Почему на рынке нет электромобилей на солнечных панелях

Эффективность солнечной панели – это реальная доля солнечной энергии, которая преобразуется в электричество. Выделим наиболее важные факторы, влияющие на эффективность панели:

• Коэффициент полезного действия (КПД);

• География;

• Климат.

КПД панели зависит от материала фотоэлемента. У наиболее распространенных монокристаллических панелей он составляет 18-22%. Это означает, что из поступающей солнечной энергии только 18-22% будет преобразовано в электричество. Более эффективные фотоэлементы пока являются экспериментальными. 

Среди географических факторов наибольшую роль играет количество энергии, которая попадает на 1 м² поверхности земли под прямым углом. Это называется инсоляцией - чистой энергией солнца, значения которой нам будет удобно применить в дальнейших расчетах. 

Наиболее важный климатический фактор: сезонные колебания температур. Стандартная температура измерения мощности панели равняется +25°C. Каждый градус уменьшает эффективность батареи в среднем на 0,35%. Этим фактором мы пренебрегаем, но держим в уме, что температура может “съедать” до 8-20% эффективности.

Важный момент: режим работы солнечной панели нестабилен и ее производительность меняется в течение дня. А если одна ячейка панели будет закрыта от солнца, то все устройство перестанет выдавать ток, поскольку ячейки соединены последовательно. При этом параметры зарядного устройства для электромобиля должны быть стабильными.

На расход электромобиля влияют дорожные условия, температура воздуха и стиль езды. Средние значения расхода в смешанном режиме у популярных электрокаров попадают в диапазон 15-25 кВт-ч на 100 км. Сегодня нашим подопытным будет более экономичный сити-кар. Его среднее потребление на “сотню” равняется 8,1 кВт-ч. Сможем зарядиться от солнечной панели?

Габариты Wuling Mini EV: 2917 х 1493 мм (длина и ширина). Представим, что солнечная панель будет накрывать электромобиль как козырек. Умножим длину на ширину и получим площадь козырька: 4,36 м². Чтобы в дальнейшем не использовать поправочные коэффициенты и упростить расчеты, допустим, что козырек всегда повернут к солнцу. 

Теперь немного магии - обратимся к данным NASA и узнаем инсоляцию для Одессы и Чернигова по сезонам года. Один город на юге, другой на севере - так нам будет видна разница в работе панелей. Имея данные можем посчитать, сколько солнечной энергии в киловатт-часах примет козырек нашего испытуемого Wuling. Для удобства мы просуммировали значения и распредилили по сезонам:

Напоминаем, что козырек всегда повернут к солнцу и он принимает всю инсоляцию. Если жестко зафиксировать его в горизонтальном положении, как это должно выглядеть в реальности, за год мы бы недополучили до 25% энергии. 

Дело осталось за малым. Выясним какая доля солнечного излучения преобразуется в электрическую мощность за средний солнечный день в сезоне. Допустим, КПД панели 20%. В сезоне 91 день. Умножим цифры из таблицы выше на 0,2, разделим на 91, округлим и получим:

Объясняем: столько киловатт энергии вырабатывает солнечная панель за день, когда электромобиль стоит под открытым небом. Если проводить более точные расчеты и учитывать температуры воздуха, цифры будут меньшими. Не забывайте, что в городских условиях солнечная панель почти весь день находится в полутени. Влияние “мягкой” тени на работу фотоэлементов тяжело рассчитать и обычно полагают, что она отнимает еще 15% от выработки энергии. 

Панель на нашем Wuling Mini EV даже в идеальных условиях не сможет полностью зарядить батарею за солнечный день. На это должно уйти 2-3 дня летом и около недели зимой. Питать электромобиль прямо на ходу не получится, поскольку панель покроет лишь часть потребляемой мощности. И это не говоря о том, что ездить придется с огромным козырьком на крыше.

Если выпустить полноценный “солнцемобиль” сегодня, то его не будет видно под солнечными панелями – настолько много их понадобится для приведения авто в движение. Есть несколько вариантов использования панелей в связке с электромобилем:

• Встроенная панель в крышу. Дает пару км пробега в день. Пример: Toyota BZ4X, Hyundai IONIQ 5;

• Маломощный фотоэлемент. Позволит заряжать гаджеты не от батареи авто. Можно брать с собой;

• Солнечная зарядная станция. Для медленной подзарядки в светлое время суток. Мобильные станции подойдут для автотуризма.

Один из распространенных вариантов на Западе: парковочные козырьки из солнечных панелей. Это несколько панелей, объединенных в один блок с парой выводов для зарядки электромобилей. Обычно площадь таких козырьков превышает 15 м². Энергии от одного большого козырька может хватить на полную зарядку одного электромобиля в течение солнечного дня.