Une voiture solaire est un véhicule solaire utilisé pour le transport terrestre. Les voitures solaires sont généralement alimentées uniquement par le soleil, bien que certains modèles complètent cette puissance en utilisant une batterie ou utilisent des panneaux solaires pour recharger les batteries ou faire fonctionner des systèmes auxiliaires pour une voiture qui utilise principalement la batterie.

Les voitures solaires combinent la technologie généralement utilisée dans les secteurs de l’aérospatiale, du vélo, des énergies alternatives et de l’automobile. La conception d’un véhicule solaire est fortement limitée par la quantité d’énergie introduite dans la voiture. La plupart des voitures solaires ont été construites pour des courses de voitures solaires. Certains prototypes ont été conçus pour un usage public, bien qu’aucune voiture principalement alimentée par le soleil ne soit disponible dans le commerce.

Les voitures solaires dépendent d’un générateur solaire qui utilise des cellules photovoltaïques (cellules photovoltaïques) pour convertir la lumière solaire en électricité. Contrairement à l’énergie solaire thermique qui convertit l’énergie solaire en chaleur, les cellules photovoltaïques convertissent directement la lumière solaire en électricité. Lorsque la lumière du soleil (photons) frappe les cellules PV, elles excitent les électrons et leur permettent de circuler, créant un courant électrique. Les cellules photovoltaïques sont constituées de matériaux semi-conducteurs tels que le silicium et les alliages d’indium, de gallium et d’azote. Le silicium cristallin est le matériau le plus couramment utilisé et a un taux d’efficacité de 15 à 20%.

Histoire
Le premier modèle de voiture solaire inventé était un minuscule véhicule de 15 pouces créé par un employé de General Motors, William G. Cobb. Appelé le Sunmobile, il l’a exposé en 1955 à la convention de Chicago, Powerama. Il était composé de 12 cellules photovoltaïques au sélénium et d’un petit moteur électrique.

Réseau solaire
Le générateur solaire se compose de centaines de cellules solaires convertissant la lumière solaire en électricité. Afin de construire un tableau, les cellules PV sont placées ensemble pour former des modules qui sont placés ensemble pour former un tableau. Les grandes baies utilisées peuvent produire plus de 2 kilowatts (2,6 ch).

Le générateur solaire peut être monté de six manières:

horizontal. Cette disposition la plus courante donne la plus grande puissance pendant la plus grande partie de la journée sous des latitudes basses ou des étés de latitude plus élevée et offre peu d’interaction avec le vent. Les tableaux horizontaux peuvent être intégrés ou se présenter sous la forme d’une canopée libre.
verticale. Cette disposition se retrouve parfois dans les voiles libres ou intégrées pour exploiter l’énergie éolienne. L’énergie solaire utile est limitée aux matinées, aux soirées ou aux hivers et lorsque le véhicule pointe dans la bonne direction.
Ajustable. Les panneaux solaires libres peuvent souvent être inclinés autour de l’axe de déplacement afin d’augmenter la puissance lorsque le soleil est bas et bien sur le côté. Une autre solution consiste à faire basculer tout le véhicule en stationnement. Le réglage à deux axes ne concerne que les véhicules marins, où la résistance aérodynamique est moins importante que celle des véhicules routiers.
intégré. Certains véhicules couvrent chaque surface disponible avec des cellules solaires. Certaines cellules seront à un angle optimal alors que d’autres seront ombrées.
bande annonce. Les remorques solaires sont particulièrement utiles pour équiper les véhicules existants peu stables, par exemple les bicyclettes. Certaines remorques comprennent également les batteries et d’autres également le moteur d’entraînement.
éloigné. En installant le panneau solaire à un emplacement fixe au lieu du véhicule, la puissance peut être maximisée et la résistance minimisée. La connexion au réseau virtuel implique cependant plus de pertes électriques que les véritables véhicules solaires et la batterie doit être plus grande.

Le choix de la géométrie des panneaux solaires implique une optimisation entre la puissance, la résistance aérodynamique et la masse du véhicule, ainsi que des considérations pratiques. Par exemple, une voilure horizontale libre donne une surface de 2 à 3 fois la surface d’un véhicule avec des cellules intégrées mais offre un meilleur refroidissement des cellules et un ombrage des cavaliers. Il existe également de minces panneaux solaires flexibles en développement.

Les panneaux solaires sur les voitures solaires sont montés et encapsulés très différemment des panneaux solaires fixes. Les panneaux solaires sur les voitures solaires sont généralement montés à l’aide de ruban adhésif double face de qualité industrielle directement sur le corps de la voiture. Les tableaux sont encapsulés à l’aide de fines couches de Tedlar.

Certaines voitures solaires utilisent des cellules solaires à l’arséniure de gallium, avec une efficacité d’environ 30%. D’autres voitures solaires utilisent des cellules solaires au silicium, avec une efficacité d’environ vingt pour cent.

Batteries
La batterie dans une voiture solaire typique est suffisante pour permettre à la voiture de parcourir 400 km sans soleil et permettre à la voiture de circuler en permanence à une vitesse de 97 km / h.

Moteurs
Les moteurs utilisés dans les voitures solaires ont généralement environ 2 ou 3 chevaux, alors que les voitures solaires solaires expérimentales peuvent atteindre la même vitesse qu’une voiture familiale classique (160 km / h).

Télémétrie
Pour que la voiture continue de rouler sans heurts, le conducteur doit surveiller plusieurs jauges afin de détecter les problèmes éventuels. Les voitures sans jauge comportent presque toujours une télémétrie sans fil, ce qui permet à l’équipe du conducteur de surveiller la consommation d’énergie de la voiture, la capture de l’énergie solaire et d’autres paramètres, libérant ainsi le conducteur.

Les courses
Deux courses de voitures solaires sont le World Solar Challenge et l’American Solar Challenge, des compétitions de type route de rallye routier disputées par diverses équipes universitaires et d’entreprises.

Le World Solar Challenge regroupe un groupe de concurrents du monde entier qui courent pour traverser le continent australien sur une distance de 3 000 kilomètres. Les vitesses des véhicules ont augmenté régulièrement. Ainsi, par exemple, les vitesses élevées des participants à la course de 2005 ont conduit à modifier les règles pour les voitures solaires en 2007 et en 2014 également.

L’American Solar Challenge, auparavant connu sous le nom de «North American Solar Challenge» et «Sunrayce USA», présente principalement des équipes collégiales disputant des intervalles chronométrés aux États-Unis et au Canada. Cette course a également changé les règles pour la course la plus récente en raison des équipes atteignant les limites de vitesse réglementées. Le plus récent American Solar Challenge s’est déroulé du 21 au 28 juillet 2014, d’Austin, au Texas, à Minneapolis, au Minnesota.

Le Dell-Winston School Solar Car Challenge est une course automobile annuelle à énergie solaire pour les lycéens. L’événement attire des équipes du monde entier, mais surtout des lycées américains. La course a eu lieu pour la première fois en 1995. Chaque événement est le produit final d’un cycle de formation de deux ans lancé par Winston Solar Car Team. Au cours des années impaires, la course est un parcours routier qui commence au Dell Diamond à Round Rock, au Texas; la fin du cours varie d’une année à l’autre. Dans les années paires, la course est une course sur piste autour du Texas Motor Speedway. Dell sponsorise l’événement depuis 2002.

Le South African Solar Challenge est une course épique, bi-annuelle et de deux semaines de voitures à énergie solaire à travers toute l’Afrique du Sud. Les équipes devront construire leurs propres voitures, concevoir leurs propres systèmes d’ingénierie et faire la course avec ces mêmes machines sur le terrain le plus exigeant que les voitures solaires aient jamais vu. La course 2008 a prouvé que cet événement peut attirer l’intérêt du public et qu’il bénéficie du soutien international nécessaire de la FIA. À la fin du mois de septembre, tous les participants décolleront de Pretoria et se dirigeront vers le Cap via la N1, puis longeront la côte jusqu’à Durban, avant de remonter l’escarpement pour regagner la ligne d’arrivée à Pretoria 10 jours plus tard. En 2008, l’événement a été approuvé par la Fédération Internationale de l’Automobile (FIA) et la Fédération Internationale des Solarcars (FSI), ce qui en fait la première course solaire à recevoir l’approbation de ces trois organisations.

Il existe d’autres courses à distance, telles que Suzuka, Phaethon, WGC (WSR / JISFC / WSBR) et le World Solar Rally à Taiwan. Suzuka et WGC sont une course de piste annuelle au Japon et Phaethon faisait partie de l’Olympiade culturelle en Grèce juste avant les Jeux olympiques de 2004.

Record de vitesse
Guinness World Records reconnaît un record de vitesse terrestre pour les véhicules alimentés uniquement par des panneaux solaires. Ce record est actuellement détenu par le Sky Ace TIGA de l’Université Ashiya. Le record de 91,332 km / h (56,75 mph) a été établi le 20 août 2014 à l’aéroport de Shimojishima, à Miyakojima, à Okinawa, au Japon. Le précédent record était détenu par l’Université de New South Wales avec la voiture Sunswift IV. Sa batterie de 25 kilogrammes (55 lb) a été retirée de sorte que le véhicule était alimenté uniquement par ses panneaux solaires. Le record de 88,8 km / h (55,2 mi / h) a été établi le 7 janvier 2011 à la base aérienne HMAS Albatross à Nowra, battant le record détenu auparavant par la voiture General Motors Sunraycer de 78,3 km / h. Le record se déroule sur un tronçon volant de 500 mètres et représente la moyenne de deux parcours dans des directions opposées.

Voitures à usage public
La première voiture familiale solaire a été construite en 2013. Des chercheurs de l’Université Case Western Reserve ont également développé une meilleure voiture solaire qui peut se recharger plus rapidement grâce aux meilleurs matériaux utilisés dans les panneaux solaires.

Le fabricant chinois de panneaux solaires Hanergy prévoit de fabriquer et de vendre des voitures solaires équipées de batteries lithium-ion aux consommateurs chinois. Hanergy dit que cinq à six heures de soleil devraient permettre aux cellules solaires à couche mince de générer entre 8 et 10 kWh d’électricité par jour, ce qui permettrait à la voiture de parcourir environ 80 km uniquement avec l’énergie solaire. La portée maximale est d’environ 350 km.