Un vehículo solar o vehículo eléctrico solar es un vehículo eléctrico propulsado total o significativamente por energía solar directa . Por lo general, las células fotovoltaicas (PV) contenidas en los paneles solares convierten la energía del sol directamente en energía eléctrica .
El término "vehículo solar" suele implicar que la energía solar se utiliza para alimentar total o parcialmente la propulsión de un vehículo . La energía solar también se puede utilizar para proporcionar energía para comunicaciones o controles u otras funciones auxiliares.
Los vehículos solares no se venden actualmente como dispositivos prácticos de transporte diario, sino que son principalmente vehículos de demostración y ejercicios de ingeniería, a menudo patrocinados por agencias gubernamentales. Sin embargo, los vehículos con carga solar indirecta están muy extendidos y los barcos solares están disponibles comercialmente.
Los automóviles solares son automóviles eléctricos que utilizan células fotovoltaicas (PV) para convertir la luz solar en energía eléctrica para cargar la batería del automóvil y alimentar los motores eléctricos del automóvil.
Los coches solares han sido diseñados para carreras de coches solares y para uso público. Los vehículos solares deben ser ligeros y eficientes para obtener el mejor alcance de su limitada energía capturada. Los vehículos de 1.400 kg (3.000 lb) o incluso de 1.000 kg (2.000 lb) serían menos prácticos porque la energía solar limitada no los llevaría tan lejos. La mayoría de los autos solares construidos por estudiantes carecen de las características de seguridad y conveniencia de los vehículos convencionales y, por lo tanto, no son legales para circular.
El primer coche familiar solar, el Stella, fue construido en 2013 por estudiantes de los Países Bajos. [1] Este vehículo es capaz de recorrer 890 km (550 millas) con una carga bajo la luz del sol. Pesa 390 kg (850 lb) y tiene un panel solar de 1,5 kWh.
Stella Lux , el sucesor de Stella, batió un récord con una autonomía de 1.500 km (932 millas) con una sola carga. Durante las carreras, Stella Lux es capaz de recorrer 1.100 km (700 millas) durante el día. A 72 km/h (45 mph), el Stella Lux tiene un alcance infinito. Esto se debe nuevamente a la alta eficiencia, incluido un coeficiente de resistencia de 0,16.
La familia media que nunca conduce más de 320 km (200 millas) al día nunca necesitaría cargarlo de la red eléctrica. Sólo se enchufarían si quisieran devolver energía a la red. [2] [3] [4] [5]
Los coches de carreras solares suelen estar equipados con medidores y/o telemetría inalámbrica para controlar cuidadosamente el consumo de energía del coche, la captura de energía solar y otros parámetros. Por lo general, se prefiere la telemetría inalámbrica, ya que libera al conductor para concentrarse en la conducción, lo que puede ser peligroso en un automóvil sin características de seguridad. El sistema de vehículo eléctrico solar fue diseñado y fabricado como un sistema accesorio integrado fácil de instalar (de 2 a 3 horas) con un módulo solar moldeado personalizado de bajo perfil, un paquete de baterías suplementario y un sistema de control de carga.
Algunos de los estudiantes que construyeron Stella Lux fundaron una empresa, Lightyear , para comercializar esta tecnología.
También se ha fundado una empresa estadounidense, Aptera Motors , para fabricar coches eléctricos solares eficientes para el público. A partir de enero de 2023, se espera la primera disponibilidad para el cliente en 2024. [6]
En Alemania, la empresa Sono Motors estaba trabajando en un vehículo eléctrico solar, el Sono Motors Sion , que debía estar en el mercado en 2023. Sin embargo, en febrero de 2023, Sono Motors puso fin al programa Sion y anunció que se centraría exclusivamente en ser un Empresa de tecnología solar.
Tenga en cuenta que todos los vehículos eléctricos que funcionan con baterías también pueden utilizar electricidad procedente de paneles solares externos para recargarse. Dichos conjuntos también pueden conectarse a la red de distribución eléctrica general.
Squad Solar es un vehículo eléctrico de barrio con techo solar y se puede cargar con relativa rapidez desde un tomacorriente normal. [7]
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Los autobuses solares funcionan con energía solar, que se recoge total o parcialmente de instalaciones de paneles solares estacionarios. El autobús Tindo es un autobús 100% solar que opera como servicio de transporte público gratuito en la ciudad de Adelaida por iniciativa del Ayuntamiento. [8] En China se han puesto en marcha servicios de autobús que utilizan autobuses eléctricos parcialmente alimentados por paneles solares instalados en el techo del autobús, con el objetivo de reducir el consumo de energía y prolongar el ciclo de vida de la batería recargable del autobús eléctrico. [9]
Los autobuses solares se diferencian de los autobuses convencionales, en los que las funciones eléctricas del autobús, como la iluminación, la calefacción o el aire acondicionado, pero no la propia propulsión, se alimentan de energía solar. Estos sistemas están más extendidos porque permiten a las empresas de autobuses cumplir normativas específicas, por ejemplo las leyes anti-ralentí vigentes en varios estados de EE.UU., y pueden adaptarse a las baterías de los vehículos existentes sin cambiar el motor convencional.
Los primeros "coches" solares fueron en realidad triciclos o cuatriciclos construidos con tecnología de bicicletas. En la primera carrera solar, el Tour de Sol en Suiza en 1985 , se denominaron vehículos solares. Con 72 participantes, la mitad utilizaba exclusivamente energía solar, mientras que la otra mitad utilizaba híbridos de energía solar y humana. Se construyeron algunas verdaderas bicicletas solares, ya sea con un gran techo solar, un pequeño panel trasero o un remolque con panel solar.
Posteriormente se construyeron bicicletas solares más prácticas con paneles plegables que se podían instalar sólo durante el estacionamiento. Incluso más tarde, los paneles se dejaron en casa, alimentándose a la red eléctrica, y las bicicletas se cargaron desde la red. Hoy en día existen bicicletas eléctricas altamente desarrolladas que consumen tan poca energía que cuesta poco comprar la cantidad equivalente de electricidad solar. Lo "solar" ha evolucionado desde un hardware real hasta un sistema de contabilidad indirecta. El mismo sistema también funciona para las motos eléctricas, que también se desarrollaron por primera vez para el Tour de Sol .
El Venturi Astrolab de 2006 fue el primer automóvil híbrido electro-solar comercial del mundo y originalmente debía lanzarse en enero de 2008. [10]
En mayo de 2007, una asociación de empresas canadienses liderada por Hymotion modificó un Toyota Prius para utilizar células solares para generar hasta 240 vatios de energía eléctrica a pleno sol. Se dice que esto permite una autonomía adicional de hasta 15 km en un día soleado de verano [11] utilizando únicamente los motores eléctricos.
Un inventor de Michigan, EE. UU., construyó en 2005 un scooter eléctrico con carga solar, asegurado y con licencia, legal en la calle. Tenía una velocidad máxima controlada a poco más de 30 mph y usaba paneles solares plegables para cargar las baterías mientras estaba estacionado. [12]
Los módulos fotovoltaicos se utilizan comercialmente como unidades de energía auxiliar en turismos [13] para ventilar el vehículo, reduciendo la temperatura del habitáculo mientras está estacionado al sol. Vehículos como el Prius 2010 , el Aptera 2 , el Audi A8 y el Mazda 929 han tenido opciones de techo corredizo solar para fines de ventilación.
La superficie de módulos fotovoltaicos necesaria para alimentar un coche de diseño convencional es demasiado grande para llevarla a bordo. Se ha construido un prototipo de coche y remolque llamado Solar Taxi. Según el sitio web, es capaz de recorrer 100 km/día utilizando 6 m 2 de células de silicio cristalino estándar. La electricidad se almacena mediante una batería de níquel/sal . Sin embargo, se puede utilizar un sistema estacionario, como un panel solar en el tejado, para cargar vehículos eléctricos convencionales.
También es posible utilizar paneles solares para ampliar la autonomía de un coche híbrido o eléctrico, como los incorporados en el Fisker Karma , disponible como opción en el Chevy Volt , en el capó y el techo de las modificaciones "Destiny 2000" del Pontiac Fieros . Italdesign Quaranta, Free Drive EV Solar Bug y muchos otros vehículos eléctricos, tanto de concepto como de producción. En mayo de 2007, una asociación de empresas canadienses liderada por Hymotion añadió células fotovoltaicas a un Toyota Prius para ampliar la autonomía. [14] SEV reclama 32 km (20 millas) por día gracias a su módulo combinado de 215 Wh montado en el techo del automóvil y una batería adicional de 3 kWh.
El 9 de junio de 2008, los presidentes alemán y francés anunciaron un plan para ofrecer un crédito de 6 a 8 g/km de emisiones de CO 2 para los automóviles equipados con tecnologías "aún no tomadas en consideración durante el ciclo estándar de medición de las emisiones de un automóvil". ". [15] Esto ha dado lugar a la especulación de que los paneles fotovoltaicos podrían adoptarse ampliamente en los automóviles en un futuro próximo. [dieciséis]
También es técnicamente posible utilizar tecnología fotovoltaica (específicamente tecnología termofotovoltaica (TPV)) para proporcionar energía motriz a un automóvil. El combustible se utiliza para calentar un emisor. La radiación infrarroja generada se convierte en electricidad mediante una célula fotovoltaica de banda prohibida baja (por ejemplo, GaSb). Incluso se construyó un prototipo de coche híbrido TPV. El "Viking 29" [17] fue el primer automóvil del mundo propulsado por termofotovoltaico (TPV), diseñado y construido por el Vehicle Research Institute (VRI) de la Western Washington University. Sería necesario aumentar la eficiencia y reducir los costos para que los TPV sean competitivos con las pilas de combustible o los motores de combustión interna.
Varios conceptos de tránsito rápido personal (PRT) incorporan paneles fotovoltaicos.
Los ferrocarriles presentan una opción de baja resistencia a la rodadura que sería beneficiosa para viajes y paradas planificadas. [18] Los paneles fotovoltaicos se probaron como APU en material rodante italiano en el marco del proyecto PVTRAIN de la UE. La alimentación directa a una red de CC evita pérdidas por conversión de CC a CA. [19] Las redes de CC sólo se encuentran en el transporte eléctrico: ferrocarriles, tranvías y trolebuses. Se estima que la conversión de CC de paneles fotovoltaicos a corriente alterna (CA) de la red provoca que se desperdicie alrededor del 3% de la electricidad. [20]
PVTrain concluyó que el mayor interés para la energía fotovoltaica en el transporte ferroviario estaba en los vagones de mercancías, donde la energía eléctrica a bordo permitiría nuevas funciones:
En la línea de vía estrecha Kismaros – Királyrét, cerca de Budapest, se ha construido un vagón de energía solar llamado 'Vili'. Con una velocidad máxima de 25 km/h, 'Vili' está propulsado por dos motores de 7 kW con capacidad de frenado regenerativo y alimentado por 9,9 m2 de paneles fotovoltaicos. La electricidad se almacena en baterías a bordo. [21] Además de los paneles solares a bordo, existe la posibilidad de utilizar paneles estacionarios (externos) para generar electricidad específicamente para su uso en el transporte. [22]
En el marco del proyecto "Heliotram" también se han construido algunos proyectos piloto, como las estaciones de tranvía de Hannover Leinhausen [23] y Ginebra (Bachet de Pesay). [24] La instalación de Ginebra de 150 kW p inyectó 600 V CC directamente a la red eléctrica de tranvías y trolebuses y proporcionó aproximadamente el 1 % de la electricidad utilizada por la red de transporte de Ginebra en su inauguración en 1999. El 16 de diciembre de 2017, un tren totalmente propulsado por energía solar se lanzó en Nueva Gales del Sur, Australia. [25] El tren funciona con paneles solares y baterías recargables a bordo. Tiene capacidad para 100 pasajeros sentados para un recorrido de 3 km.
Recientemente, el Imperial College London y la organización benéfica medioambiental 10:10 han anunciado el proyecto Renewable Traction Power para investigar el uso de paneles solares situados en las vías para impulsar trenes. [26] Mientras tanto, los ferrocarriles indios anunciaron su intención de utilizar energía fotovoltaica a bordo para hacer funcionar sistemas de aire acondicionado en los vagones de ferrocarril. [27] Además, Indian Railways anunció que llevará a cabo una prueba a finales de mayo de 2016. [28] Espera ahorrar un promedio de 90.800 litros de diésel por tren anualmente, lo que a su vez resulta en reducción de 239 toneladas de CO 2 .
Los barcos de propulsión solar se han limitado principalmente a ríos y canales, pero en 2007 un catamarán experimental de 14 m, el Sun21, navegó por el Atlántico desde Sevilla a Miami, y de allí a Nueva York. [29] Fue el primer cruce del Atlántico impulsado únicamente por energía solar. [30]
La mayor línea naviera de Japón, Nippon Yusen KK y Nippon Oil Corporation, dijeron que se colocarían paneles solares capaces de generar 40 kilovatios de electricidad en la parte superior de un barco de transporte de automóviles de 60.213 toneladas que utilizaría Toyota Motor Corporation . [31] [32] [33]
En 2010 se presentó el Tûranor PlanetSolar , un catamarán de 30 metros de largo y 15,2 metros de ancho propulsado por 470 metros cuadrados de paneles solares. Se trata, hasta el momento, del barco propulsado por energía solar más grande jamás construido. [34] En 2012, PlanetSolar se convirtió en el primer vehículo eléctrico solar en circunnavegar el mundo. [35]
Se han realizado varios sistemas de demostración. Curiosamente, ninguno aprovecha todavía la enorme ganancia de potencia que aportaría la refrigeración por agua.
La baja densidad de potencia de los paneles solares actuales limita el uso de embarcaciones de propulsión solar; sin embargo, los barcos que utilizan velas (que no generan electricidad a diferencia de los motores de combustión) dependen de la energía de las baterías para los aparatos eléctricos (como la refrigeración, la iluminación y las comunicaciones). Aquí los paneles solares se han vuelto populares para recargar baterías, ya que no generan ruido, requieren combustible y, a menudo, pueden agregarse sin problemas al espacio de cubierta existente. [36]
Los barcos solares pueden referirse a dirigibles impulsados por energía solar o dirigibles híbridos. [37]
Existe un considerable interés militar en los vehículos aéreos no tripulados (UAV); La energía solar les permitiría permanecer en el aire durante meses, convirtiéndose en un medio mucho más barato de realizar algunas tareas que hoy realizan los satélites. En septiembre de 2007, se informó del primer vuelo exitoso durante 48 horas bajo potencia constante de un UAV. [38] Es probable que este sea el primer uso comercial de la energía fotovoltaica en vuelo.
Se han construido muchos aviones solares de demostración, algunos de los más conocidos por AeroVironment . [39]
Una nueva empresa canadiense, Solar Ship, Inc. , está desarrollando aeronaves híbridas alimentadas por energía solar que pueden funcionar únicamente con energía solar. La idea es crear una plataforma viable que pueda viajar a cualquier parte del mundo entregando suministros médicos para el frío y otros artículos necesarios a lugares de África y el norte de Canadá sin necesidad de ningún tipo de combustible o infraestructura. La esperanza es que los avances tecnológicos en células solares y la gran superficie proporcionada por el dirigible híbrido sean suficientes para fabricar un avión práctico propulsado por energía solar. Algunas características clave del Solarship son que puede volar solo con sustentación aerodinámica sin ningún gas de elevación, [ verificación fallida ] y las células solares junto con el gran volumen de la envoltura permiten que la aeronave híbrida se reconfigure en un refugio móvil que puede recargarse. baterías y otros equipos. [42]
El Hunt GravityPlane (que no debe confundirse con el avión de gravedad terrestre ) es un planeador propulsado por gravedad propuesto por Hunt Aviation en los EE. UU. [43] También tiene alas aerodinámicas, lo que mejora su relación sustentación-resistencia y lo hace más eficiente. El GravityPlane requiere un tamaño grande para obtener una relación volumen-peso suficiente para soportar esta estructura de ala, y aún no se ha construido ningún ejemplo. [44] A diferencia de un planeador motorizado , el GravityPlane no consume energía durante la fase de ascenso del vuelo. Sin embargo, consume energía en los puntos donde cambia su flotabilidad entre valores positivos y negativos. Hunt afirma que, no obstante, esto puede mejorar la eficiencia energética de la nave, similar a la eficiencia energética mejorada de los planeadores submarinos en comparación con los métodos convencionales de propulsión. [44] Hunt sugiere que el bajo consumo de energía debería permitir que la nave recolecte suficiente energía para permanecer en el aire indefinidamente. El enfoque convencional para este requisito es el uso de paneles solares en un avión propulsado por energía solar . Hunt ha propuesto dos enfoques alternativos. Una es utilizar una turbina eólica y recolectar energía del flujo de aire generado por el movimiento de deslizamiento, la otra es un ciclo térmico para extraer energía de las diferencias en la temperatura del aire a diferentes altitudes. [44]
La energía solar se utiliza a menudo para suministrar energía a satélites y naves espaciales que operan en el sistema solar interior, ya que puede suministrar energía durante mucho tiempo sin exceso de masa de combustible. Un satélite de comunicaciones contiene múltiples transmisores de radio que funcionan continuamente durante su vida. Sería antieconómico operar un vehículo de este tipo (que puede estar en órbita durante años) con baterías primarias o celdas de combustible , y repostar combustible en órbita no es práctico. Sin embargo, la energía solar generalmente no se utiliza para ajustar la posición del satélite y la vida útil de un satélite de comunicaciones estará limitada por el suministro de combustible a bordo para mantener la posición.
Algunas naves espaciales que operan dentro de la órbita de Marte han utilizado la energía solar como fuente de energía para su sistema de propulsión.
Todas las naves espaciales actuales que funcionan con energía solar utilizan paneles solares junto con propulsión eléctrica , generalmente propulsores de iones, ya que esto proporciona una velocidad de escape muy alta y reduce el propulsor con respecto al de un cohete en más de un factor de diez. Dado que el propulsor suele ser la masa más grande en muchas naves espaciales, esto reduce los costos de lanzamiento.
Otras propuestas para naves espaciales solares incluyen el calentamiento solar térmico del propulsor, normalmente hidrógeno o, a veces, agua. Se puede utilizar una correa electrodinámica para cambiar la orientación de un satélite o ajustar su órbita.
Otro concepto de propulsión solar en el espacio es la vela ligera ; Esto no requiere la conversión de luz en energía eléctrica, sino que depende directamente de la pequeña pero persistente presión de radiación de la luz.
Quizás los vehículos propulsados por energía solar de mayor éxito hayan sido los "rovers" utilizados para explorar las superficies de la Luna y Marte. El programa Lunokhod de 1977 y el Mars Pathfinder de 1997 utilizaron energía solar para propulsar vehículos controlados a distancia. La vida útil de estos rovers superó con creces los límites de resistencia que se habrían impuesto si hubieran funcionado con combustibles convencionales. Los dos Mars Exploration Rovers también utilizaron energía solar.
Un proyecto suizo, llamado "Solartaxi", dio la vuelta al mundo. Era la primera vez en la historia que un vehículo eléctrico (no un vehículo solar autosuficiente) daba la vuelta al mundo, recorriendo 50.000 kilómetros en 18 meses y atravesando 40 países. Se trataba de un vehículo eléctrico apto para circular que arrastraba un remolque con paneles solares y transportaba un panel solar de 6 m 2 . El Solartaxi dispone de baterías Zebra , que permiten una autonomía de 400 km sin recargar. El coche también puede recorrer 200 km sin remolque. Su velocidad máxima es de 90 km/h. El coche pesa 500 kg y el remolque pesa 200 kg. Según el iniciador y director de la gira , Louis Palmer , el coche en producción en serie podría costar 16.000 euros.
Solartaxi recorrió el mundo desde julio de 2007 hasta diciembre de 2008 para mostrar que existen soluciones para detener el calentamiento global y alentar a la gente a buscar alternativas a los combustibles fósiles . [50] Sin embargo, Palmer sugiere que la ubicación más económica para los paneles solares de un automóvil eléctrico es en los tejados de los edificios, [51] comparándolo con poner dinero en un banco en un lugar y retirarlo en otro. [52]
Solar Electrical Vehicles [53] está añadiendo células solares convexas al techo de los vehículos eléctricos híbridos. [54]
Una variante interesante del vehículo eléctrico es el vehículo híbrido triple: el PHEV que también cuenta con paneles solares para ayudar.
El modelo Toyota Prius 2010 tiene la opción de montar paneles solares en el techo. Alimentan un sistema de ventilación mientras están estacionados para ayudar a proporcionar refrigeración. [55] Hay muchas aplicaciones de la energía fotovoltaica en el transporte, ya sea como energía motriz o como unidades de energía auxiliar , particularmente cuando los requisitos de combustible, mantenimiento, emisiones o ruido excluyen los motores de combustión interna o las pilas de combustible. Debido al área limitada disponible en cada vehículo, la velocidad o el alcance, o ambos, están limitados cuando se utilizan como fuerza motriz.
Existen límites al uso de células fotovoltaicas (PV) para vehículos:
Aterrizó a las 1504 BST... el viernes... despegó... a las 1440 BST (0640 hora local) del viernes 9 de julio.
