Solární články pro střechy automobilů

Solární články pro střechy automobilů

Solární články pro střechy automobilů

Automobily na solární pohon existují již dvě desetiletí a již se staly realitou v mnoha oblastech dnešního technologického pokroku.

I když většina z nás ví, že to není jen auto s jinou střechou, je před námi ještě dlouhá cesta, pokud jde o úsilí nutné k tomu, aby se auto s plně solárním pohonem stalo skutečností.

Přestože se toho v automobilovém průmyslu v posledních letech z hlediska využití solární energie událo hodně, standardní procesy stále nechávají velký prostor pro lepší alternativu. Myšlenka použití solárních panelů na střechách automobilů může potenciálně transparentní polyimidový film použít; jejich skrytý potenciál je stále co objevovat.

Nejčasnější a nedávný vývoj automobilů na solární pohon

Nejstarší inovace související se solárními automobily se datuje do roku 1955, kdy General Motors představila první solárně poháněný automobil na své oficiální prezentaci v Chicagu. Jednalo se o 15palcový dlouhý prototyp sestávající z malého elektromotoru s fotovoltaickými články. Tento model byl speciální a i přes své relativně malé rozměry, které snad ani nestačily pokrýt plochu potřebnou pro řidiče, dokázal pomocí otočného hřídele zadního kola uvést do pohybu kladku.

Sion je dalším zajímavým příkladem solárně poháněného automobilu, známého také jako první komerčně dostupná varianta hybridního solárního elektrického vozidla. Vůz má průměrný dojezd 250 kilometrů a unikátní schopnost nabíjet se pomocí solární energie. Nabití vozu na téměř poloviční kapacitu pomocí jediné nabíjecí stanice trvá v průměru pouhých 30 minut. Mnoho dalších společností jako Toyota, Tesla a Hyundai neustále pracuje na vybudování plně funkčního a komerčně dostupného solárního vozu nebo možná dokonce jeho hybridní verze.

Proč ale zrovna elektromobily nemají solární články na střeše?

Je důležité vědět, že solární moduly v podstatě přeměňují tepelnou energii slunce na elektrickou energii. Solární panely jsou nepochybně velmi účinné a dokážou dokonce přeměnit více než 70 % sluneční energie na elektřinu. Problém však nastává, když se podíváme na některá z nejdůležitějších omezení v tomto případě.

V první řadě je potřeba pochopit, že celý koncept solárních panelů na autech je v reálu těžko realizovatelný. Také tato myšlenka existuje již od roku 1962 a ve vývoji technologií došlo k mnoha významným pokrokům, ale stále jsme nedospěli k plnohodnotnému řešení. Případ Sion, o kterém jsme hovořili dříve, je jedním z nejlepších příkladů solárně poháněného elektromobilu, který je stále ve vývoji a od svého posledního oficiálního oznámení potřebuje další vývoj.

Teoretické úvahy často předpokládají, že solární energie pomůže nabíjet baterie ve střešních panelech, čímž se sníží počet zastávek, které auto musí zastavit na nabíjení. Ve skutečnosti má současná technologie solárních článků nedostatečnou účinnost, která se pohybuje kolem 20–25 %. To je extrémně nízké ve srovnání s účinností běžně požadovanou pro solární panely na střechách automobilů. Tato nízká efektivita navíc přispívá k existujícím výzvám a ztěžuje uvedení myšlenky do praxe.

Proč je tak těžké uvést tyto aplikace do reality?

Nyní, když víme, jaká je praktická implementace solárních automobilů, musíme také pochopit, proč jsou aplikace tak obtížné. Výzev je mnohem více než těch, které se objevují pouze na povrchu. Říkáme to proto, že existuje několik důvodů, proč ani ty technicky nejvyspělejší a nejschopnější automobilové společnosti dosud nebyly schopny dosáhnout této reality.

První a největší výzvou je, jak solární články fungují a jak jsou umístěny. Stávající solární panely běžně používané pro komerční účely mají účinnost pouze asi 30–35 %. Ve skutečnosti je to mnohem méně, než by jako zdroj energie potřebovalo efektivní solární auto. Je to proto, že je potřeba vytvořit mnohem více prostoru a inovací pro solární články, zvláště když můžeme použít jiné materiály, ať už jako aktivní účastníky nebo jako katalyzátor.

Dalším problémem je komerční dostupnost a náklady na nasazení solárních panelů. Je dobře známo, že solární články nejsou zrovna levné. Nejsou však ani beztížné, což je problém, protože přidání solárních panelů na karoserii vozidla znamená, že vozidlo zvyšuje hmotnost a náklady. Z tohoto důvodu došlo v oblasti solárních filmů k mnoha významným pokrokům a transparentní polyimidový film je jedním z nejslibnějších kandidátů. Je to mnohem lehčí náhražka než jiné materiály, ze kterých lze vyrobit solární panely na střechách aut, ale vše záleží na tom, jak se nápad promění ve skutečnost.

Ve chvíli, kdy vezmeme v úvahu hmotnost baterie, myšlenka proměnit auta na solární pohon ve skutečnost začíná vypadat jako výzva, kterou je třeba překonat. Kromě toho neustále špatné povětrnostní podmínky v jiném regionu, jízdní podmínky a umístění panelů tento problém zhoršují a znesnadňují splnění úkolů. To však neznamená, že neexistuje způsob, jak překonat omezení, protože stále existuje spousta prostoru pro objevování potenciálu zdrojů, které máme.

Když však mluvíme o roli průhledného polyimidového filmu jako slibného materiálu pro solární články na střechách automobilů, tato myšlenka nám může pomoci pochopit, jak může pomoci učinit toto pole životaschopnějším pro skutečný svět.

Co je to transparentní polyimidový filma jak může pomoci?

Než budeme mluvit o průhledném polyimidovém filmu, musíme pochopit, co vlastně polyimid znamená. V podstatě se jedná o třídu polymerů se širokým spektrem aplikací. Může být například použit jako tenká fólie pro flexibilní izolaci kabelů nebo desek plošných spojů. Běžně se také používají jako vlákna pro protipožární ochranu nebo izolaci. Obvykle mají odlišnou texturu, ale průhledné materiály lze velmi jasně vidět, protože bezbarvý materiál může znamenat různé věci, protože průhlednost mohou vysvětlit různé faktory.

Podle definice jsou tyto materiály vysoce flexibilní; nabízejí vysokou teplotní stabilitu a vynikající tvrdost povrchu. Kromě toho mohou nabídnout i řešení výše zmíněných problémů ohledně přestavby střech automobilů na solární panely.

Jak je to s výrobou?

Typicky existuje celá řada postupů pro výrobu transparentních polymerních filmů, včetně vyfukování, odlévání a vytlačování taveniny. Při procesu vytlačování se fólie typicky vytváří kontinuálním otvorem. Typický postup zahrnuje rotaci hlemýždě uvnitř nenáviděné válcové sekce, případně roztavení následujících sekcí a jejich protlačení přes vhodně texturovanou štěrbinu.

Výše popsaný způsob je jedním z přímých způsobů výroby hotových fóliových produktů, který stále vyžaduje druhý proces, kterým je modelování vstřikováním. Tento konkrétní proces se obvykle provádí jednošnekovým extruderem za použití polymerní pryskyřice, jejíž teplota je následně zpomalena pomocí vnějšího proudění vzduchu, natažena v samotném prostoru stroje a nakonec odtažena. Kromě toho pomáhá získat představu o vnitřním tlaku vzduchu potřebném k vyrovnání materiálu při průchodu válcovým válcem.

Výrobní techniky potřebné k výrobě bezbarvých polyimidových filmů jsou podobné těm, které se používají pro optické filmy. Jediný rozdíl je však v tom, že ten druhý materiál má svou jedinečnost a zároveň funkčnosti. Tento rozdíl spočívá především v tom, že mají relativně vyšší teplotu tání a nižší rozpustnost, zejména s ohledem na laboratorní postupy používané při výrobě těchto materiálů. Specificky pro proces odlévání rozpouštědlem, jak bylo zmíněno dříve, lze přístupy rozdělit na strojní a příčný směr, což je také kritická metoda, která by mohla být použitelná v případě transparentního polyimidového filmu.

Proč je PV skvělým řešením mobility?

Při pohledu na stávající prototypy automobilových inovací je jedno jisté. Využití elektřiny pro solární články se speciálními formáty článků může výrazně podpořit následující separační procesy z hlediska použité technologie díky lepší účinnosti. Protože současný vývoj v oblasti solárních článků zajišťuje lepší účinnosti článků, které jsou daleko nad průměrem účinnosti, který se dříve pohyboval kolem 30 %.

Abychom dosáhli lepší a vyšší účinnosti v dostupné oblasti s prostředky, které v současné době máme, musíme pochopit roli průhledných polyimidových fólií a jak je integrovat se sklem. Články na střeše auta musí být obvykle integrovány kompaktně, aby bylo více místa pro připojení ke zdrojům energie.

Jakkoliv to vypadá slibně, je také potřeba zajistit, aby bylo řešení odolné, protože použití transparentního polyimidového filmu může být potenciálním přínosem. Ale jen tak dlouho, dokud bude sloužit svému účelu. Výsledný materiál navíc musí splňovat základní požadavky na obtížnou střechu automobilu se solárním panelem, a proto je nesmírně důležité podle toho otestovat účinnost.

Výhody použití průhledné polyimidové fólie se sklem pro solární střechu

Když mluvíme o výhodách bezbarvého polyimidového filmu, je o čem mluvit z hlediska jeho mechanických, fyzikálních, tepelných a elektrických schopností. Použití jsou neuvěřitelně rozmanitá, protože pomáhají v některých z nejkritičtějších oblastí jejich použití.

Mezi hlavní výhody použití tohoto materiálu patří následující.

Velká flexibilita

Jednou z klíčových výhod použití průhledné polyimidové fólie a skla pro připevnění solárních střech na solární auta je to, že nabízejí větší flexibilitu. Transparentní polyimidová fólie nabízí více možností pro uchycení materiálů a se svými pružnými spoji je mnohem lepší variantou než jakýkoli jiný materiál. Navíc může pomoci udržet celkový výkon v případě, že se jeho tvar změní kvůli pružnosti. Proto je to skvělá kombinace, kterou lze použít jako materiál pro solární auta.

tenčí materiál

Další velkou výhodou použití průhledné polyimidové fólie se sklem je, že ji lze snadno aplikovat na jakoukoli část těla, protože materiál je výjimečně lehký. Jelikož se navíc jedná o tenčí materiál, lze jej instalovat nejen na střechu, ale i na jakékoli jiné vhodné místo. Proto nabízí větší flexibilitu, pokud jde o připevnění.

Nižší výrobní náklady

Existuje mnoho důvodů pro popularitu tohoto materiálu. Výroba transparentních polyimidových fólií je levnější díky procesu roll-to-roll. Proces umožňuje okamžité odhalení povrchů, což vede k lepší reprezentaci, zejména během výrobního procesu. Metoda také obsahuje oboustrannou pásku, která poskytuje povrch substrátu jako uvolňovací činidlo. Proto pomáhá odstranit odkrytou vrstvu, která nevyžaduje mnoho vstupů.

Umožňuje vysokou propustnost světla

Čiré polyimidové fólie jsou také známé pro své vynikající vlastnosti prostupu světla. Kromě toho má dobré tepelné a mechanické vlastnosti, díky čemuž je vhodným materiálem pro flexibilní solární články a slibným hotspotem v celkovém procesu aplikace polymerních materiálů.

Poptávka po lehčích, tenčích a vysoce průsvitných materiálech pro střechy automobilů se solárními články se neustále zvyšuje. V důsledku toho získávají mechanické vlastnosti transparentních polyimidových fólií ve výrobním sektoru na popularitě. Jedná se o vysoce výkonný polymer, který také obsahuje imidové kroužky, jejichž páteř poskytuje vynikající tepelnou a chemickou stabilitu. Také poskytuje lepší izolaci s vynikajícími mechanickými vlastnostmi, což z něj činí vhodný materiál pro použití.

Vysoká teplotní stabilita

Kromě výše uvedených vlastností transparentních polyimidových fólií je materiál známý také pro svou vynikající teplotní stabilitu. Protože je vyroben ze samostatného plastu, který nabízí větší průhlednost, výsledný materiál bude pravděpodobně také velmi tepelně stabilní. To je přesně případ průhledných polyimidových fólií.

Tento materiál má daleko lepší tepelnou a chemickou stabilitu z hlediska izolace a mechanických vlastností, díky čemuž je široce používán v různých průmyslových odvětvích, včetně mikroelektrických zařízení, separace plynů a paliva s polymerním elektrolytem. Dá se tedy říci, že materiál má výjimečnou teplotní stabilitu, která nabízí lepší aplikační možnosti při pokládání a přípravě střech automobilů pro solární články.

Dobrá povrchová tvrdost

Pokud se jedná o materiál, který je ideální pro použití se sklem při výrobě střech automobilů se solárními články, musí mít vynikající povrchovou tvrdost, aby byla zajištěna požadovaná pevnost. V tomto případě může být velkým přínosem použití transparentní polyimidové fólie, která má díky svým mechanickým vlastnostem vynikající povrchovou tvrdost. Materiál má nejen skvělé fyzické schopnosti v kombinaci se sklem, ale také může pomoci zlepšit odolnost proti roztržení. Ačkoli je fólie obvykle vyrobena z polyimidové pryskyřice, materiál, který lze použít se sklem, je také schopen nabídnout vysokou tepelnou odolnost a tvrdost povrchu.

Vynikající odolnost vůči kyselinám a zásadám

Jednou z nejméně známých vlastností průhledného polyimidového filmu je jeho vynikající odolnost vůči kyselinám a zásadám, což z něj činí ideální materiál pro použití se sklem. Kromě toho tento materiál zahrnuje flexibilní organické substráty elektronických zařízení, což z nich činí vysoce flexibilní, zpracovatelné, houževnaté a tepelně stabilní materiály, které jsou odolné vůči kyselinám a zásadám. Případné vystavení kyselinám a zásadám proto nemůže být problémem při použití transparentního polyimidového filmu buď jako hlavního materiálu nebo jako katalyzátoru.

Snadné zpracování

Jednou z klíčových výhod, kterou mají výrobci při práci s průhlednými polyimidovými fóliemi, je snadné zpracování potřebné k jejich výrobě. Přesný výrobní proces a chemie syntézy použitá při přípravě transparentního polyimidového filmu nám také pomáhá pochopit jeho mechanické, fyzikální a chemické vlastnosti, které nabízejí mnoho výhod oproti jiným materiálům.

Zpracování je přímočaré, používají se pouze flexibilní organické aktivní matricové materiály, se kterými se snadno pracuje a nevyžadují mnoho vstupů. Výrobci proto obvykle upřednostňují průhledné polyimidové fólie pro výrobu solárních panelů, protože jsou ideální volbou pro použití se sklem.

radiační odolnost

Když mluvíme o mechanických, fyzikálních a chemických vlastnostech transparentních polyimidových fólií, musíme mluvit také o elektrickém aspektu. Pomáhá pochopit, jak materiál funguje a celý životní cyklus, protože má vynikající povrchovou a objemovou odolnost vůči záření, které jím může proniknout. Měření vodivosti je u homogenních izolantů jiné než u jiných materiálů, díky čemuž je transparentní polyimidový film ideálním materiálem pro náhradu s vynikající odolností vůči záření.

Může sloužit jako bariéra proti vlhkosti

V neposlední řadě je známo, že transparentní polyimidové filmy mají zlepšené vlastnosti jako bariéra proti vodě a kyslíku, což z nich činí vynikající bariéru proti vlhkosti. Vzhledem k jejich pružnosti a průhlednosti mohou být vlastnosti bariéry proti vlhkosti a kyslíku výrazně zlepšeny použitím materiálů roztokového grafitu. Nejdůležitější je, že schopnost průhledného polyimidového filmu působit jako bariéra proti vlhkosti také pomáhá pochopit jeho tepelnou stabilitu a elektrickou izolaci, což je výhodné při výrobě střech automobilů se solárními články. Proto může být skvělou bariérou bránící jakékoli interakci s kyslíkem ve vodě.

Úspěšné příklady z praxe

Nyní, když máme představu, jak takové řešení může vypadat, se musíme podívat i na úspěšné příklady prototypů solární energie v praxi, protože některé z nich jsou stále ve vývoji, ale řada z nich je již na trhu dostupný. Prvním a nejznámějším příkladem je Mercedes Benz Vision EQXX. Spadá do kategorie luxusních elektromobilů sedan. Má vynikající dojezd 700 kilometrů a pozoruhodný koeficient odporu 0,17. Jednou z nejlepších vlastností tohoto vozidla je 117článkový solární panel na střeše, který je schopen nabíjet systémy a poskytnout řidiči větší dojezd.

Hyundai Ioniq 5 je dalším nedávným příkladem automobilu na solární pohon s lepší udržitelností a futuristickou technologií, který je k dispozici ve dvou velikostech baterie. Model má pohon všech kol a může dosáhnout maximální rychlosti 185 km/h. Model má také možnost pohonu 2 kol, která umožňuje jezdci dosáhnout nejdelšího dojezdu kolem 300 mil. Na základě dostupných údajů lze říci, že tyto solární panely mohou dosáhnout dodatečného dojezdu 1240 mil za rok, což jsou asi tři míle za den. Tento případ je tedy dalším úspěšným příkladem toho, že vývoj střech automobilů se solárními články není navzdory našim významným inovacím zdaleka u konce.

Shrnutí

S ohledem na výše uvedenou diskuzi lze říci, že od raného vývoje v oblasti solární energie a jejích aplikací v různých průmyslových odvětvích jsme ušli dlouhou cestu. V souvislosti s tímto pozorováním stávající vývoj střech automobilů se solárními panely stále vyžaduje nejlepší způsoby, jak realizovat stávající nápady. Přestože stávající výzvy mohou stát v cestě rozvoji této myšlenky a její přeměně v živoucí realitu, řešení navržené ve výše uvedené diskusi může být po implementaci velkým přínosem. Solární energie je správnou cestou, zejména v automobilovém sektoru, kde je energetická účinnost jednou z priorit.

 

Sdílet tento příspěvek