Czy samochód może ładować się sam? Prawdziwy potencjał aut elektrycznych z fotowoltaiką

Dynamiczny rozwój elektromobilności w ostatnich latach sprawił, że samochody elektryczne przestały być technologiczną ciekawostką, a zaczęły pełnić rolę realnej alternatywy dla pojazdów spalinowych. Równolegle obserwujemy szybki wzrost popularności instalacji fotowoltaicznych, zarówno w skali przemysłowej, jak i prosumenckiej. Naturalnym kierunkiem rozwoju wydaje się więc próba integracji tych dwóch technologii- wykorzystania energii słonecznej bezpośrednio do zasilania pojazdów elektrycznych.

Korzyści środowiskowe

Samochody elektryczne są powszechnie postrzegane jako rozwiązanie bardziej przyjazne środowisku niż pojazdy spalinowe. Rzeczywiście, na etapie eksploatacji nie emitują one lokalnie dwutlenku węgla ani tlenków azotu, co ma szczególne znaczenie w miastach. Należy jednak zaznaczyć, że całkowity ślad węglowy pojazdu elektrycznego zależy w dużej mierze od miksu energetycznego, z którego pochodzi energia elektryczna wykorzystywana do jego ładowania.

W krajach, gdzie dominują odnawialne źródła energii, korzyści środowiskowe są wyraźne. W warunkach polskich, przy wciąż istotnym udziale węgla, przewaga nad nowoczesnymi samochodami spalinowymi jest mniejsza, choć nadal zauważalna. Integracja samochodów elektrycznych z fotowoltaiką pozwala ten problem częściowo ograniczyć, przenosząc produkcję energii bezpośrednio do pojazdu.

Fotowoltaika – od dachów do karoserii

Jeszcze dekadę temu panele fotowoltaiczne kojarzyły się niemal wyłącznie z ciężkimi, sztywnymi modułami montowanymi na dachach budynków. Obecnie obserwujemy szybki rozwój technologii charakteryzujących się mniejszą masą oraz rosnącą giętkością.

Przykładem takich rozwiązań są elastyczne panele rozwijane m.in. przez koło naukowe AGH Eko-Energia, które demonstruje możliwość integracji ogniw z nieregularnymi powierzchniami nadwozia pojazdu. Aby uzyskać giętkość, jednocześnie zachowując wymagane parametry wytrzymałościowe, do enkapsulacji panelu wykorzystywane jest włókno szklane i żywica epoksydowa.

Ile energii może dać fotowoltaika na samochodzie?

Kluczowym pytaniem pozostaje realny wpływ paneli fotowoltaicznych na parametry użytkowe samochodu elektrycznego. Przyjmijmy następujące założenia:

• powierzchnia paneli fotowoltaicznych 4 m²,
• sprawność paneli: 20%,
• średnia dzienna produkcja energii w Polsce latem: ok. 4 kWh/m²/dzień.

Oznacza to, że zestaw paneli zintegrowanych z pojazdem może wyprodukować w sprzyjających warunkach około 3 kWh energii dziennie. Dla samochodu elektrycznego zużywającego średnio 15 kWh/100 km przekłada się to na dodatkowy zasięg rzędu 20 km dziennie.

W skali pojedynczej podróży efekt ten jest niewielki, jednak w ujęciu rocznym, może oznaczać kilka tysięcy kilometrów przejechanych bez konieczności ładowania z sieci. W praktyce zużycie energii „z gniazdka” może spaść o 10-20%, w zależności od stylu jazdy i warunków eksploatacji.

Emisje

Jeżeli przyjmiemy, że 1 kWh energii elektrycznej w polskim miksie energetycznym odpowiada emisji około 700 g CO₂, to każda kilowatogodzina wyprodukowana lokalnie przez fotowoltaikę oznacza realne ograniczenie emisji. Roczna produkcja energii na poziomie 800-1000 kWh z paneli zintegrowanych z pojazdem może zatem zmniejszyć emisję o około 0,6-0,7 tony CO₂ rocznie.

• Zobacz również: Społeczności energetyczne w Polsce: od teorii do praktyki. Co blokuje rozwój i jak to zmienić?

Realna przyszłość fotowoltaiki w automotive

Warto jednak zaznaczyć, że z punktu widzenia realnego użytkowania, znacznie większy potencjał ma ładowanie samochodów elektrycznych z instalacji fotowoltaicznych zlokalizowanych na budynkach, na przykład na dachach domów lub obiektów biurowych. W takich warunkach pojazd może korzystać z energii słonecznej przez wiele godzin postoju w ciągu dnia, bez ograniczeń powierzchniowych narzucanych przez karoserię. Fotowoltaika zintegrowana bezpośrednio z samochodem nie powinna być więc postrzegana jako rozwiązanie konkurencyjne wobec klasycznych instalacji PV, lecz jako ich uzupełnienie. Jako koncepcja inżynierska pozostaje ona jednak warta uwagi, szczególnie w przypadku obszarów odizolowanych od infrastruktury energetycznej, gdzie dostęp do energii elektrycznej „z gniazdka” lub paliw ciekłych jest ograniczony, kosztowny albo nieregularny.

Materiał został przygotowany przez Koło Naukowe AGH Eko-Energia
Milena Materny