Um carro solar é um veículo solar usado para o transporte terrestre. Os carros solares geralmente são movidos apenas a energia solar, embora alguns modelos complementem essa energia usando uma bateria, ou usem painéis solares para recarregar baterias ou executem sistemas auxiliares para um carro que usa principalmente a energia da bateria.
Os carros solares combinam a tecnologia normalmente usada nas indústrias aeroespacial, bicicleta, energia alternativa e automotiva. O projeto de um veículo solar é severamente limitado pela quantidade de entrada de energia no carro. A maioria dos carros solares foi construída para o propósito das corridas de carros solares. Alguns protótipos foram projetados para uso público, embora não haja carros movidos principalmente pelo sol disponíveis comercialmente.
Os carros solares dependem de um painel solar que utiliza células fotovoltaicas (células fotovoltaicas) para converter a luz solar em eletricidade. Ao contrário da energia solar térmica, que converte energia solar em calor, as células fotovoltaicas convertem diretamente a luz solar em eletricidade. Quando a luz solar (fótons) atinge células fotovoltaicas, elas excitam elétrons e permitem que fluam, criando uma corrente elétrica. As células fotovoltaicas são feitas de materiais semicondutores, como silício e ligas de índio, gálio e nitrogênio. O silício cristalino é o material mais utilizado e tem uma taxa de eficiência de 15 a 20%.
História
O primeiro modelo de carro solar inventado foi um minúsculo veículo de 15 polegadas criado pelo funcionário da General Motors, William G. Cobb. Chamado de Sunmobile, ele o exibiu em 1955 na convenção de Powerama em Chicago. Ele era composto de 12 células fotovoltaicas de selênio e um pequeno motor elétrico.
Painel solar
O painel solar consiste em centenas de células solares convertendo a luz solar em eletricidade. Para construir um array, as células PV são colocadas juntas para formar módulos que são colocados juntos para formar um array. As matrizes maiores em uso podem produzir mais de 2 kilowatts (2,6 hp).
O painel solar pode ser montado de seis maneiras:
horizontal. Esse arranjo mais comum dá a maior parte da energia geral durante a maior parte do dia em baixas latitudes ou verões de latitude mais alta e oferece pouca interação com o vento. Matrizes horizontais podem ser integradas ou ter a forma de um dossel livre.
vertical. Às vezes, esse arranjo é encontrado em velas independentes ou integradas para aproveitar a energia eólica. Energia solar útil é limitada a manhãs, noites ou invernos e quando o veículo está apontando na direção certa.
ajustável. Matrizes solares gratuitas podem frequentemente ser inclinadas em torno do eixo de deslocamento, a fim de aumentar a potência quando o sol está baixo e bem para o lado. Uma alternativa é inclinar o veículo inteiro quando estacionado. O ajuste de dois eixos é encontrado apenas em veículos marítimos, onde a resistência aerodinâmica é menos importante do que nos veículos rodoviários.
integrado. Alguns veículos cobrem todas as superfícies disponíveis com células solares. Algumas das células estarão em um ângulo ideal, enquanto outras serão sombreadas.
reboque. Os reboques solares são especialmente úteis para a adaptação de veículos existentes com pouca estabilidade, por exemplo, bicicletas. Alguns reboques também incluem as baterias e outros também o motor de acionamento.
controlo remoto. Ao montar o painel solar em um local fixo em vez do veículo, a potência pode ser maximizada e a resistência minimizada. A conexão virtual à rede, no entanto, envolve mais perdas elétricas do que com veículos solares verdadeiros e a bateria deve ser maior.
A escolha da geometria do painel solar envolve uma otimização entre a potência, a resistência aerodinâmica e a massa do veículo, além de considerações práticas. Por exemplo, um dossel horizontal livre dá 2-3 vezes a área de superfície de um veículo com células integradas, mas oferece melhor resfriamento das células e sombreamento dos cavaleiros. Há também finas matrizes solares flexíveis em desenvolvimento.
As matrizes solares em carros solares são montadas e encapsuladas de forma muito diferente das matrizes solares estacionárias. As matrizes solares em carros solares são geralmente montadas usando fita adesiva dupla-face de grau industrial diretamente no corpo do carro. Os arrays são encapsulados usando camadas finas de Tedlar.
Alguns carros solares usam células solares de arsenieto de gálio, com eficiências em torno de trinta por cento. Outros carros solares usam células solares de silício, com eficiências em torno de vinte por cento.
Baterias
A bateria de um carro solar típico é suficiente para permitir que o carro percorra 400 km sem o sol e permite que o carro viaje continuamente a velocidades de 97 km / h.
Motores
Os motores usados em carros solares normalmente têm cerca de 2 ou 3 cavalos de potência, mas os carros solares experimentais podem atingir a mesma velocidade que um carro familiar típico (160 km / h).
Telemetria
Para manter o carro funcionando sem problemas, o motorista deve monitorar vários medidores para detectar possíveis problemas. Os carros sem calibres quase sempre apresentam telemetria sem fio, o que permite que a equipe do motorista monitore o consumo de energia do carro, a captura de energia solar e outros parâmetros e, assim, libere o motorista para se concentrar na direção.
Corridas
Duas corridas de carros solares são o Desafio Solar Mundial e o Desafio Solar Americano, competições de estilo de rali terrestre disputadas por uma variedade de equipes universitárias e corporativas.
O World Solar Challenge apresenta um campo de competidores de todo o mundo que correm para atravessar o continente australiano, a uma distância de 3.000 quilômetros (1.900 mi). As velocidades dos veículos aumentaram constantemente. Assim, por exemplo, as altas velocidades dos participantes da corrida de 2005 levaram as regras a serem alteradas para carros solares a partir da corrida de 2007 e também de 2014.
O American Solar Challenge, anteriormente conhecido como ‘North American Solar Challenge’ e ‘Sunrayce USA’, apresenta principalmente equipes colegiadas competindo em intervalos regulares nos Estados Unidos e no Canadá. Esta corrida também mudou as regras para a corrida mais recente devido às equipes atingirem os limites de velocidade regulamentados. O mais recente American Solar Challenge aconteceu de 21 a 28 de julho de 2014, de Austin, Texas, a Minneapolis, Minnesota.
O Desafio Solar Car da Dell-Winston School é uma corrida de carros anual movida a energia solar para alunos do ensino médio. O evento atrai equipes de todo o mundo, mas principalmente de escolas secundárias americanas. A corrida foi realizada pela primeira vez em 1995. Cada evento é o produto final de um ciclo de educação de dois anos lançado pela Winston Solar Car Team. Em anos ímpares, a corrida é um curso de estrada que começa no Dell Diamond em Round Rock, Texas; o final do curso varia de ano para ano. Em anos pares, a corrida é uma corrida de pista no Texas Motor Speedway. A Dell patrocina o evento desde 2002.
O South African Solar Challenge é uma corrida épica, bienal e de duas semanas de carros movidos a energia solar por toda a extensão da África do Sul. As equipes terão que construir seus próprios carros, projetar seus próprios sistemas de engenharia e competir com as mesmas máquinas nos terrenos mais exigentes que os carros solares já viram. A corrida de 2008 provou que este evento pode atrair o interesse do público e que tem o apoio internacional necessário da FIA. No final de setembro, todos os participantes decolarão de Pretória e seguirão para a Cidade do Cabo pela N1, em seguida, dirigirão pela costa até Durban, antes de escalar a escarpa no caminho de volta à linha de chegada em Pretória, 10 dias depois. Em 2008, o evento foi endossado pela Federação Internacional de Energia Solar (ISF), Federação Internacional do Automóvel (FIA), World Wildlife Fund (WWF) tornando-se a primeira corrida Solar para receber o apoio dessas três organizações.
Existem outras corridas de distância, como Suzuka, Phaethon, WGC (WSR / JISFC / WSBR) e o World Solar Rally em Taiwan. Suzuka e WGC são uma corrida de pista anual no Japão e Phaethon fazia parte da Olimpíada Cultural na Grécia logo antes das Olimpíadas de 2004.
Registro de velocidade
O Guinness World Records reconhece um recorde de velocidade terrestre para veículos movidos apenas por painéis solares. Este registro é atualmente realizado pelo Sky Ace TIGA da Universidade Ashiya. O recorde de 91,332 km / h (56,75 mph) foi estabelecido em 20 de agosto de 2014 no Aeroporto Shimojishima, em Miyakojima, Okinawa, Japão. O recorde anterior foi realizado pela Universidade de New South Wales com o carro Sunswift IV. Sua bateria de 25 quilos foi removida para que o veículo fosse alimentado apenas por seus painéis solares. O recorde de 88,8 km / h foi estabelecido em 7 de janeiro de 2011 na base aérea naval HMAS Albatross em Nowra, quebrando o recorde anteriormente detido pelo carro General Motors Sunraycer de 78,3 quilômetros por hora (48,7 mph). O registro ocorre em um trecho voador de 500 metros (1.600 pés) e é a média de duas corridas em direções opostas.
Carros para uso público
O primeiro carro da família solar foi construído em 2013. Pesquisadores da Case Western Reserve University também desenvolveram um carro solar melhor que pode recarregar mais rapidamente, devido aos melhores materiais usados nos painéis solares.
A Hanergy, fabricante chinesa de painéis solares, planeja construir e vender carros solares equipados com baterias de íons de lítio para os consumidores da China. Hanergy diz que cinco a seis horas de luz solar devem permitir que as células solares de película fina dos carros gerem entre 8 e 10 kWh de energia por dia, permitindo que o carro viaje cerca de 80 km (50 mi) apenas com energia solar. O alcance máximo é de aproximadamente 350 km (217 mi).