Автомобиль, работающий на солнечной энергии, вызвал энтузиазм. Есть ли у него причина?

Автомобиль, работающий непосредственно от солнца, — это не научная фантастика, над этим работает Mercedes. (иллюстрация)

Коллеги по редакции Auto.iDNES.cz в пятницу 17.10. опубликовала отчет о специальном фотоэлектрическом покрытии, над которым работают в исследовательских лабораториях специалисты Mercedes, Института солнечных энергетических систем Фраунгофера и другие исследователи. Во время стоянки он должен постоянно заряжать аккумулятор и покрывать значительную часть рабочего потребления этой полностью экологически произведенной энергии.

То, что представил Mercedes, пока является лишь концепцией, видением, над которым они сейчас работают. Однако оно вызвало огромный интерес у читателей — для многих оно решило два самых больших страха по поводу электромобильности: необходимость подзарядки от сети и дальность действия, определяемую емкостью аккумулятора.

Конечно, игрушечная часть во мне аплодирует с энтузиазмом – представление о фотоэлектрическом покрытии, которое действительно могло бы превратить поверхность предмета или предмета в солнечную батарею, завораживает и открыло бы даже сегодня невообразимые возможности. Но более рациональная часть меня немного смущена тем, сколько внимания уделяется решению проблемы, которая несколько иллюзорна.

Но сначала давайте подробнее рассмотрим фотоэлектрическую оболочку и ее физику.

Блестящий орех

В Mercedes заявили, что это будет тонкий слой толщиной 5 микрометров, который не будет содержать кремния и редкоземельных элементов, будет дешевым и пригодным для вторичной переработки. Конечно, мы не знаем, из чего он будет состоять, Mercedes не «опубликовал» больше информации, но если мы погрузимся в область трезвых предположений для следующих параграфов, то теоретически это может быть жидкий вариант перовскитных ячеек.

Пока более точный состав у (трехконечных) звезд, потому что перовскит в некоторых вариантах содержит очень токсичные элементы, а в более экологических эффективность ниже. Однако можно предположить, что это одна из основных составляющих постоянных исследований и разработок.

Перовскит

Перовскит — минерал титанат кальция (CaTiO₃). Когда перовскит упоминается в контексте фотогальваники, это синтетические материалы, имеющие ту же кристаллическую решетку ABX.₃как природный минерал. Эта структура имеет исключительную оптоэлектронику, которая используется в промышленности.

Важно то, что перовскиты производятся в жидкой форме, и из них формируются фотоэлементы путем нанесения жидкости и последующего отверждения ее в кристаллическую форму, имеющую желаемые фотоэлектрические свойства. В случае с кузовом автомобиля он, конечно, должен оставаться в определенной степени гибким, чтобы не растрескаться из-за напряжения поверхностей движущегося транспортного средства. Это какое-то безумие.

Другая проблема — сбор электрического тока и его отвод от фотоэлектрических элементов к инвертору. Можно предположить, что это будет еще один тонкий слой под фотоэлектрическим покрытием, который будет иметь микроскопические токовые шины, скорее всего, изготовленные из каких-то проводящих наноматериалов. Вероятно, это будет довольно сложно: самым большим врагом фотоэлектрических панелей является частичное затенение, которое приводит к локальному нагреву и снижает эффективность всей системы. А поскольку можно подсчитать, что в обычной городской среде что-то практически всегда отбрасывает хоть небольшую тень на машину, решать эту проблему придется системно.

Важный слой будет первым на поверхности. Он должен быть максимально прозрачным для солнечных лучей, но в то же время очень стойким – защитит другие чувствительные слои от механических повреждений, а также от воздействия различных химикатов – от дорожной соли, антифриза в омывателях до моющих средств на автомойках.

Mercedes утверждает, что система будет заряжать тяговый аккумулятор. Таким образом, в автомобиле должен быть преобразователь постоянного тока в постоянный, который будет изменять напряжение с десятков вольт до 800 В, которое сегодня используют электромобили Mercedes в высоковольтной части.

Теперь немного математики. По данным Mercedes, большой концепт Mercedes-Benz Vision Iconic, с помощью которого представили видение фотоэлектрического покрытия, имеет площадь 11 м2.². В Чехии энергоемкость солнечного света составляет примерно 1000 Вт/м2, поэтому рассматриваемое транспортное средство получает примерно 11 кВт энергии. КПД фотоэлектрического покрытия должен составлять около двадцати процентов, мощность полностью освещенного солнцем автомобиля в идеальных условиях может составлять около 2,2 кВт. Идеальные условия в данном случае весьма гипотетические, хотя бы потому, что часть фотоэлектрических элементов всегда будет находиться в неоптимальном положении по отношению к солнцу.

Поэтому автомобиль, вероятно, придется дополнить буферной батареей меньшего размера, которая будет заряжаться с меньшей мощностью от солнечной панели, а затем с большей скоростью «разряжаться» в тяговую батарею. Большинство электромобилей не поддерживают зарядку медленнее 6А при 230В, то есть около 1,4 кВт, и этот процесс будет весьма неэффективным.

По данным Mercedes, в условиях Центральной Европы он может проезжать до 12 000 километров в год только с энергией фотоэлектрического слоя, что соответствует в среднем около 32 км в день, т.е. примерно 4-6 кВтч энергии, что теоретически реально. То есть если вы не паркуетесь в крытом месте, в тени дома или под деревом.

При этом 12 тысяч км – это (примерно) среднегодовой пробег европейских автомобилистов.