Чому на ринку немає електромобілів на сонячних панелях

Ефективність сонячної панелі – це реальна доля сонячної енергії, що була перетворена в електричний струм. Ось найважливіші фактори ефективності сонячної панелі:

• Коефіцієнт корисної дії (ККД);

• Географія;

• Клімат.

ККД панелі залежить від матеріалу фотоелемента. У найбільш розповсюджених монокристалічних панелей він складає 18-22%. Це означає, що з усієї сонячної енергії тільки 18-22% буде перетворено на електричний струм. Більш ефективні фотоелементи доки є експериментальним. 

Серед географічних факторів найбільш важливу роль грає кількість енергії, що досягає 1 м² поверхні землі під прямим кутом. Це називають інсоляцією – чистою енергією сонця, яку нам буде легко використати у подальших розрахунках.  

Найважливіший кліматичний фактор: сезонні коливання температур. Стандартна температура вимірювання потужності панелі дорівнює +25°C. Кожен градус зменшує ефективність в середньому на 0,35%. Цим фактором знехтуємо, але пам’ятайте, що температура може “з’їсти” до 8-20% ефективності.

Важливий момент: режим роботи сонячної панелі не є стабільним та її продуктивність змінюється протягом дня. А якщо одна комірка панелі буде закрита від сонця, весь пристрій припинить видавати струм (комірки з'єднані послідовно). Водночас параметри зарядного пристрою для електромобілю повинні бути стабільними.

На витрату заряду впливають дорожні умови, температура повітря та стиль водіння. Середні значення витрат у змішаному режимі у популярних електрокарів входять у діпазон 15-25 кВт-год на 100 км. Сьогодні нашим піддослідним буде більш економічний сіті-кар. Його середня витрата на “сотню” дорівнює 8,1 кВт-год. Чи вдасться зарядитись від сонячної панелі?

Wuling Mini EV – шустрий та економічний малюк з Китаю. Візьмемо мінімальну комплектацію Easy. Характеристики:

• Ємність батареї: 9,2 кВт

• Запас ходу (NEDC): 120 км

• Розгін з 0 до 100 км/год: 13,5 с

• Потужність: 20 кВт

• Максимальна швидкість: 100 км/год

• Привід: задній

• Швидкість зарядки: 6,5 ч

Габарити Wuling Mini EV: 2917 х 1493 мм (довжина та ширина). Уявимо, що сонячна панель буде накривати електромобіль як дашок. Помножимо довжину на ширину та дізнаймовсь площу дошку: 4,36 м². Щоб надалі не використовувати поправочні коефіцієнти та спростити розрахунки, припустимо, що панель завжди повернуто до сонця.

Тепер трішки магії – звернемося до даних NASA та дізнаємось інсоляцію для Одеси та Чернігова по сезонах. Одне місто розташоване на півдні, інше на півночі – так ми побачимо різницю в ефективності панелей. Маючи дані можемо порахувати, скільки сонячної енергії в кіловат-годинах може прийняти панель на даху нашого піддослідного Wuling. Для зручності ми підсумували значення та розподілили за сезонами:

Нагадуємо, що панель на даху завжди повернуто до сонця і вона сприймає всю інсоляцію. Якщо зафіксувати його горизонтально, як це б виглядало в дійсності, за рік ми би не отримали до 25% енергії. 

Справа за малим. З’ясуємо, яка доля сонячного випромінювання буде перетворена в електричну потужність за середній сонячний день у сезоні. Припустимо, ККД панелі дорівнює 20%. У сезоні 91 день. Помножимо цифри в таблиці вище на 0,2, поділимо на 91, округлимо та отримаємо:

Пояснюємо: стільки кіловат енергії виробляє сонячна панель за день, коли електромобіль стоїть просто неба. Якщо провести більш точні розрахунки та врахувати температуру повітря, цифри зменшаться. Також не забувайте, що в умовах міста сонячна панель майже весь час буде стояти у півтіні. Вплив “м’якої” тіні на роботу фотоелементів прорахувати дуже непросто тому припускають, що вона забирає 15% від виробу енергії. 

Панель на нашому Wuling Mini EV навіть в ідеальних умовах не зможе повністю зарядити батарею за сонячний день. Це буде займати 2-3 дні влітку та близко тижня взимку. Живити електромобіль під час поїздки не вдасться, тому що панель буде покривати лише частину споживаної потужності. І ми ще навіть не згадували про те, що їздити доведеться з величезним дашком на автомобілі. 

Якщо випустити повноцінний "сонцемобіль" сьогодні, то його не буде видно під сонячними панелями – настільки багато їх знадобиться, щоб привести авто в рух. Є кілька варіантів використання панелей з електромобілем:

• Вбудована панель у дах. Дає кілька кілометрів пробігу на добу. Приклад: Toyota BZ4X, Hyundai IONIQ 5;

• Малопотужний фотоелемент. Дозволить заряджати гаджети не від батареї авто. Можна брати із собою;

• Сонячна зарядна станція. Для повільної підзарядки у світлий час доби. Мобільні станції підійдуть для автотуризму.