Un vehículo solar o vehículo eléctrico solar es un vehículo eléctrico alimentado total o parcialmente 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 puede utilizarse para proporcionar energía para comunicaciones, controles u otras funciones auxiliares.
En la actualidad, los vehículos solares no se venden como dispositivos prácticos de transporte cotidiano, sino que son principalmente vehículos de demostración y ejercicios de ingeniería, a menudo patrocinados por agencias gubernamentales. Sin embargo, los vehículos cargados indirectamente con energía solar están muy extendidos y se pueden adquirir barcos solares en el mercado.
Los coches solares son coches eléctricos que utilizan células fotovoltaicas (PV) para convertir la luz solar en energía eléctrica para cargar la batería del coche y alimentar los motores eléctricos del mismo.
Los coches solares se han diseñado para carreras de coches solares y para uso público. Los vehículos solares deben ser ligeros y eficientes para obtener la mayor autonomía posible de la energía solar limitada que capturan. 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 coches solares construidos por estudiantes carecen de las características de seguridad y comodidad de los vehículos convencionales y, por lo tanto, no son aptos para circular por la calle.
El primer coche solar familiar, Stella, fue construido en 2013 por estudiantes en los Países Bajos. [1] Este vehículo puede recorrer 890 km (550 mi) con una sola carga durante la luz solar. 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 mi) con una sola carga. Durante las carreras, Stella Lux es capaz de recorrer 1.100 km (700 mi) durante el día. A 72 km/h (45 mph), Stella Lux tiene una autonomía infinita. Esto se debe nuevamente a su alta eficiencia, incluido un coeficiente de resistencia aerodinámica de 0,16.
La familia media que no recorre más de 320 km al día nunca necesitaría cargar su vehículo en la red eléctrica. Solo lo enchufaría si quisiera devolver energía a la red. [2] [3] [4] [5]
Los autos de carrera solares suelen estar equipados con medidores y/o telemetría inalámbrica para monitorear cuidadosamente el consumo de energía del auto, la captura de energía solar y otros parámetros. La telemetría inalámbrica es la opción preferida, ya que le permite al conductor concentrarse en la conducción, lo que puede ser peligroso en un auto sin características de seguridad. El sistema de vehículo eléctrico solar fue diseñado y fabricado como un sistema de accesorios integrado fácil de instalar (2 a 3 horas) con un módulo solar de perfil bajo moldeado a medida, 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 que los primeros clientes estén disponibles en 2024. [6]
En Alemania, la empresa Sono Motors estaba trabajando en un vehículo eléctrico solar, el Sono Motors Sion , que supuestamente estaría en el mercado en 2023. Sin embargo, en febrero de 2023, Sono Motors finalizó el programa Sion y anunció que se centraría exclusivamente en ser una empresa de tecnología solar.
Tenga en cuenta que todos los vehículos eléctricos alimentados por batería también pueden utilizar electricidad proveniente de paneles solares externos para recargarse. Dichos paneles también pueden estar conectados a la red de distribución eléctrica general.
Squad Solar es un vehículo eléctrico side-by-side de barrio con techo solar y que se puede cargar con relativa rapidez desde un enchufe normal. [7]
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Los autobuses solares funcionan con energía solar, que se obtiene total o parcialmente de instalaciones fijas de paneles solares. El autobús Tindo es un autobús 100 % solar que funciona 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 que funcionan parcialmente con paneles solares instalados en el techo del autobús, con el fin de reducir el consumo de energía y prolongar el ciclo de vida de la batería recargable del autobús eléctrico. [9]
Los autobuses solares se distinguen de los autobuses convencionales, en los que las funciones eléctricas del autobús, como la iluminación, la calefacción o el aire acondicionado, pero no la propulsión, se alimentan con energía solar. Estos sistemas están más extendidos, ya que permiten a las empresas de autobuses cumplir con normativas específicas, por ejemplo, las leyes contra el ralentí vigentes en varios estados de EE. UU., y pueden adaptarse a las baterías de los vehículos existentes sin cambiar el motor convencional.
Se han probado paneles solares en semirremolques. Hay más de 100 metros cuadrados o más de 1000 pies cuadrados de superficie para energía solar en un semirremolque de caja de 53 pies, en la parte superior y los costados. [10] [11]
Los primeros "coches" solares eran en realidad triciclos o cuatriciclos construidos con tecnología de bicicleta. Se los llamó solaresmóviles en la primera carrera solar, el Tour de Sol en Suiza en 1985. Con 72 participantes, la mitad usaba energía solar exclusivamente, mientras que la otra mitad usaba híbridos de energía solar y humana. Se construyeron algunas bicicletas solares auténticas, ya sea con un gran techo solar, un pequeño panel trasero o un remolque con un panel solar.
Más tarde se construyeron bicicletas solares más prácticas con paneles plegables que se podían instalar solo durante el estacionamiento. Incluso más tarde, los paneles se dejaron en casa, se conectaron a la red eléctrica y las bicicletas se cargaron desde la red. Hoy en día, existen bicicletas eléctricas muy desarrolladas que consumen tan poca energía que cuesta poco comprar la cantidad equivalente de electricidad solar. El "solar" ha evolucionado desde el hardware real hasta un sistema de contabilidad indirecta. El mismo sistema también funciona para las motocicletas eléctricas, que también se desarrollaron por primera vez para el Tour de Sol .
El Venturi Astrolab de 2006 fue el primer automóvil híbrido electrosolar comercial del mundo y su lanzamiento estaba previsto originalmente para enero de 2008. [12]
En mayo de 2007, una asociación de empresas canadienses liderada por Hymotion modificó un Toyota Prius para utilizar células solares que generan hasta 240 vatios de energía eléctrica a plena luz del sol. Se dice que esto permite una autonomía adicional de hasta 15 km en un día soleado de verano [13] utilizando solo los motores eléctricos.
En 2005, un inventor de Michigan (EE. UU.) construyó un patinete eléctrico con licencia, seguro, legal para circular por la calle y que se cargaba con energía solar. Su velocidad máxima se controlaba a un poco más de 30 mph y utilizaba paneles solares plegables para cargar las baterías mientras estaba estacionado. [14]
Los módulos fotovoltaicos se utilizan comercialmente como unidades de energía auxiliares en automóviles de pasajeros [15] para ventilar el automóvil, reduciendo la temperatura del compartimiento de pasajeros mientras está estacionado al sol. Vehículos como el Prius 2010 , Aptera 2 , Audi A8 y Mazda 929 han tenido opciones de techo solar para fines de ventilación.
La superficie de los módulos fotovoltaicos necesarios para alimentar un coche de diseño convencional es demasiado grande para transportarlos 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 m2 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" de Pontiac Fieros , Italdesign Quaranta, Free Drive EV Solar Bug y otros numerosos vehículos eléctricos, tanto conceptuales como de producción. En mayo de 2007, una asociación de empresas canadienses liderada por Hymotion agregó células fotovoltaicas a un Toyota Prius para ampliar la autonomía. [16] SEV afirma 32 km (20 mi) por día con 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 CO2 para los automóviles equipados con tecnologías "que aún no se han tenido en cuenta durante el ciclo de medición estándar de las emisiones de un automóvil". [17] Esto ha dado lugar a especulaciones sobre la posibilidad de que los paneles fotovoltaicos se adopten ampliamente en los automóviles en un futuro próximo. [18]
También es técnicamente posible utilizar tecnología fotovoltaica (en concreto, tecnología termofotovoltaica (TPV)) para proporcionar energía motriz a un coche. Se utiliza combustible 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" [19] fue el primer automóvil del mundo propulsado por termofotovoltaica (TPV), diseñado y construido por el Vehicle Research Institute (VRI) de la Western Washington University. Sería necesario aumentar la eficiencia y reducir los costes para que la TPV fuera competitiva con las células de combustible o los motores de combustión interna.
Varios conceptos de transporte rápido personal (PRT) incorporan paneles fotovoltaicos.
Los ferrocarriles presentan una opción de baja resistencia a la rodadura que sería beneficiosa para los viajes y paradas planificados. [20] Los paneles fotovoltaicos se probaron como APU en el 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. [21] Las redes de CC solo se encuentran en el transporte eléctrico: ferrocarriles, tranvías y trolebuses. Se estimó que la conversión de CC de los paneles fotovoltaicos a corriente alterna (CA) de la red provocaba un desperdicio de alrededor del 3 % de la electricidad. [22]
PVTrain concluyó que el mayor interés por la energía fotovoltaica en el transporte ferroviario estaba en los vagones de mercancías, donde la energía eléctrica a bordo permitiría nuevas funcionalidades:
En la línea de vía estrecha Kismaros-Királyrét, cerca de Budapest, se ha construido un vagón alimentado con energía solar llamado «Vili». Con una velocidad máxima de 25 km/h, «Vili» es impulsado por dos motores de 7 kW capaces de frenar de forma regenerativa y alimentado por 9,9 m2 de paneles fotovoltaicos. La electricidad se almacena en baterías de a bordo. [23] Además de los paneles solares de a bordo, existe la posibilidad de utilizar paneles estacionarios (externos) para generar electricidad específicamente para su uso en el transporte. [24]
También se han construido algunos proyectos piloto en el marco del proyecto "Heliotram", como los depósitos de tranvía de Hannover Leinhausen [25] y Ginebra (Bachet de Pesay). [26] El sitio de Ginebra de 150 kWp inyectó 600 V CC directamente en la red eléctrica del tranvía/trolebús 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 se lanzó un tren completamente alimentado con energía solar en Nueva Gales del Sur, Australia. [27] El tren se alimenta mediante paneles solares a bordo y baterías recargables a bordo. Tiene capacidad para 100 pasajeros sentados para un recorrido de 3 km.
Recientemente, el Imperial College de Londres y la organización benéfica medioambiental 10:10 han anunciado el proyecto Renewable Traction Power para investigar el uso de paneles solares en las vías para alimentar trenes. [28] Mientras tanto, los ferrocarriles indios anunciaron su intención de utilizar energía fotovoltaica a bordo para hacer funcionar los sistemas de aire acondicionado en los vagones de los trenes. [29] Además, los ferrocarriles indios anunciaron que realizarán una prueba a finales de mayo de 2016. [30] Esperan ahorrar una media de 90.800 litros de diésel por tren al año, lo que a su vez supone una reducción de 239 toneladas de CO 2 .
Los barcos con energía 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 hasta Miami, y de allí a Nueva York. [31] Fue la primera travesía del Atlántico impulsada únicamente por energía solar. [32]
La mayor naviera de Japón, Nippon Yusen KK, y la Nippon Oil Corporation anunciaron que se instalarán paneles solares capaces de generar 40 kilovatios de electricidad en la parte superior de un buque transportador de automóviles de 60.213 toneladas que será utilizado por Toyota Motor Corporation . [33] [34] [35]
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. Es, hasta el momento, el barco de energía solar más grande jamás construido. [36] En 2012, PlanetSolar se convirtió en el primer vehículo eléctrico solar en circunnavegar el mundo. [37]
Se han realizado varios sistemas de demostración. Curiosamente, ninguno aprovecha aún el enorme aumento de potencia que aportaría la refrigeración por agua.
La baja densidad energética de los paneles solares actuales limita el uso de embarcaciones propulsadas por energía solar; sin embargo, las embarcaciones 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). En este ámbito, los paneles solares se han vuelto populares para recargar baterías, ya que no generan ruido, requieren combustible y, a menudo, se pueden agregar sin problemas al espacio de cubierta existente. [38]
Los barcos solares pueden referirse a dirigibles propulsados por energía solar o dirigibles híbridos. [39]
Existe un considerable interés militar en los vehículos aéreos no tripulados (UAV, por sus siglas en inglés); 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 con la energía constante de un UAV. [40] 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 son los de AeroVironment . [41]
Una empresa canadiense emergente, Solar Ship, Inc. , está desarrollando dirigibles híbridos alimentados con 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 fríos y otras necesidades 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 hacer una aeronave práctica alimentada 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 el dirigible híbrido se reconfigure en un refugio móvil que puede recargar baterías y otros equipos. [44]
El Hunt GravityPlane (que no debe confundirse con el avión de gravedad terrestre ) es un planeador con propulsión gravitatoria propuesto por Hunt Aviation en los EE. UU. [45] También tiene alas aerodinámicas, lo que mejora su relación sustentación-resistencia y lo hace más eficiente. El GravityPlane requiere un gran tamaño para obtener una relación volumen-peso lo suficientemente grande como para soportar esta estructura de ala, y aún no se ha construido ningún ejemplo. [46] 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, de manera similar a la eficiencia energética mejorada de los planeadores submarinos en comparación con los métodos convencionales de propulsión. [46] Hunt sugiere que el bajo consumo de energía debería permitir que la nave recolecte suficiente energía para mantenerse en el aire indefinidamente. El enfoque convencional para este requisito es el uso de paneles solares en una aeronave alimentada con 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 planeo, la otra es un ciclo térmico para extraer energía de las diferencias de temperatura del aire a diferentes altitudes. [46]
La energía solar se utiliza a menudo para suministrar energía a los 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 útil. Sería antieconómico operar un vehículo de este tipo (que puede estar en órbita durante años) con baterías primarias o células de combustible , y el reabastecimiento en órbita no es práctico. Sin embargo, la energía solar no se utiliza generalmente para ajustar la posición del satélite, y la vida útil de un satélite de comunicaciones estará limitada por el suministro de combustible de mantenimiento de la posición a bordo.
Algunas naves espaciales que operan dentro de la órbita de Marte han utilizado 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 iónicos, ya que esto genera una velocidad de escape muy alta y reduce el combustible en comparación con el de un cohete en más de un factor de diez. Dado que el combustible 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 térmico solar del combustible, generalmente hidrógeno o, a veces, agua. Se puede utilizar una atadura electrodinámica para cambiar la orientación de un satélite o ajustar su órbita.
Otro concepto de propulsión solar en el espacio es la vela ligera ; ésta no requiere la conversión de luz en energía eléctrica, sino que depende directamente de la pequeña pero persistente presión de radiación de la luz.
Los vehículos propulsados por energía solar que han tenido más éxito han 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 rovers de exploración de Marte también utilizaron energía solar.
Un proyecto suizo, llamado "Solartaxi", dio la vuelta al mundo. Fue la primera vez en la historia que un vehículo eléctrico (no un vehículo solar autosuficiente) dio la vuelta al mundo, recorriendo 50.000 km en 18 meses y atravesando 40 países. Se trataba de un vehículo eléctrico apto para circular que arrastraba un remolque con paneles solares, que transportaba un panel solar de 6 m2. El Solartaxi tiene baterías Zebra , que permiten una autonomía de 400 km sin recarga. 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 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 demostrar que existen soluciones para detener el calentamiento global y para alentar a la gente a buscar alternativas a los combustibles fósiles . [52] Sin embargo, Palmer sugiere que la ubicación más económica para los paneles solares para un automóvil eléctrico es en los tejados de los edificios, [53] comparándolo con poner dinero en un banco en un lugar y retirarlo en otro. [54]
Vehículos eléctricos solares [55] consiste en añadir células solares convexas al techo de los vehículos eléctricos híbridos. [56]
Una variante interesante del vehículo eléctrico es el vehículo triple híbrido, el PHEV , que también tiene paneles solares como ayuda.
El modelo Toyota Prius 2010 tiene una opción para montar paneles solares en el techo. Estos alimentan un sistema de ventilación mientras el vehículo está estacionado para ayudar a proporcionar refrigeración. [57] Existen muchas aplicaciones de la energía fotovoltaica en el transporte , ya sea como fuerza motriz o como unidades de energía auxiliares , en particular cuando los requisitos de combustible, mantenimiento, emisiones o ruido impiden el uso de motores de combustión interna o celdas de combustible. Debido al área limitada disponible en cada vehículo, la velocidad o la autonomía, o ambas, son limitadas cuando se utilizan como fuerza motriz.
Existen límites para el uso de células fotovoltaicas (PV) en vehículos:
Aterrizó a las 15:04 BST... el viernes... despegó... a las 14:40 BST (06:40 hora local) el viernes 9 de julio.
