Solárne autá a vozidlá: definícia, princíp fungovania a príklady

Solárne autá a vozidlá — definícia, princíp fungovania, výhody a príklady od ekologických prototypov po marťanské rovery. Objavte budúcnosť solárnej mobility.

Solárne autá (alebo solárne vozidlá) sú špeciálnym typom elektrických vozidiel, ktoré získavajú energiu len zo slnka. Na výrobu elektriny používajú solárne články na povrchu vozidla, ktoré poháňajú motor a ten otáča kolesá. Nie sú použiteľné na bežnú jazdu, ale po skonštruovaní môžu jazdiť celý deň a neznečisťujú životné prostredie. Existujú aj vozidlá na solárny pohon pre neobvyklé prípady, ako napríklad prvé rovery na Marse.

Existujú aj elektrické vozidlá, ktoré sa môžu nabíjať zo samostatných solárnych panelov, pričom tieto panely môžu byť tak veľké, ako je potrebné. To môže fungovať na napájanie elektromobilu pre väčšinu každodenných potrieb. Takýto automobil sa však nenazýva solárny automobil, pretože nemá solárne panely priamo na vozidle.

Definícia a základné rozdelenie

Solárne autá sú vozidlá, ktoré využívajú priame premieňanie slnečného žiarenia na elektrickú energiu pomocou fotovoltaických článkov umiestnených na vozidle. V praxi rozlišujeme:

• plne solárne vozidlá a pretekárske prototypy — vozidlá navrhnuté tak, aby čo najefektívnejšie využívali solárnu energiu (často veľmi aerodynamické a ľahké),
• solárne asistované elektromobily — štandardné elektromobily s malou plochou solárnych panelov (napr. na streche), ktoré predlžujú dojazd alebo napájajú pomocné systémy,
• solárne nabíjacie systémy — samostatné fotovoltaické inštalácie (na dome, parkovisku), ktoré nabíjajú elektromobily mimo vozidla.

Princíp fungovania

Solárne články (fotovoltaické články) premieňajú slnečné žiarenie na elektrinu. Táto elektrina môže priamo napájať elektromotor, avšak v praxi sa väčšinou ukladá do batérie, aby poskytla stabilný výkon pri premene energie (napríklad pri slabom osvetlení alebo v noci). Hlavné kroky sú:

• absorpcia slnečného žiarenia fotovoltaickými článkami,
• elektronická regulácia (vrátane Maximum Power Point Tracking – MPPT) pre optimalizáciu odberu výkonu z panelov,
• uloženie energie v batérii (väčšinou lítiovo-iónovej) a riadenie nabíjania/vybíjania,
• napájanie elektromotora cez meniče a riadiace jednotky, vrátane rekuperácie pri brzdení.

Hlavné komponenty solárneho vozidla

• Fotovoltaické panely/články: zabudované do strechy, kapoty alebo celého povrchu vozidla; moderné články dosahujú rôzne účinnosti (krystalické kremíkové, tenkovrstvové, tandemové, perovskitové testované v laboratóriách).
• Batéria: slúži na vyrovnanie výkonu a ukladanie energie pre jazdu v noci alebo pri menšom slnečnom žiarení.
• Elektromotor a pohonná sústava: efektívny motor s nízkou spotrebou energie, často doplnený prevodmi optimalizovanými pre nízku spotrebu.
• Elektronika a riadenie: MPPT, meniče, BMS (Battery Management System) a riadiace jednotky pre optimalizáciu chodu systému.
• Konštrukcia a aerodynamika: ľahké materiály, nízky valivý odpor pneumatík a tvar optimalizovaný na minimálny odpor vzduchu.

Výkonnostné limity a praktické údaje

Solárne panely majú obmedzenú špecifickú hustotu výkonu. Pri štandardnom slnečnom žiarení (približne 1 000 W/m²) a účinnosti panelov 15–25 % poskytne 1 m² panelu 150–250 W v najlepších podmienkach. Typická strecha osobného auta má priestor približne 1,5–2 m², čo znamená špičkový výkon rádovo 200–500 W. Pre porovnanie, jazda na diaľnici bežne vyžaduje jednotky až desiatky kilowattov — preto samostatné strešné panely dokážu len čiastočne pokryť požiadavky na pohon, alebo výraznejšie predĺžiť dojazd u veľmi úsporných vozidiel.

Výhody a nevýhody

• Výhody: zníženie emisií pri prevádzke, zníženie nákladov na pohonné hmoty/elektrinu, autonómnosť pri špeciálnych aplikáciách (odľahlé miesta, vesmírne sondy), tichý pohon a nízke prevádzkové náklady.
• Nevýhody: závislosť od počasia a dennej doby, obmedzená plocha na inštaláciu panelov, relatívne nízky výkon voči potrebám bežného osobného automobilu, vyššie náklady na vysoce efektívne články a špeciálne materiály, kompromisy v dizajne kvôli aerodynamike a chladiacim potrebám panelov.

Typické použitia a príklady

• pretekárske a výskumné vozidlá (napr. tímy súťažiace v World Solar Challenge) — cieľom je dosiahnuť čo najväčšiu efektivitu a dojazd len na solárnu energiu,
• prototypy blízke sériovej výrobe (solárne strechy alebo integrované panely) — komerčné koncepty ako niektoré modely oznámené výrobcami alebo startupmi, ktoré kombinujú solárnu strechu s veľkou batériou na predĺženie dojazdu,
• špeciálne vozidlá a doplnky — solárne prívesy, nabíjacie stanice s fotovoltaikou, solárne panely na strechách autobusov alebo dodávok pre pomocné systémy,
• vesmírne a planetárne sondy — elektromobilné riešenia pre rovery a iné prístroje na Marse a v medziplanetárnom prostredí, kde je slnečná energia často jediným zdrojom.

Príklady projektov a súťaží

Dlhodobo populárnou platformou pre testovanie solárnych vozidiel sú medzinárodné súťaže (World Solar Challenge, Atacama Solar Challenge), kde univerzitné a tímové projekty stavajú extrémne efektívne vozidlá. Tieto súťaže prispievajú k inováciám v oblasti batérií, aerodynamiky a fotovoltaiky, ktoré sa neskôr môžu premietnuť do komerčných riešení.

Budúcnosť solárnej mobility

Vývoj v oblasti výkonu fotovoltaických článkov (tandemové články, perovskity, zlepšenie kremíkových článkov), lepšie integrované konštrukčné riešenia a zvýšenie účinnosti pohonných sústav robia solárnu podporu čoraz užitočnejšou. Pre bežného vodiča bude pravdepodobne najvhodnejším kompromisom kombinácia veľkej batérie a doplnkových solárnych panelov na vozidle, ktoré znížia potrebu externého nabíjania a navýšia dojazd pri každodennom používaní.

Zhrnutie

Solárne autá sú zaujímavou technológiou s veľkým inovačným potenciálom, najmä v oblasti extrémne efektívnych prototypov a solárne asistovaných elektromobilov. Hoci aktuálne obmedzenia vo výkone panelov a dostupnej ploche bránia úplnému nahradeniu externého nabíjania pri bežnej prevádzke, solárna energia už dnes dokáže významne znížiť spotrebu a emisie, a v špecializovaných aplikáciách poskytuje unikátnu autonómiu.

História

Prvou súťažou bola cesta zo Sydney v Austrálii do Perthu v roku 1983.

Solárne auto "2011 Tokai Challenger"

Hľadajte podľa písmena