Un coche solar es un vehículo solar utilizado para el transporte terrestre. Normalmente, los autos solares solo funcionan con energía solar, aunque algunos modelos complementan esa energía con una batería o utilizan paneles solares para recargar baterías o sistemas auxiliares para un automóvil que usa principalmente energía de la batería.
Los automóviles solares combinan la tecnología que se usa típicamente en las industrias aeroespacial, de bicicletas, energía alternativa y automotriz. El diseño de un vehículo solar está severamente limitado por la cantidad de energía que ingresa al automóvil. La mayoría de los autos solares se han construido con el propósito de carreras de autos solares. Algunos prototipos han sido diseñados para uso público, aunque no hay vehículos con energía solar principalmente disponibles comercialmente.
Los autos solares dependen de una matriz solar que utiliza células fotovoltaicas (células fotovoltaicas) para convertir la luz solar en electricidad. A diferencia de la energía solar térmica que convierte la energía solar en calor, las células fotovoltaicas convierten directamente la luz solar en electricidad. Cuando la luz solar (fotones) golpea las células fotovoltaicas, excitan los electrones y les permiten fluir, creando una corriente eléctrica. Las células fotovoltaicas están hechas de materiales semiconductores como el silicio y las aleaciones de indio, galio y nitrógeno. El silicio cristalino es el material más común utilizado y tiene una tasa de eficiencia del 15-20%.
Historia
El primer automóvil solar modelo inventado fue un pequeño vehículo de 15 pulgadas creado por el empleado de General Motors, William G. Cobb. Lo llamó el Sunmobile, lo mostró en 1955 en la convención de Chicago, Powerama. Estaba compuesto por 12 células fotovoltaicas de selenio y un pequeño motor eléctrico.
Panel solar
La matriz solar consiste en cientos de células solares que convierten la luz solar en electricidad. Para construir una matriz, las celdas PV se colocan juntas para formar módulos que se colocan juntos para formar una matriz. Las matrices más grandes en uso pueden producir más de 2 kilovatios (2.6 hp).
La matriz solar se puede montar de seis maneras:
horizontal. Esta disposición más común proporciona la mayor potencia general durante la mayor parte del día en veranos de latitudes bajas o latitudes altas y ofrece poca interacción con el viento. Los arreglos horizontales se pueden integrar o tener la forma de un dosel libre.
vertical. Esta disposición a veces se encuentra en velas de pie o velas integradas para aprovechar la energía eólica. La energía solar útil se limita a las mañanas, noches o inviernos y cuando el vehículo está apuntando en la dirección correcta.
ajustable. Los paneles solares libres a menudo pueden inclinarse alrededor del eje de desplazamiento para aumentar la potencia cuando el sol está bajo y bien hacia un lado. Una alternativa es inclinar todo el vehículo cuando está estacionado. El ajuste de dos ejes solo se encuentra en vehículos marinos, donde la resistencia aerodinámica es menos importante que con los vehículos de carretera.
integrado. Algunos vehículos cubren todas las superficies disponibles con celdas solares. Algunas de las celdas estarán en un ángulo óptimo, mientras que otras estarán sombreadas.
remolque. Los remolques solares son especialmente útiles para la modernización de vehículos existentes con poca estabilidad, por ejemplo, bicicletas. Algunos remolques también incluyen las baterías y otros también el motor de accionamiento.
remoto. Al montar la matriz solar en una ubicación estacionaria en lugar de en el vehículo, se puede maximizar la potencia y minimizar la resistencia. Sin embargo, la conexión a la red virtual implica más pérdidas eléctricas que con los verdaderos vehículos solares y la batería debe ser más grande.
La elección de la geometría del conjunto solar implica una optimización entre la potencia de salida, la resistencia aerodinámica y la masa del vehículo, así como consideraciones prácticas. Por ejemplo, un dosel horizontal libre da 2-3 veces el área de superficie de un vehículo con celdas integradas, pero ofrece un mejor enfriamiento de las celdas y el sombreado de los jinetes. También hay paneles solares flexibles y delgados en desarrollo.
Las matrices solares en automóviles solares están montadas y encapsuladas de forma muy diferente a las matrices solares estacionarias. Las matrices solares en automóviles solares generalmente se montan usando cinta adhesiva de doble cara de grado industrial directamente sobre el cuerpo del automóvil. Las matrices están encapsuladas usando capas delgadas de Tedlar.
Algunos autos solares usan celdas solares de arseniuro de galio, con eficiencias de alrededor del treinta por ciento. Otros autos solares usan celdas solares de silicio, con eficiencias de alrededor del veinte por ciento.
Baterías
El paquete de baterías en un automóvil solar típico es suficiente para permitir que el automóvil recorra 250 millas (400 km) sin sol, y permite que el automóvil viaje continuamente a velocidades de 60 mph (97 km / h).
Motores
Los motores utilizados en los autos solares suelen tener unos 2 o 3 caballos de fuerza, pero los autos solares experimentales ligeros pueden alcanzar la misma velocidad que un automóvil familiar típico (160 km / h).
Telemetría
Para que el automóvil funcione sin problemas, el conductor debe monitorear múltiples indicadores para detectar posibles problemas. Los automóviles sin medidores casi siempre cuentan con telemetría inalámbrica, lo que permite que el equipo del conductor controle el consumo de energía del automóvil, la captura de energía solar y otros parámetros, y así libera al conductor para concentrarse en la conducción.
Carreras
Dos carreras de autos solares son el World Solar Challenge y el American Solar Challenge, competencias de estilo de rally terrestre disputadas por una variedad de equipos universitarios y corporativos.
El World Solar Challenge presenta un campo de competidores de todo el mundo que compiten por cruzar el continente australiano, a una distancia de 3.000 kilómetros (1.900 millas). Las velocidades de los vehículos han aumentado constantemente. Entonces, por ejemplo, las altas velocidades de los participantes en la carrera del 2005 llevaron a cambiar las reglas para los autos solares a partir de la carrera de 2007 y 2014 también.
El American Solar Challenge, anteriormente conocido como el «Desafío Solar de América del Norte» y «Sunrayce USA», presenta a equipos en su mayoría colegiados que compiten en intervalos cronometrados en los Estados Unidos y Canadá. Esta carrera también cambió las reglas para la carrera más reciente debido a que los equipos alcanzaron los límites de velocidad regulados. El American Solar Challenge más reciente tuvo lugar del 21 al 28 de julio de 2014 desde Austin, Texas hasta Minneapolis, Minnesota.
El Dell-Winston School Solar Car Challenge es una carrera anual de autos impulsada por energía solar para estudiantes de secundaria. El evento atrae a equipos de todo el mundo, pero principalmente de escuelas secundarias estadounidenses. La carrera se celebró por primera vez en 1995. Cada evento es el producto final de un ciclo educativo de dos años lanzado por el equipo Winston Solar Car. En años impares, la carrera es un recorrido que comienza en el Dell Diamond en Round Rock, Texas; el final del curso varía de un año a otro. En los años pares, la carrera es una carrera de pista alrededor del Texas Motor Speedway. Dell ha patrocinado el evento desde 2002.
El South African Solar Challenge es una carrera épica, bianual y de dos semanas de automóviles de energía solar a lo largo y ancho de Sudáfrica. Los equipos tendrán que construir sus propios autos, diseñar sus propios sistemas de ingeniería y competir con esas mismas máquinas a través de los terrenos más exigentes que jamás hayan visto los autos solares. La carrera de 2008 demostró que este evento puede atraer el interés del público y que cuenta con el respaldo internacional necesario de la FIA. A fines de septiembre, todos los participantes despegarán de Pretoria y se dirigirán a Ciudad del Cabo por la N1, luego conducirán por la costa hasta Durban, antes de subir la escarpa en su camino de regreso a la línea de meta en Pretoria 10 días después. En 2008, el evento fue respaldado por la Federación Internacional de Solarcar (ISF), la Federación Internacional del Automóvil (FIA), el Fondo Mundial para la Naturaleza (WWF), convirtiéndose en la primera carrera solar en recibir el respaldo de estas 3 organizaciones.
Hay otras carreras a distancia, como Suzuka, Phaethon, WGC (WSR / JISFC / WSBR) y el World Solar Rally en Taiwán. Suzuka y WGC es una carrera de atletismo anual en Japón y Phaethon fue parte de la Olimpiada Cultural en Grecia justo antes de los Juegos Olímpicos de 2004.
Registro de velocidad
Los Récords Mundiales de Guinness reconocen un récord de velocidad terrestre para vehículos que funcionan únicamente con paneles solares. Este registro está actualmente en manos de Sky Ace TIGA de la Universidad Ashiya. El registro de 91.332 km / h (56.75 mph) se estableció el 20 de agosto de 2014 en el aeropuerto de Shimojishima, en Miyakojima, Okinawa, Japón. El registro anterior fue realizado por la Universidad de Nueva Gales del Sur con el automóvil Sunswift IV. Su batería de 25 kilogramos (55 libras) fue removida por lo que el vehículo solo fue alimentado por sus paneles solares. El récord de 88.8 km / h (55.2 mph) se estableció el 7 de enero de 2011 en la base aérea naval HMAS Albatros en Nowra, rompiendo el récord que tenía el coche de General Motors Sunraycer de 78.3 kilómetros por hora (48.7 mph). El registro se lleva a cabo en un tramo volador de 500 metros (1,600 pies), y es el promedio de dos carreras en direcciones opuestas.
Coches para uso público
El primer automóvil familiar solar se construyó en 2013. Los investigadores de la Case Western Reserve University también han desarrollado un coche solar mejor que puede recargarse más rápido, gracias a los mejores materiales utilizados en los paneles solares.
El fabricante chino de paneles solares Hanergy planea construir y vender autos solares equipados con baterías de iones de litio a los consumidores en China. Hanergy dice que de cinco a seis horas de luz solar deberían permitir que las células solares de capa delgada de los automóviles generen entre 8-10 kWh de energía por día, permitiendo que el automóvil viaje aproximadamente 80 km (50 millas) solo con energía solar. El alcance máximo es de aproximadamente 350 km (217 mi).