¿Coches eléctricos con techo fotovoltaico? Hoy son realidad
¿Alguna vez te has preguntado por qué no podemos simplemente colocar paneles fotovoltaicos encima de los automóviles para alimentarlos de manera aún más limpia y sencilla que los automóviles eléctricos enchufables de hoy en día? Después de todo, esto era posible para los aviones. Bueno, los ingenieros llevan varios años trabajando en este desafío. Y hoy en día, las nuevas empresas, e incluso los principales fabricantes de automóviles, están convirtiendo los automóviles en paneles solares móviles.
El principal problema, en el pasado, era que los paneles solares del tamaño de la parte superior de un automóvil no eran lo suficientemente potentes, eficientes o grandes para alimentar el vehículo. Además, el coste era prohibitivo para la rentabilidad comercial. Sin embargo, ya en 2013 Ford estuvo muy cerca de hacer realidad el sueño de muchos.
De hecho, ha presentado un concept car que en realidad funciona con paneles solares instalados en el techo de su vehículo híbrido eléctrico enchufable C-Max Energi . Ford siguió esta idea de techo solar para automóviles porque las células solares actuales son muchas veces más eficientes que hace unos años. Ford y SunPower crearon conjuntamente una serie de concentradores solares para este vehículo conceptual que multiplica ocho veces la energía solar.
Hyundai ha desarrollado un “súper” techo fotovoltaico
Pero en 2019 la empresa coreana Hyundai lanzó al mercado un coche Sonata con techo fotovoltaico. El fabricante de automóviles coreano afirmó que hasta el 60% de la energía de la batería del coche podría provenir de sus paneles fotovoltaicos si el techo solar se utilizara durante seis horas al día. Los paneles proporcionan suficiente energía para impulsar al Sonata 1.300 kilómetros al año.
Existe una relación entre la eficiencia energética y el ángulo con el que los rayos del sol entran al panel. El panel solar, al estar colocado en el techo del coche, está paralelo al suelo, pero las investigaciones han descubierto que el ángulo ideal para maximizar la eficiencia es de 30 grados con respecto al suelo. El techo de la cabina está estructuralmente limitado a adoptar un ángulo de 0 grados, lo que explica su menor eficiencia en comparación con los paneles de techo con un ángulo adecuado.
Teniendo esto en cuenta, Hyundai ha instalado células de alto rendimiento con alta eficiencia de carga en los paneles solares del techo. Las células de los paneles Sonata tienen una tasa de eficiencia del 22,8%, aproximadamente entre un 30 y un 50% más que la tasa de las células fotovoltaicas típicas utilizadas en los paneles de tejado (15 -19%) que vemos en nuestros hogares o, más en general, en el sector residencial.
Los paneles solares del Sonata Hybrid tienen una capacidad de aproximadamente 200 W. Se trata de una cantidad nada despreciable: 200 W pueden iluminar dos bombillas de 100 vatios o 11 lámparas fluorescentes LED domésticas (de 18 W cada una). A este ritmo, cargar 5,8 horas al día añade los ya mencionados 1.300 kilómetros al año a la distancia total recorrida. Aquellos que estacionen su auto al aire libre y/o conduzcan más durante el día verán una bonificación aún mayor.
Los vehículos híbridos como el Sonata tienen paquetes de baterías más pequeños que los autos totalmente eléctricos, por lo que un techo solar puede marcar una mayor diferencia en la carga. De hecho, las células fotovoltaicas añaden costo y peso a los automóviles y no está claro cuán efectivas pueden ser en el mundo real. Pero Hyundai ha desarrollado significativamente esta tecnología y está trabajando en un techo solar de segunda generación que sería semitransparente para ayudar a iluminar la cabina del automóvil.
Hyundai dijo que planea ofrecer el techo como opcional en otros modelos de su línea. Evidentemente, de hecho, la creación de sistemas de carga para vehículos híbridos con paneles fotovoltaicos capaces de recoger energía solar aumentaría la eficiencia del combustible y la autonomía y reduciría las emisiones de dióxido de carbono. Es por tanto un ejemplo a seguir.
En realidad, Hyundai no es el primer fabricante de automóviles que utiliza paneles solares en un vehículo. Los sistemas de carga solar están disponibles como opción en el Toyota Prius, y también para el lujoso Karma Revero, otros dos vehículos híbridos enchufables. Además, la startup holandesa Lightyear está trabajando en un coche eléctrico que utiliza paneles solares en el capó y el techo para cargar las baterías del vehículo.
Sistemas solares de carga de coches: cómo se fabrican
Actualmente, los principales fabricantes de automóviles no consideran el sistema de carga solar como fuente de energía principal, sino como fuente auxiliar. Sirve para recargar baterías de automóviles o para apoyar la energía generada por un motor de combustión.
Hyundai, en particular, está desarrollando tres sistemas de carga solar separados: una primera generación que consta de un techo solar de silicio; uno de segunda generación que consta de un techo solar translúcido y uno de tercera (posterior) generación más ligero. El techo solar de primera generación es un panel de células fotovoltaicas de silicio cristalino acoplado a un techo estándar.
El sistema de techo solar de primera generación puede cargar la batería hasta un 58% en un día de verano y hasta un 30% en un día de invierno. No hace falta decir que las emisiones de carbono han disminuido significativamente. Es un enfoque muy proactivo para abordar la tendencia global de ser más conscientes y austeros con el medio ambiente frente a las emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera.
El techo solar de segunda generación, en cambio, está diseñado para vehículos con motor de combustión. Para una mayor apertura, viene con la opción de diseño translúcido o diseño abierto-cerrado. La tercera generación de esta tecnología es una cubierta solar liviana en investigación avanzada para modelos ecológicos. En este modelo, las células solares están integradas directamente en el capó y el techo del coche para extraer la máxima energía.
Un sistema de carga solar para automóviles consta de un panel solar, un controlador y una batería. Cuando la luz del sol ingresa a la superficie de la celda de un panel solar, los electrones y los huecos de los electrones se separan, creando energía. En el caso de un panel solar de 100W conectado, genera 100 Watts de potencia al mediodía en los días de verano. En resumen, 1 hora de luz solar puede generar hasta 100 vatios-hora de energía almacenable a partir de baterías.
Un controlador opera la variación de voltaje y el MPPT (seguimiento del punto de máxima potencia). El MPPT controla el voltaje y la corriente para aumentar la eficiencia de la producción eléctrica de la célula solar. Este proceso genera corriente continua y, una vez que pasa por el controlador, el voltaje se cambia al voltaje estándar del automóvil y la energía se almacena en la batería o se usa para reducir la carga del alternador.
El techo solar del Prius sigue un principio de funcionamiento diferente: almacena la energía del techo en una batería separada, que luego transfiere la energía para cargar la batería de tracción. El sistema no sólo requiere una batería adicional, sino que además pierde eficiencia energética en el proceso. El sistema del Sonata es más eficiente en este sentido, cargando al mismo tiempo tanto la batería de arranque como la batería de tracción.
Además, el techo solar del Sonata Hybrid mejoró la energía del panel e hizo que el controlador fuera más eficiente, aumentando la distancia de conducción diaria en un 20 por ciento en comparación con el Prius. La autonomía de carga en un día del Sonata es de 3,6 km, superior a la autonomía anunciada de Toyota de 2,9 km. Además, el costo del techo solar para el Sonata Hybrid es de alrededor de $1,100, mientras que para el Prius es de $2,550. En otras palabras, el sistema del Sonata es el más potente y dos veces más económico que el del Prius.
Los dos tejados solares también se diferencian en su estructura. El sistema de batería solar del Prius carece de un marco de soporte para los paneles. Tal vez, como resultado, el Prius no habría pasado la prueba de resistencia del techo realizada por el IIHS (Instituto de Seguros para la Seguridad en las Carreteras). El Sonata Hybrid, por otro lado, recibió una calificación de "Bueno" en la prueba de aplastamiento del techo del IIHS.
Si bien los vehículos eléctricos ya son más limpios de conducir que los vehículos convencionales, incluso teniendo en cuenta la contaminación de la electricidad utilizada para alimentarlos, los vehículos eléctricos impulsados por energía solar son aún más limpios. Y eso es importante para los ambientalistas. Una encuesta de 2012 encontró que más de un tercio de los conductores enchufables tienen paneles solares en los techos de sus casas.