Um veículo solar é um veículo elétrico movido total ou significativamente por energia solar direta. Normalmente, as células fotovoltaicas (PV) contidas nos painéis solares convertem a energia do sol diretamente em energia elétrica. O termo “veículo solar” geralmente implica que a energia solar é usada para alimentar toda ou parte da propulsão de um veículo. A energia solar também pode ser usada para fornecer energia para comunicações ou controles ou outras funções auxiliares.
Os veículos solares atualmente não são vendidos como dispositivos de transporte práticos, mas são principalmente veículos de demonstração e exercícios de engenharia, geralmente patrocinados por agências governamentais. No entanto, indiretamente, os veículos carregados de energia solar são difundidos e os barcos solares estão disponíveis comercialmente.
Terra
Carros solares
Carros solares dependem de células fotovoltaicas para converter luz solar em eletricidade para acionar motores elétricos. Ao contrário da energia solar térmica, que converte energia solar em calor, as células fotovoltaicas convertem diretamente a luz solar em eletricidade.
O design de um carro solar é severamente limitado pela quantidade de energia que entra no carro. Carros solares são construídos para corridas de carros solares e também para uso público Lista de protótipos de carros movidos a energia solar. Mesmo as melhores células solares só podem coletar energia e energia limitadas sobre a área da superfície de um carro. Isso limita os carros solares a corpos compostos ultraleves para economizar peso. Os carros solares não possuem as características de segurança e conveniência dos veículos convencionais. O primeiro carro da família solar foi construído em 2013 por estudantes na Holanda. Este veículo é capaz de 550 milhas em uma carga durante a luz solar. Ele pesa 850 libras e possui um painel solar de 1.5kw. Os veículos solares devem ser leves e eficientes. Veículos de 3.000 libras ou até 2.000 libras são menos práticos. Stella Lux, a predecessora de Stella, quebrou um recorde com uma faixa de carga única de 932 milhas. Os holandeses estão tentando comercializar essa tecnologia. Durante as corridas, o Stella Lux tem capacidade para 700 milhas durante o dia. A 45 mph, o Stella Lux tem alcance infinito. Isto é novamente devido à alta eficiência, incluindo um coeficiente de arrasto de 0,16. A família média que nunca dirige mais de 200 quilômetros por dia nunca precisaria cobrar da rede elétrica. Eles só ligariam se quisessem devolver energia à rede. Carros solares são freqüentemente equipados com medidores e / ou telemetria sem fio, para monitorar cuidadosamente o consumo de energia do carro, a captura de energia solar e outros parâmetros. A telemetria sem fio é normalmente preferida, pois libera o motorista para se concentrar na direção, o que pode ser perigoso em um carro tão pequeno e leve. O sistema Solar Electric Vehicle foi projetado e projetado como um sistema de acessórios integrado fácil de instalar (2 a 3 horas) com um módulo solar moldado de perfil baixo personalizado, bateria suplementar e um sistema de controle de carga comprovado.
Como alternativa, um veículo elétrico movido a bateria pode usar um painel solar para recarregar; a matriz pode ser conectada à rede geral de distribuição elétrica.
Ônibus solar
Os ônibus solares são propulsionados por energia solar, toda ou parte da qual é coletada a partir de instalações fixas de painéis solares. O ônibus Tindo é um ônibus 100% solar que opera como serviço de transporte público gratuito na cidade de Adelaide como uma iniciativa da Câmara Municipal. Serviços de ônibus que utilizam ônibus elétricos que são parcialmente alimentados por painéis solares instalados no teto do ônibus, destinados a reduzir o consumo de energia e prolongar o ciclo de vida da bateria recarregável do ônibus elétrico, foram implantados na China.
Os ônibus solares devem ser distinguidos dos ônibus convencionais nos quais as funções elétricas do ônibus, como iluminação, aquecimento ou ar-condicionado, mas não a própria propulsão, são alimentadas por energia solar. Esses sistemas são mais difundidos, pois permitem que as empresas de ônibus cumpram regulamentações específicas, por exemplo, as leis anti-inativo que estão em vigor em vários estados dos EUA, e podem ser adaptadas para baterias de veículos existentes sem alterar o motor convencional.
Veículos de via única
Os primeiros “carros” solares eram na verdade triciclos ou quadriciclos construídos com tecnologia de bicicletas. Estes foram chamados de solarmobiles na primeira corrida solar, o Tour de Sol na Suíça em 1985. Com 72 participantes, metade usava energia solar exclusivamente enquanto a outra metade usava híbridos movidos a energia solar. Algumas verdadeiras bicicletas solares foram construídas, seja com um grande teto solar, um pequeno painel traseiro ou um trailer com painel solar. Mais tarde, bicicletas solares mais práticas foram construídas com painéis dobráveis para serem montados somente durante o estacionamento. Mais tarde, os painéis foram deixados em casa, alimentando a rede elétrica e as bicicletas carregadas pela rede elétrica. Hoje, bicicletas elétricas altamente desenvolvidas estão disponíveis e elas usam tão pouco poder que custa pouco comprar a quantidade equivalente de eletricidade solar. O “solar” evoluiu de hardware real para um sistema de contabilidade indireta. O mesmo sistema também funciona para motocicletas elétricas, que também foram desenvolvidas pela primeira vez para o Tour de Sol.
Aplicações
O Venturi Astrolab em 2006 foi o primeiro carro híbrido eletro-solar comercial do mundo, e foi originalmente lançado em janeiro de 2008.
Em maio de 2007, uma parceria de empresas canadenses liderada pela Hymotion alterou um Toyota Prius para usar células solares para gerar até 240 watts de energia elétrica em plena luz do sol. Isto é relatado como permitindo até 15 km de alcance extra em um dia ensolarado de verão, utilizando apenas os motores elétricos.
Um inventor de Michigan, EUA, construiu uma scooter elétrica carregada de solar legal, licenciada, com seguro solar em 2005. Tinha uma velocidade máxima controlada a pouco mais de 30 mph, e usava painéis solares dobráveis para carregar as baterias enquanto estacionava.
Poder auxiliar
Módulos fotovoltaicos são usados comercialmente como unidades de energia auxiliares em carros de passageiros, a fim de ventilar o carro, reduzindo a temperatura do compartimento de passageiros enquanto ele está estacionado ao sol. Veículos como o Prius 2010, Aptera 2, Audi A8 e Mazda 929 tiveram opções de teto solar para fins de ventilação.
A área de módulos fotovoltaicos necessários para alimentar um carro com design convencional é muito grande para ser transportada a bordo. Um protótipo de carro e trailer foi construído Solar Taxi. Segundo o site, é capaz de 100 km / dia usando 6m2 de células de silício cristalino padrão. A eletricidade é armazenada usando uma bateria de níquel / sal. Um sistema estacionário, como um painel solar no telhado, no entanto, pode ser usado para carregar veículos elétricos convencionais.
Também é possível usar painéis solares para ampliar o alcance de um carro híbrido ou elétrico, como incorporado no Fisker Karma, disponível como uma opção no Chevy Volt, no capô e teto das modificações “Destiny 2000” do Pontiac Fieros, Italdesign Quaranta, o Free Drive EV Solar Bug e vários outros veículos elétricos, tanto de conceito quanto de produção. Em maio de 2007, uma parceria de empresas canadenses liderada pela Hymotion acrescentou células fotovoltaicas a um Toyota Prius para estender o alcance. SEV alega 20 milhas por dia a partir de seu módulo combinado de 215W montado no teto do carro e uma bateria adicional de 3kWh.
No dia 9 de junho de 2008, os presidentes alemão e francês anunciaram um plano para oferecer um crédito de 6-8g / km de emissões de CO2 para carros equipados com tecnologias “ainda não levadas em consideração durante o ciclo de medição padrão das emissões de um carro”. Isso deu origem à especulação de que painéis fotovoltaicos podem ser amplamente adotados em automóveis no futuro próximo
Também é tecnicamente possível usar a tecnologia fotovoltaica (especificamente a tecnologia termophotovoltaica (TPV)) para fornecer força motriz para um carro. O combustível é usado para aquecer um emissor. A radiação infravermelha gerada é convertida em eletricidade por uma célula fotovoltaica de hiato de baixa banda (por exemplo, GaSb). Um protótipo de carro híbrido TPV foi construído. O “Viking 29” foi o primeiro automóvel movido a termopropulsão (TPV) do mundo, projetado e construído pelo Vehicle Research Institute (VRI) na Western Washington University. A eficiência precisaria ser aumentada e o custo reduzido para tornar o TPV competitivo com células de combustível ou motores de combustão interna.
Trânsito rápido pessoal
Vários conceitos de trânsito rápido pessoal (PRT) incorporam painéis fotovoltaicos.
Trilho
A ferrovia apresenta uma opção de baixa resistência ao rolamento que seria benéfica para viagens e paradas planejadas. Os painéis fotovoltaicos foram testados como APUs em material circulante italiano no âmbito do projeto EU.PVTRAIN. A alimentação direta para uma rede DC evita perdas através da conversão de CC para CA. As redes CC só podem ser encontradas em transportes elétricos: ferrovias, bondes e trólebus. A conversão de DC de painéis fotovoltaicos em corrente alternada (CA) foi estimada para causar cerca de 3% da eletricidade sendo desperdiçada.
PVTrain concluiu que o maior interesse para PV no transporte ferroviário foi em vagões de carga, onde a energia elétrica a bordo permitiria nova funcionalidade:
GPS ou outros dispositivos de posicionamento, de modo a melhorar a sua utilização na gestão e eficiência da frota.
Fechaduras elétricas, um monitor de vídeo e sistema de controle remoto para carros com portas de correr, de modo a reduzir o risco de roubo de bens valiosos.
Freios ABS, que elevariam a velocidade máxima dos vagões de carga para 160 km / h, melhorando a produtividade.
A linha de bitola estreita Kismaros – Királyrét, perto de Budapeste, construiu um vagão movido a energia solar chamado ‘Vili’. Com uma velocidade máxima de 25 km / h, o ‘Vili’ é accionado por dois motores de 7 kW capazes de travagem regenerativa e alimentados por 9,9 m2 de painéis fotovoltaicos. A eletricidade é armazenada em baterias a bordo. Além dos painéis solares de bordo, existe a possibilidade de utilizar painéis fixos (fora da placa) para gerar eletricidade especificamente para uso no transporte.
Alguns projectos-piloto também foram construídos no âmbito do projecto “Heliotram”, como os depósitos de eléctricos em Hannover Leinhausen e Genebra (Bachet de Pesay). O local de 150 kWp em Genebra, que injetou 600 Vcc diretamente na rede elétrica de bonde / trólebus, forneceu cerca de 1% da eletricidade usada pela rede de transporte de Genebra em sua inauguração em 1999. Em 16 de dezembro de 2017, um trem totalmente movido a energia solar foi lançado em Nova York. South Wales, Austrália. O trem é alimentado usando painéis solares a bordo e baterias recarregáveis. Tem capacidade para 100 passageiros sentados para uma viagem de 3 km.
Recentemente, o Imperial College London e a organização de caridade ambiental 10:10 anunciaram o projeto Renewable Traction Power para investigar o uso de painéis solares instalados na via para alimentar os trens. Enquanto isso, as ferrovias indianas anunciaram sua intenção de usar a bordo PV para operar sistemas de ar condicionado em vagões ferroviários. Além disso, a Indian Railways anunciou que vai realizar um teste até o final de maio de 2016. Espera que uma média de 90.800 litros O diesel por trem será economizado anualmente, o que resulta na redução de 239 toneladas de CO2.
agua
Barcos movidos a energia solar limitaram-se principalmente a rios e canais, mas em 2007 um catamarã experimental de 14m, o Sun21 navegou o Atlântico de Sevilha a Miami, e de lá para Nova York. Foi o primeiro cruzamento do Atlântico alimentado apenas por energia solar.
A maior empresa de transporte marítimo do Japão, a Nippon Yusen KK e a Nippon Oil Corporation, disse que painéis solares capazes de gerar 40 quilowatts de eletricidade seriam colocados em cima de um navio cargueiro de 60.213 toneladas para ser usado pela Toyota Motor Corporation.
Em 2010, o Tûranor PlanetSolar, um iate de catamarã com 30 metros de comprimento e 15,2 metros de largura, alimentado por 470 metros quadrados de painéis solares, foi revelado. É, até agora, o maior barco movido a energia solar já construído. Em 2012, o PlanetSolar tornou-se o primeiro veículo elétrico solar a circunavegar o globo.
Vários sistemas de demonstração foram feitos. Curiosamente, nenhum ainda se aproveita do enorme ganho de energia que o resfriamento da água traria.
A baixa densidade de energia dos atuais painéis solares limita o uso de navios movidos a energia solar, mas os barcos que usam velas (que não geram eletricidade ao contrário dos motores a combustão) dependem da energia da bateria para aparelhos elétricos (como refrigeração, iluminação e comunicações). Aqui, os painéis solares tornaram-se populares para recarregar baterias, pois não criam ruído, exigem combustível e muitas vezes podem ser adicionados ao espaço existente no convés.
Ar
Navios solares podem se referir a dirigíveis movidos a energia solar ou dirigíveis híbridos.
Há considerável interesse militar em veículos aéreos não tripulados (UAVs); a energia solar permitiria que eles ficassem no ar por meses, tornando-se um meio muito mais barato de realizar algumas tarefas feitas hoje por satélites. Em setembro de 2007, o primeiro vôo bem sucedido para 48h sob poder constante de um UAV foi relatado. Este é provavelmente o primeiro uso comercial de fotovoltaicos em vôo.
Muitas aeronaves solares de demonstração foram construídas, algumas das mais conhecidas pelo AeroVironment.
Aviões solares tripulados
Gossamer Penguin,
Solar Challenger – Esta aeronave voou 163 milhas (262 km) de Paris, França para a Inglaterra em energia solar.
Sunseeker
Solar Impulse – duas aeronaves de assento único, a segunda das quais circunavegou a Terra. A primeira aeronave completou um voo de teste de 26 horas na Suíça em 8 e 9 de julho de 2010. A aeronave voou a uma altura de quase 8.500 metros (8,500 metros) por Andre Borschberg. Ele voou durante a noite usando a energia da bateria. A segunda aeronave, um pouco maior e mais potente, decolou de Abu Dhabi em 2015, voou para a Índia e depois para o leste da Ásia. No entanto, depois de experimentar o superaquecimento da bateria, ela foi forçada a parar no Havaí durante o inverno. Em abril de 2016, retomou a jornada e completou a circunavegação do globo, retornando a Abu Dhabi em 26 de julho de 2016.
SolarStratos – O avião solar estratosférico suíço de 2 lugares tem como objetivo subir ao espaço.
Dirigíveis híbridos
Uma empresa australiana está trabalhando em um projeto para desenvolver uma grua aérea chamada SkyLifter, uma “aeronave de coleta e entrega vertical” capaz de levantar até 150 toneladas.
Uma empresa canadense, a Solar Ship Inc, está desenvolvendo aeronaves híbridas movidas a energia solar que podem funcionar apenas com energia solar. A idéia é criar uma plataforma viável que possa viajar para qualquer lugar do mundo, fornecendo suprimentos médicos frios e outras necessidades para locais na África e no norte do Canadá sem precisar de qualquer tipo de combustível ou infraestrutura. A esperança é que os desenvolvimentos tecnológicos nas células solares e a grande área de superfície fornecida pelo dirigível híbrido sejam suficientes para fazer uma aeronave prática movida a energia solar. Algumas das principais características do Solarship são que ele pode voar sozinho com sustentação aerodinâmica sem nenhum gás de elevação, e as células solares junto com o grande volume do envelope permitem que o dirigível híbrido seja reconfigurado em um abrigo móvel que pode recarregar baterias e outros equipamentos.
O Hunt GravityPlane (não confundir com o plano gravitacional terrestre) é um planador proposto pela Hunt Aviation nos EUA. Também possui asas aerodinâmicas, melhorando sua relação de sustentação / resistência e tornando-a mais eficiente. O GravityPlane requer um tamanho grande para obter uma relação volume / peso suficiente para suportar essa estrutura de asa, e nenhum exemplo foi construído. Ao contrário de um planador motorizado, o GravityPlane não consome energia durante a fase de subida do voo. No entanto, consome energia nos pontos em que altera a sua flutuabilidade entre valores positivos e negativos. Caça afirmam que isso pode, no entanto, melhorar a eficiência energética da embarcação, similar à eficiência energética aprimorada dos planadores submersos sobre os métodos convencionais de propulsão. Hunt sugere que o baixo consumo de energia deve permitir que a nave colha energia suficiente para permanecer no ar indefinidamente. A abordagem convencional para este requisito é o uso de painéis solares em uma aeronave movida a energia solar. Hunt propôs duas abordagens alternativas. Uma delas é usar uma turbina eólica e colher energia do fluxo de ar gerado pelo movimento de deslizamento, a outra é um ciclo térmico para extrair energia das diferenças na temperatura do ar em diferentes altitudes.
Veículos aéreos não tripulados
Pathfinder e Pathfinder-Plus – Este UAV demonstrou que um avião pode permanecer no ar por um longo período de tempo alimentado exclusivamente por energia solar.
Helios – Derivado do Pathfinder-Plus, este UAV movido a célula solar e célula de combustível estabeleceu um recorde mundial de voo em 96.563 pés (29.524 m).
Zephyr – construído pela Qinetiq, este UAV estabeleceu o recorde mundial não oficial de voo não tripulado de longa duração em mais de 82 horas em 31 de julho de 2008. Apenas 15 dias após o voo Solar Impulse mencionado acima, em 23 de julho de 2010 o Zephyr, um veículo aéreo não tripulado leve projetado pela empresa de defesa do Reino Unido QinetiQ, reivindicou o recorde de resistência para um veículo aéreo não tripulado. Voou nos céus do Arizona por mais de duas semanas (336 horas). Também subiu para mais de 70.700 pés (21,5 km).
O UAV projetado e fabricado pela China atingiu com sucesso uma altitude de 20.000 metros durante um voo de teste nas regiões do noroeste do país. Nomeado “Caihong” (CH), ou “Rainbow” em inglês, foi desenvolvido por uma equipe de pesquisa da CASC.
Projetos futuros
A aeronave Solar Persistente de Alta Altitude, Phasa-35, está sendo desenvolvida pela empresa de tecnologia aeroespacial Prismatic da BAE Systems para voos de teste em 2019.
A Titan Aerospace adquirida pela Google teve como objetivo desenvolver o UAV Solar, no entanto, o projeto parece estar abandonado
Sky-Sailor (dirigido para o vôo marciano)
Vários projetos de dirigíveis solares, como o “High Altitude Airship” da Lockheed Martin
Espaço
Espaçonave movida a energia solar
A energia solar é freqüentemente usada para fornecer energia para satélites e naves espaciais operando no sistema solar interno, já que pode fornecer energia por um longo tempo sem excesso de massa de combustível. Um satélite de comunicações contém vários transmissores de rádio que operam continuamente durante sua vida útil. Não seria econômico operar um veículo desse tipo (que pode estar em órbita por anos) a partir de baterias primárias ou células de combustível, e o reabastecimento em órbita não é prático. A energia solar não é geralmente usada para ajustar a posição do satélite, no entanto, e a vida útil de um satélite de comunicações será limitada pelo suprimento de combustível de bordo.
Espaçonave movida a energia solar
Algumas naves espaciais que operam dentro da órbita de Marte usaram a energia solar como fonte de energia para seu sistema de propulsão.
Todas as naves espaciais movidas a energia solar usam painéis solares em conjunto com propulsão elétrica, normalmente acionamentos de íons, pois isso proporciona uma velocidade de escape muito alta e reduz o propelente em relação ao de um foguete em mais de um fator de dez. Como o propelente geralmente é a maior massa em muitas naves espaciais, isso reduz os custos de lançamento.
Outras propostas para naves espaciais solares incluem o aquecimento térmico solar do propulsor, tipicamente hidrogênio ou, às vezes, a água é proposta. Uma corda eletrodinâmica pode ser usada para mudar a orientação de um satélite ou ajustar sua órbita.
Outro conceito de propulsão solar no espaço é a vela leve; isso não requer conversão de luz em energia elétrica, em vez de depender diretamente da pequena mas persistente pressão de radiação da luz.
Exploração planetária
Talvez os veículos de propulsão solar de maior sucesso tenham sido os “rovers” usados para explorar superfícies da Lua e de Marte. O programa Lunokhod de 1977 e o Mars Pathfinder de 1997 usaram energia solar para impulsionar veículos controlados remotamente. A vida útil desses veículos ultrapassou em muito os limites de resistência que teriam sido impostos, se tivessem sido operados com combustíveis convencionais.
Veículo Elétrico com Assistência Solar
Um projeto suíço, chamado “Solartaxi”, circunavegou o mundo. Esta é a primeira vez na história que um veículo elétrico (veículo solar autossuficiente) percorreu o mundo, cobrindo 50000 km em 18 meses e atravessando 40 países. É um veículo elétrico digno de uma estrada que transporta um reboque com painéis solares, transportando um painel solar de 6 m². A Solartaxi possui baterias Zebra, que permitem um alcance de 400 km sem recarga. O carro também pode funcionar por 200 km sem o trailer. Sua velocidade máxima é de 90 km / h. O carro pesa 500 kg e o reboque pesa 200 kg. Segundo o iniciador e diretor de turnê Louis Palmer, o carro em produção em massa poderia ser produzido por 16.000 euros. A Solartaxi percorreu o mundo de julho de 2007 até dezembro de 2008 para mostrar que soluções para deter o aquecimento global estão disponíveis e encorajar as pessoas a buscar alternativas ao combustível fóssil. Palmer sugere que o local mais econômico para os painéis solares de um carro elétrico é a construção de telhados, comparando-o a colocar dinheiro em um banco em um local e retirá-lo em outro.
A Solar Electrical Vehicles está adicionando células solares convexas ao teto de veículos elétricos híbridos.
Veículos híbridos e solares plug-in
Uma variante interessante do veículo elétrico é o veículo híbrido triplo – o PHEV que também tem painéis solares para ajudar.
O modelo Toyota Prius 2010 tem a opção de montar painéis solares no telhado. Eles alimentam um sistema de ventilação enquanto estacionados para ajudar a fornecer resfriamento. Existem muitas aplicações de energia fotovoltaica no transporte, seja para energia motriz ou como unidades de energia auxiliar, particularmente onde os requisitos de combustível, manutenção, emissões ou ruído impedem motores de combustão interna ou células de combustível. Devido à área limitada disponível em cada veículo, velocidade ou alcance, ou ambos, são limitados quando usados para força motriz.
Limitações
Existem limites para o uso de células fotovoltaicas (PV) para veículos:
Densidade de potência: A potência de um painel solar é limitada pelo tamanho do veículo e pela área que pode ser exposta à luz solar. Isso também pode ser superado adicionando-se um flatbed e conectando-o ao carro e isso dá mais área para painéis para alimentar o carro. Enquanto a energia pode ser acumulada em baterias para diminuir a demanda de pico no arranjo e fornecer a operação em condições sem sol, a bateria adiciona peso e custo ao veículo. O limite de potência pode ser mitigado pelo uso de carros elétricos convencionais fornecidos por energia solar (ou outra), recarregando a partir da rede elétrica.
Custo: Enquanto a luz solar é livre, a criação de células fotovoltaicas para capturar essa luz solar é cara. Os custos dos painéis solares estão em constante declínio (22% de redução de custos por duplicação do volume de produção).
Considerações de design: Embora a luz solar não tenha vida útil, as células fotovoltaicas o fazem. A vida útil de um módulo solar é de aproximadamente 30 anos. A energia fotovoltaica padrão geralmente vem com uma garantia de 90% (da potência nominal) após 10 anos e 80% após 25 anos. É improvável que os aplicativos móveis exijam tempo de vida, desde que sejam construídos parques fotovoltaicos e solares integrados. Os painéis fotovoltaicos atuais são projetados principalmente para instalações estacionárias. No entanto, para ter sucesso em aplicações móveis, os painéis fotovoltaicos precisam ser projetados para suportar vibrações. Além disso, painéis solares, especialmente aqueles que incorporam vidro, têm um peso significativo. Para que sua adição seja de valor, um painel solar deve fornecer energia equivalente ou maior que a energia consumida para impulsionar seu peso.