Un’auto solare è un veicolo solare utilizzato per il trasporto terrestre. Le auto solari sono solitamente alimentate solo dal sole, anche se alcuni modelli integreranno quella potenza usando una batteria, o usano pannelli solari per ricaricare le batterie o utilizzare sistemi ausiliari per un’auto che utilizza principalmente la batteria.

Le auto solari combinano la tecnologia tipicamente utilizzata nei settori aerospaziale, della bicicletta, dell’energia alternativa e automobilistica. Il design di un veicolo solare è fortemente limitato dalla quantità di energia immessa nell’auto. La maggior parte delle auto solari sono state costruite per le gare di auto solari. Alcuni prototipi sono stati progettati per uso pubblico, anche se non sono disponibili in commercio automobili alimentate principalmente dal sole.

Le auto solari dipendono da un pannello solare che utilizza celle fotovoltaiche (celle fotovoltaiche) per convertire la luce solare in elettricità. A differenza dell’energia termica solare che converte l’energia solare in calore, le celle fotovoltaiche convertono direttamente la luce solare in elettricità. Quando la luce solare (i fotoni) colpisce le celle fotovoltaiche, eccita gli elettroni e consente loro di fluire, creando una corrente elettrica. Le celle fotovoltaiche sono costituite da materiali semiconduttori come il silicio e le leghe di indio, gallio e azoto. Il silicio cristallino è il materiale più comune utilizzato e ha un tasso di efficienza del 15-20%.

Storia
Il primo modello di auto solare inventato era un minuscolo veicolo da 15 pollici creato dal dipendente della General Motors, William G. Cobb. Chiamato Sunmobile, lo espose nel 1955 alla convention di Chicago, a Powerama. Era composto da 12 celle fotovoltaiche in selenio e un piccolo motore elettrico.

Array solare
L’array solare consiste di centinaia di celle solari che convertono la luce solare in elettricità. Al fine di costruire un array, le celle fotovoltaiche vengono posizionate insieme per formare moduli che vengono messi insieme per formare un array. Gli array più grandi in uso possono produrre oltre 2 kilowatt (2,6 CV).

L’array solare può essere montato in sei modi:

orizzontale. Questa disposizione più comune fornisce la maggior parte della potenza complessiva durante la maggior parte della giornata a latitudini basse o estati di latitudine più alte e offre poca interazione con il vento. Gli array orizzontali possono essere integrati o essere sotto forma di un baldacchino libero.
verticale. Questa disposizione si trova a volte in vele indipendenti o vele integrate per sfruttare l’energia eolica. L’energia solare utile è limitata a mattine, serate o inverni e quando il veicolo punta nella giusta direzione.
regolabile. Gli array solari liberi possono spesso essere inclinati attorno all’asse di marcia per aumentare la potenza quando il sole è basso e bene a lato. Un’alternativa è inclinare l’intero veicolo quando parcheggiato. La regolazione a due assi si trova solo sui veicoli marini, dove la resistenza aerodinamica è meno importante rispetto ai veicoli stradali.
integrato. Alcuni veicoli coprono ogni superficie disponibile con celle solari. Alcune celle avranno un angolo ottimale mentre altre saranno ombreggiate.
trailer. I rimorchi solari sono particolarmente utili per il retrofitting di veicoli esistenti con poca stabilità, ad es. biciclette. Alcuni rimorchi includono anche le batterie e altri anche il motore di guida.
a distanza. Montando il generatore solare in una posizione stazionaria invece del veicolo, la potenza può essere massimizzata e la resistenza ridotta al minimo. La connessione alla rete virtuale comporta tuttavia più perdite elettriche rispetto ai veri veicoli solari e la batteria deve essere più grande.

La scelta della geometria degli array solari comporta un’ottimizzazione tra potenza, resistenza aerodinamica e massa del veicolo, oltre a considerazioni pratiche. Ad esempio, una tettoia orizzontale libera fornisce 2-3 volte l’area di superficie di un veicolo con celle integrate ma offre un migliore raffreddamento delle celle e l’ombreggiamento dei ciclisti. Ci sono anche sottili pannelli solari flessibili in fase di sviluppo.

Gli array solari sulle auto solari sono montati e incapsulati in modo molto diverso dagli array solari fissi. Gli array solari sulle auto solari vengono solitamente montati con nastro biadesivo di livello industriale direttamente sul corpo dell’auto. Gli array sono incapsulati usando strati sottili di Tedlar.

Alcune auto solari usano celle solari all’arseniuro di gallio, con efficienze intorno al trenta percento. Altre auto solari usano celle solari al silicio, con efficienze intorno al venti percento.

Batterie
Il pacco batteria in una tipica auto solare è sufficiente per consentire alla vettura di percorrere 250 miglia (400 km) senza sole e consentire alla vettura di viaggiare continuamente a una velocità di 60 km / h.

motori
I motori utilizzati in auto solari in genere circa 2 o 3 cavalli, ma auto solari luce sperimentali possono raggiungere la stessa velocità di una tipica auto di famiglia (100 mph (160 km / h)).

telemetria
Per mantenere l’auto senza intoppi, il conducente deve monitorare più calibri per individuare possibili problemi. Le auto senza spessori sono quasi sempre dotate di telemetria wireless, che consente al team del conducente di monitorare il consumo energetico della vettura, l’acquisizione di energia solare e altri parametri, liberando così il guidatore dalla necessità di concentrarsi sulla guida.

Races
Due gare di auto solari sono la World Solar Challenge e l’American Solar Challenge, gare di rally su strada di terra contestate da una varietà di squadre universitarie e aziendali.

Il World Solar Challenge comprende un gruppo di concorrenti provenienti da tutto il mondo che corrono per attraversare il continente australiano, su una distanza di 3.000 chilometri (1.900 mi). Le velocità dei veicoli sono aumentate costantemente. Così, ad esempio, le alte velocità dei partecipanti alla gara del 2005 hanno portato a modificare le regole per le auto solari a partire dalla gara del 2007 e anche nel 2014.

L’American Solar Challenge, precedentemente noto come “North American Solar Challenge” e “Sunrayce USA”, presenta per lo più squadre di collegialità che corrono a intervalli temporali negli Stati Uniti e in Canada. Questa gara ha anche cambiato le regole per la gara più recente a causa del raggiungimento dei limiti di velocità regolamentati da parte delle squadre. La più recente American Solar Challenge si è svolta dal 21 al 28 luglio 2014 da Austin, Texas a Minneapolis, Minnesota.

La Solar Car Challenge della Dell-Winston School è una gara automobilistica annuale a energia solare per studenti delle scuole superiori. L’evento attira squadre da tutto il mondo, ma soprattutto dalle scuole superiori americane. La gara si è tenuta per la prima volta nel 1995. Ogni evento è il prodotto finale di un ciclo di formazione di due anni lanciato da Winston Solar Car Team. Negli anni dispari, la gara è un percorso su strada che inizia al Dell Diamond a Round Rock, in Texas; la fine del corso varia di anno in anno. Negli anni pari, la gara è una gara su pista intorno al Texas Motor Speedway. Dell ha sponsorizzato l’evento dal 2002.

La South African Solar Challenge è una gara epica, biennale, di due settimane di auto a energia solare in tutto il Sud Africa. Le squadre dovranno costruire le proprie auto, progettare i propri sistemi di ingegneria e gareggiare con le stesse macchine attraverso il terreno più impegnativo che le auto solari abbiano mai visto. La gara del 2008 ha dimostrato che questo evento può attirare l’interesse del pubblico e che ha il necessario sostegno internazionale dalla FIA. Verso la fine di settembre, tutti i partecipanti partiranno da Pretoria e si dirigeranno verso Città del Capo passando per la N1, quindi proseguiranno lungo la costa fino a Durban, prima di risalire la scarpata sulla via del ritorno a Pretoria 10 giorni dopo. Nel 2008 l’evento è stato approvato dalla International Solarcar Federation (ISF), Fédération Internationale de l’Automobile (FIA), World Wildlife Fund (WWF), diventando così la prima gara solare a ricevere l’approvazione da queste 3 organizzazioni.

Ci sono altre corse a distanza, come Suzuka, Phaethon, WGC (WSR / JISFC / WSBR) e il World Solar Rally a Taiwan. Suzuka e WGC sono una gara su pista annuale in Giappone e Phaethon faceva parte delle Olimpiadi della Cultura in Grecia poco prima delle Olimpiadi del 2004.

Record di velocità
Guinness World Records riconosce un record di velocità terrestre per veicoli alimentati solo da pannelli solari. Questo disco è attualmente detenuto da Sky Ace TIGA dell’Università di Ashiya. Il record di 91,332 km / h (56,75 mph) è stato fissato il 20 agosto 2014 presso l’aeroporto Shimojishima, a Miyakojima, Okinawa, in Giappone. Il precedente record era detenuto dall’Università del New South Wales con l’auto Sunswift IV. La batteria da 25 chilogrammi (55 libbre) è stata rimossa, quindi il veicolo era alimentato solo dai suoi pannelli solari. Il record di 88,8 km / h (55,2 mph) è stato fissato il 7 gennaio 2011 presso la base aerea navale HMAS Albatross di Nowra, battendo il record precedentemente detenuto dalla vettura General Motors Sunraycer di 78,3 chilometri all’ora (48,7 mph). Il record si svolge su un tratto di 500 metri (1,600 piedi) ed è la media di due percorsi in direzioni opposte.

Automobili per uso pubblico
La prima auto familiare solare è stata costruita nel 2013. I ricercatori della Case Western Reserve University hanno anche sviluppato una migliore auto solare in grado di ricaricare più velocemente, grazie ai migliori materiali utilizzati nei pannelli solari.

Il produttore cinese di pannelli solari Hanergy prevede di costruire e vendere auto solari dotate di batterie agli ioni di litio ai consumatori in Cina. Hanergy dice che da cinque a sei ore di luce solare dovrebbero consentire alle celle solari a film sottile delle auto di generare tra 8-10 kWh di energia al giorno, consentendo alla vettura di percorrere circa 80 km (50 miglia) con la sola energia solare. La portata massima è di circa 350 km (217 mi).