Auto elettriche con il tetto fotovoltaico? Oggi sono realtà

Ti sei mai chiesto perché non possiamo semplicemente attaccare i pannelli fotovoltaici sopra le auto per alimentarle in modo ancora più pulito e semplice rispetto alle auto elettriche plug-in di oggi? In fondo, per gli aerei è stato possibile. Ebbene, gli ingegneri stanno lavorando a questa sfida da diversi anni. E oggi le startup, e anche le principali case automobilistiche, stanno trasformando le auto in pannelli solari mobili.

Il principale problema, in passato, era che i pannelli solari dimensionati per la parte superiore di un’auto non erano sufficientemente potenti, efficienti o abbastanza grandi da alimentare effettivamente il veicolo. Inoltre, il costo risultava proibitivo per la redditività commerciale. Tuttavia, già nel 2013 la Ford è arrivata molto vicina a rendere il sogno di molti una bellissima e concreta realtà.

Ha infatti svelato una concept car che è effettivamente alimentata da pannelli solari sul tetto del suo veicolo ibrido elettrico plug-in C-Max Energi. La Ford ha perseguito questa idea di tetto per auto solare perché le celle solari di oggi sono molte volte più efficienti di quanto non fossero solo pochi anni fa. Ford e SunPower hanno creato insieme una schiera di concentratori solari per questo concept car che moltiplica l’energia solare di ben otto volte.

La Hyundai ha sviluppato un “super” tettuccio fotovoltaico

Ma nel 2019 la casa coreana Hyundai ha lanciato sul mercato un’auto Sonata con un tettuccio fotovoltaico. La casa automobilistica coreana ha affermato che fino al 60% della potenza per la batteria dell’auto potrebbe essere fornita dai suoi pannelli fotovoltaici se il tetto solare fosse utilizzato per sei ore al giorno. I pannelli forniscono abbastanza potenza per spingere la Sonata per 1.300 km all’anno.

Esiste una relazione tra l’efficienza energetica e l’angolo con cui i raggi del sole entrano nel pannello. Il pannello solare, poiché è posizionato sul tetto dell’auto, è parallelo al suolo, ma la ricerca ha scoperto che l’angolo ideale per massimizzare l’efficienza è a 30 gradi rispetto al suolo. Il tetto dell’auto è strutturalmente limitato per prendere l’angolo di 0 gradi, il che spiega la sua minore efficienza rispetto ai pannelli del tetto adeguatamente angolati.

Considerando questo, però, Hyundai ha installato sui pannelli solari del tetto celle ad alte prestazioni con elevata efficienza di ricarica. Le celle sui pannelli Sonata hanno un tasso di efficienza del 22,8%, circa il 30 – 50% in più rispetto al tasso delle celle fotovoltaiche tipiche utilizzate sui pannelli da tetto (15 -19%) che vediamo sulle nostre case o, più in generale, in ambito residenziale.

I pannelli solari della Sonata Hybrid hanno una capacità di circa 200 W. Si tratta di una quantità non trascurabile: 200W possono accendere due lampadine da 100 watt o 11 lampade fluorescenti a LED per uso domestico (18W ciascuna). A questo ritmo, la ricarica per 5,8 ore al giorno aggiunge quindi i già accennati 1.300 km all’anno alla distanza totale di guida. Chi parcheggia la macchina all’aperto e / o guida di più durante il giorno vedrà un bonus ancora maggiore.

I veicoli ibridi come la Sonata hanno pacchi batteria più piccoli rispetto alle auto completamente elettriche, quindi un tetto solare può fare una differenza maggiore nella ricarica. Le celle fotovoltaiche, infatti, aggiungono costo e peso alle automobili e non è chiaro quanto possano essere efficaci nel mondo reale. Ma Hyundai ha sviluppato notevolmente questa tecnologia è sta lavorando a un tetto solare di seconda generazione che sarebbe semitrasparente per aiutare a illuminare l’abitacolo dell’auto.

Hyundai ha detto che prevede di offrire il tetto come optional extra su altri modelli della sua gamma. Evidentemente, infatti, la creazione di sistemi di ricarica per veicoli ibridi con pannelli fotovoltaici in grado di raccogliere l’energia solare aumenterebbe l’efficienza e l’autonomia del carburante e ridurrebbe le emissioni di anidride carbonica. Si tratta quindi di un esempio da seguire.

Hyundai, in realtà, non è la prima casa automobilistica a utilizzare i pannelli solari su un veicolo. I sistemi di ricarica ad energia solare sono disponibili come optional sulla Toyota Prius, e anche per il lussuoso Karma Revero, altri due veicoli ibridi plug-in. Inoltre, la start-up olandese Lightyear sta lavorando a un’auto elettrica che utilizza pannelli solari sul cofano e sul tetto per caricare le batterie del veicolo.

I sistemi di ricarica solare per auto: come sono fatti

Il sistema di ricarica solare non è attualmente inteso dai maggiori produttori di automobili come fonte di alimentazione principale, ma come ausiliaria. Funziona per ricaricare le batterie nelle auto a motore o per supportare la potenza generata da un motore a combustione.

La Hyundai, in particolare, sta sviluppando tre sistemi di ricarica solare separati: uno di 1a generazione costituito da un tetto solare in silicio; uno di 2a generazione che consiste in un tetto solare traslucido e uno di 3a (successiva) generazione più leggero. Il tetto solare di prima generazione è un pannello di celle fotovoltaiche in silicio cristallino fissato su un tettuccio standard.

Il sistema a tetto solare di prima generazione può caricare la batteria fino al 58% in una giornata estiva e fino al 30% in una giornata invernale. Inutile dire che le emissioni di carbonio sono diminuite notevolmente. È un approccio molto proattivo per affrontare la tendenza globale di essere più attenti all’ambiente e austeri contro le emissioni di anidride carbonica nell’atmosfera.

Il tetto solare di seconda generazione, invece, è progettato per veicoli con motore a combustione. Per una maggiore apertura, viene fornito con l’opzione di design traslucido o design aperto-chiuso. La terza generazione di questa tecnologia è un coperchio solare leggero in fase di ricerca avanzata per modelli ecologici. In questo modello, le celle solari sono integrate direttamente nel cofano dell’auto e nel tetto per ricavare la massima potenza.

Un sistema di ricarica solare per auto è composto dal pannello solare, dal controller e dalla batteria. Quando la luce solare entra nella superficie cellulare di un pannello solare, vengono separati elettroni e lacune elettroniche, creando energia. Nel caso di un pannello solare da 100 W collegato, a mezzogiorno nelle giornate estive genera 100 Watt di potenza. In sintesi, 1 ora di luce solare può generare fino a 100 Wattora di energia immagazzinabile dalle batterie.

Un controller opera la variazione di tensione e l’MPPT (Maximum power point tracking). L’MPPT controlla la tensione e la corrente al fine di aumentare l’efficienza dell’uscita elettrica dalla cella solare. Questo processo genera corrente continua e, una volta passato attraversa il controller, la tensione viene modificato in quella standard dell’automobile e l’energia è accumulata nella batteria o utilizzata per abbassare il carico dell’alternatore.

Il tetto solare della Prius segue un principio di funzionamento diverso: immagazzina l’energia dal tetto su una batteria separata, che poi trasferisce l’energia per caricare la batteria di trazione. Il sistema non solo richiede una batteria aggiuntiva, ma perde anche l’efficienza energetica nel processo. Il sistema della Sonata è più efficiente in questo senso, poiché carica contemporaneamente sia la batteria di avviamento che la batteria di trazione.

Inoltre, il tetto solare della Sonata Hybrid ha migliorato la potenza del pannello e reso il controller più efficiente, aumentando la distanza di guida giornaliera del 20% rispetto alla Prius. La distanza di Sonata per un giorno di ricarica è di 3,6 km, superiore alla distanza di 2,9 km annunciata dalla Toyota. Inoltre, il costo del tetto solare per la Sonata Hybrid è di circa $ 1.100, mentre è di $ 2.550 per la Prius. Il sistema della Sonata è, in altre parole, il sistema più potente ma due volte più economico di quello della Prius.

I due tetti solari si differenziano anche per struttura. Il sistema di batterie solari della Prius è privo di un telaio di sostegno per i pannelli. Forse, come risultato, la Prius avrebbe fallito il test di resistenza del tetto condotto dall’IIHS (Istituto di assicurazione per la sicurezza stradale). La Sonata Hybrid, d’altra parte, ha ricevuto un punteggio “Buono” al Roof Crush Test dell’IIHS.

Sebbene i veicoli elettrici siano già più puliti da guidare rispetto ai veicoli convenzionali, anche tenendo conto dell’inquinamento derivante dall’elettricità utilizzata per alimentarli, i veicoli elettrici alimentati dall’energia solare sono ancora più puliti. E ciò conta per gli ambientalisti. Un sondaggio del 2012 ha rilevato che più di un terzo dei conducenti plug-in ha pannelli solari sui tetti delle proprie case.