OZE i elektryfikacja transportu dają nadzieję na stabilne i ekologiczne dostawy energii. Naukowcy sprawdzali różne sposoby połączenia tych dwóch rzeczy i w końcu udało im się! Panele fotowoltaiczne można zamontować na dachu samochodu. Ale czy to się opłaci? Ile wyniesie okres zwrotu z takiej inwestycji? Jak zwiększy się zasięg samochodu?
Grupa naukowców z Europy postanowiła obliczyć produkcję energii elektrycznej, wyrównany koszt energii elektrycznej (LCOE – Levelized Cost of Electricity) oraz okres zwrotu nakładów poniesionych na instalację fotowoltaiczną w pojazdach elektrycznych.
Na czym polegały badania i kto je prowadził?
Najważniejszym celem badań było porównanie opłacalności fotowoltaiki na stałe zintegrowanej z dachem samochodu elektrycznego w zestawieniu z fotowoltaiką w postaci tzw. systemu nadążnego (jednoosiowego) – podążającego za promieniami słońca. Mówi się, że system ten podąża za promieniami słońca, czyli ustawia ogniwa fotowoltaiczne w kierunku słońca, aby zmaksymalizować uzysk energii elektrycznej.
Badania opłacalności obu systemów wykonała międzynarodowa grupa badawcza, którą bardzo zainteresował ten temat. Nad projektem pracowali naukowcy z uniwersytetów w Ukrainie, Słowacji i Łotwie.
Założenia i metodologia badań
W badaniach wykorzystano samochód elektryczny marki Volkswagen, e-Golf serii VII EV z 2017 roku.
Naukowcy ustalili, że dostępna powierzchnia dachu pojazdu wynosi 1468 mm x 1135 mm. Na podstawie tych wymiarów założyli, że na dachu samochodu można umieścić dwa panele słoneczne o mocy 120 W oraz jeden moduł monokrystaliczny o mocy 50 W od chińskiego producenta Xinpuguang. Połączyli trzy panele równolegle, uzyskując maksymalną moc 257,92 W.
Aby uprościć badania założono, że samochód będzie się ładował tylko podczas postojów. Uwzględniono dane z miesięcy: styczeń, kwiecień, lipiec i październik. Następnie porównano je z wynikami testów samochodów przeprowadzonych przez New European Driving Cycle (NEDC) i amerykańską Agencję Ochrony Środowiska (EPA).
Jakie były wyniki?
Okazało się, że w lipcu system fotowoltaiczny stałe zintegrowany z dachem (VIPV – vehicle-integrated photovoltaics) mógłby wyprodukować 1587 Wh energii elektrycznej. Taka ilość energii umożliwiłoby pojazdowi Volkswagena przejechanie większej odległości:
- o 7,98 km więcej zgodnie ze standardem EPA;
- lub o 12,64 km według NEDC.
To odpowiednio 3,99% i 6,32% maksymalnego zasięgu podróży przy pełnym naładowaniu akumulatora.
Z kolei w styczniu stały system VIPV wytworzył 291 Wh, czyli zasięg dodatkowy to 1,55 km (EPA) i 2,32 km (NEDC) – to odpowiednio 0,77% i 1,16% więcej niż maksymalny zasięg.
Z badań wynikło również, że system nadążny w lecie wyprodukował identyczną ilość energii co system stały VIPV. Mimo to lepsze wyniki system nadążny miał w styczniu, kwietniu i październiku. Najlepsze w styczniu – wtedy system nadążny pozwolił na wyprodukowanie energii zwiększającej zasięg Volkswagena:
- o 3,01 km więcej zgodnie ze standardem EPA;
- lub o 4,52 km według NEDC.
To odpowiada odpowiednio 1,51% i 2,26% maksymalnego możliwego przebiegu na jednym ładowaniu akumulatora.
Ważne:
Rzeczywiste korzyści mogą być mniejsze niż te przewidziane… ze względu na energię zużytą na dostosowanie platformy dachowej podążającej za słońcem i możliwe ograniczenia uniemożliwiające idealną orientację.
Oceniając realną wartość zwiększonego zasięgu przy wykorzystaniu systemu nadążnego trzeba pamiętać, że część wytworzonej energii zużywa się na regulację kąta nachylenia modułów fotowoltaicznych.
Jakie są koszty obu systemów i okres zwrotu?
Naukowcy dokonali wyliczeń LCOE i uzyskali następujące wyniki:
- koszt systemu VIPV w przeliczeniu na kWh wyniósł 0,6654 USD/kWh,
- koszt jednoosiowego systemu nadążnego wyniósł 1,1013 USD/kWh.
Czas zwrotu z inwestycji dla każdego systemu wynosi:
- 5,32 lat – system VIPV,
- 5,07 lat – system nadążny.
Co o tych wynikach mówią naukowcy?
System nadążny zwraca się trochę szybciej. Jednak naukowcy zauważają, że jego instalacja i wdrożenie są trudniejsze i nieco bardziej skomplikowane w porównaniu do systemu stałego VIPV. Ponadto części ruchome w urządzeniach często oznaczają większe ryzyko awarii. Natomiast wystąpienie awarii każdorazowo powoduje dodatkowe koszty i przerwy w korzystaniu – to istotne utrudnienia.
Biorąc pod uwagę niewielką różnicę w [okresie zwrotu], zwykły kierowca EV może być zadowolony z systemu bez regulacji nachylenia, ponieważ platforma dachowa śledząca słońce wymaga znacznie większych nakładów początkowych i ma trudniejszą instalację.
Źródła:
Sun-tracking vs. fixed vehicle-integrated PV, PV magazine
Application of photovoltaic panels in electric vehicles to enhance the range, Heliyon