модули также подвергаются воздействию вибрации, что является дополнительным вызовом по сравнению с их обычным использованием в стационарных солнечных установках.

Эстетическая привлекательность транспортного средства является важным фактором при покупке, поэтому модули должны быть не только эффективными, но и гармонировать по цвету. В настоящее время существуют технологии, позволяющие окрашивать солнечные элементы с относительно небольшой потерей эффективности.

Транспортные средства, работающие на фотоэлектрических батареях, в определенной степени позволяют снизить потребление электричества из сети. В большинстве стран это позволяет сократить выбросы CO2, связанные с эксплуатацией автомобиля, уменьшить частоту зарядки, снизить затраты. Есть и другие, менее поддающиеся количественной оценке, выгоды, такие как автономия и независимость.

Исследование, проведенное в Японии, показало, что автомобиль с солнечными модулями может обеспечить сокращение выбросов примерно на 220 кг эквивалента CO2 в год по сравнению с тем же электромобилем без фотоэлектрических систем, особенно при поездках на большие расстояния.

В то же время необходимо учитывать и оптимизировать многие аспекты. Например, фотоэлектрическая система мощностью 1 кВт может дать значительный избыток фотоэлектрической генерации в течение года (с которым нужно что-то делать, чтобы его не потерять).

Авторы отчета указывают на то, что в настоящее время не существует опубликованного международного стандарта для интеграции фотоэлектрических модулей в транспортные средства (VIPV), и предлагают структуру такого стандарта.

Также отмечается, что, хотя в настоящее время фотоэлектрические системы в транспортном секторе практически не применяются, потенциал рынка велик. Он будет развиваться по мере развития электрификации транспорта и наработки технических решений.

Ранее сообщалось, что обслуживание электромобилей оказалось дороже, чем традиционных автоОбслуживание электромобилей оказалось дороже, чем традиционных авто.

Читайте самые интересные истории ЭлектроВестей в Telegram и Viber