Celle solari per tetti di automobili

Le auto a energia solare esistono da due decenni e sono già diventate una realtà in molte aree dei progressi tecnologici odierni.

Mentre la maggior parte di noi sa che non è solo un'auto con un tetto diverso, c'è ancora molta strada da fare in termini di sforzi necessari per trasformare in realtà un'auto completamente alimentata a energia solare.

Sebbene negli ultimi anni siano successe molte cose nell'industria automobilistica in termini di utilizzo dell'energia solare, i processi standard lasciano ancora molto spazio per un'alternativa migliore. L'idea di utilizzare i pannelli solari sui tetti delle auto può potenzialmente pellicola di poliimmide trasparente usare; il loro potenziale nascosto è ancora molto da scoprire.

Primi sviluppi e recenti sviluppi nelle auto a energia solare

La prima innovazione relativa alle auto a energia solare risale al 1955, quando la General Motors presentò la prima auto a energia solare alla sua presentazione ufficiale a Chicago. Era un prototipo lungo 15 pollici costituito da un piccolo motore elettrico con celle fotovoltaiche. Questo modello era speciale e, nonostante le sue dimensioni relativamente ridotte, che avrebbero potuto non essere nemmeno sufficienti a coprire l'area necessaria al guidatore, poteva mettere in moto una puleggia con l'aiuto di un albero della ruota posteriore rotante.

La Sion è un altro interessante esempio di auto a energia solare, nota anche come la prima variante disponibile in commercio di un veicolo elettrico ibrido solare. L'auto ha un'autonomia media di 250 chilometri e la capacità unica di ricaricarsi utilizzando l'energia solare. L'auto impiega in media solo 30 minuti per caricare quasi la metà della capacità con una singola stazione di ricarica. Molte altre aziende come Toyota, Tesla e Hyundai lavorano costantemente per costruire un'auto solare completamente funzionante e disponibile in commercio o forse anche una versione ibrida della stessa.

Ma perché proprio le auto elettriche non hanno celle solari sul tetto?

È importante sapere che i moduli solari convertono essenzialmente l'energia termica del sole in energia elettrica. I pannelli solari sono senza dubbio molto efficienti e possono convertire anche più del 70% dell'energia solare in elettricità. Tuttavia, il problema sorge quando esaminiamo alcune delle limitazioni più importanti in questo caso.

Prima di tutto, è necessario capire che l'intero concetto di pannelli solari sulle auto è difficile da implementare nella realtà. Inoltre, l'idea esiste dal 1962 e ci sono stati molti sviluppi significativi nello sviluppo tecnologico, ma non siamo ancora arrivati ​​a una soluzione a tutti gli effetti. Il caso Sion, di cui abbiamo parlato prima, è uno dei migliori esempi di auto elettrica a energia solare che è ancora in fase di sviluppo e necessita di ulteriori sviluppi dal suo ultimo annuncio ufficiale.

Considerazioni teoriche spesso presuppongono che l'energia solare aiuti a caricare le batterie nei pannelli montati sul tetto, riducendo il numero di soste che l'auto deve effettuare per la ricarica. In realtà, l'attuale tecnologia delle celle solari ha un'efficienza insufficiente, che si aggira intorno al 20-25%. Questo è estremamente basso rispetto all'efficienza normalmente richiesta per i pannelli solari sui tetti delle auto. Inoltre, questa bassa efficienza si aggiunge alle sfide esistenti e rende difficile mettere in pratica l'idea.

Perché è così difficile realizzare queste applicazioni?

Ora che sappiamo com'è l'implementazione pratica delle auto solari, dobbiamo anche capire perché le applicazioni sono così difficili. Ci sono molte più sfide di quelle che appaiono solo in superficie. Lo diciamo perché ci sono alcuni motivi per cui anche le case automobilistiche tecnicamente più avanzate e capaci non sono ancora riuscite a raggiungere questa realtà.

La prima e più grande sfida è come funzionano le celle solari e come sono posizionate. I pannelli solari esistenti comunemente usati per scopi commerciali sono efficienti solo del 30-35% circa. In realtà, è molto meno di quanto un'auto solare efficiente avrebbe bisogno come fonte di energia. Questo perché è necessario creare molto più spazio e innovazione per le celle solari, soprattutto quando possiamo utilizzare altri materiali, sia come partecipanti attivi che come catalizzatori.

L'altro problema è la disponibilità commerciale e il costo dell'installazione di pannelli solari. È risaputo che le celle solari non sono proprio economiche. Tuttavia, non sono nemmeno senza peso, il che è un problema perché l'aggiunta di pannelli solari alla carrozzeria del veicolo significa che il veicolo aggiunge molto peso e costi. Per questo motivo, ci sono stati molti sviluppi significativi nel campo dei film solari e il film di poliimmide trasparente è uno dei candidati più promettenti. È un sostituto molto più leggero di altri materiali che possono essere utilizzati per realizzare pannelli solari sui tetti delle auto, ma tutto dipende da come l'idea si trasforma in realtà.

Nel momento in cui consideriamo il peso della batteria, l'idea di trasformare in realtà le auto a energia solare inizia a sembrare una sfida ancora da vincere. Inoltre, le condizioni meteorologiche costantemente avverse in un'altra regione, le condizioni di guida e il posizionamento dei pannelli aggravano il problema e rendono difficile il completamento delle sfide. Tuttavia, ciò non significa che non ci sia un modo per superare i limiti, poiché c'è ancora molto spazio per scoprire il potenziale delle fonti di cui disponiamo.

Tuttavia, mentre parliamo del ruolo della pellicola di poliimmide trasparente come materiale promettente per le celle solari sui tetti delle automobili, l'idea può aiutarci a capire come può contribuire a rendere il campo più praticabile per il mondo reale.

Was ist eine pellicola di poliimmide trasparente, e come può aiutare?

Prima di parlare del film di poliimmide trasparente, dobbiamo capire cosa significa effettivamente poliimmide. Fondamentalmente, è una classe di polimeri con un'ampia gamma di applicazioni. Ad esempio, può essere utilizzato come film sottile per l'isolamento di cavi flessibili o circuiti stampati. Sono anche comunemente usati come fibre per la protezione antincendio o l'isolamento. In genere hanno una trama diversa, ma i materiali trasparenti possono essere visti molto chiaramente poiché un materiale incolore può significare cose diverse poiché diversi fattori possono spiegare la trasparenza.

Per definizione, questi materiali sono altamente flessibili; offrono stabilità alle alte temperature ed eccellente durezza superficiale. Oltre a ciò, possono anche offrire una soluzione ai problemi di cui abbiamo discusso sopra per quanto riguarda la conversione dei tetti delle auto con pannelli solari.

E la produzione?

Esistono in genere una varietà di processi per la produzione di film polimerici trasparenti, inclusi il soffiaggio, la colata e l'estrusione fusa. Nel processo di estrusione, il film è tipicamente formato attraverso un orifizio continuo. Il procedimento tipico prevede la rotazione di una chiocciola all'interno dell'odiata sezione a botte, eventualmente sciogliendo le sezioni successive e forzandole attraverso una fessura opportunamente strutturata.

Il metodo sopra descritto è uno dei metodi di produzione diretta per prodotti in film finiti, che richiede ancora un secondo processo, che è la modellazione con stampaggio a iniezione. Questa particolare lavorazione viene solitamente eseguita con un estrusore monovite, utilizzando resina polimerica, la cui temperatura viene poi rallentata con l'ausilio di un flusso d'aria esterno, stirata nella zona della macchina stessa ed infine aspirata. Inoltre, aiuta a farsi un'idea della pressione dell'aria interna necessaria per appiattire il materiale mentre passa attraverso il rullo cilindrico.

Le tecniche di fabbricazione richieste per produrre film di poliimmide incolore sono simili a quelle utilizzate per i film ottici. Tuttavia, l'unica differenza è che l'altro materiale ha la sua unicità e funzionalità allo stesso tempo. Questa differenza consiste principalmente nel fatto che hanno un punto di fusione relativamente più alto e una solubilità inferiore, soprattutto considerando le procedure di laboratorio utilizzate nella produzione di questi materiali. In particolare per il processo di colata in solvente, come accennato in precedenza, gli approcci possono essere suddivisi in macchina e direzioni trasversali, che è anche un metodo critico che potrebbe essere applicabile nel caso di un film di poliimmide trasparente.

Perché il fotovoltaico è un'ottima soluzione di mobilità?

Guardando i prototipi esistenti di innovazioni automobilistiche, una cosa è certa. L'uso dell'elettricità per celle solari con formati di celle speciali può supportare in modo significativo i seguenti processi di separazione in termini di tecnologia utilizzata grazie a migliori efficienze. Perché l'attuale sviluppo nel campo delle celle solari garantisce migliori efficienze cellulari che sono di gran lunga superiori alle efficienze medie, che erano circa il 30%.

Per ottenere una sempre maggiore efficienza nell'area disponibile con i mezzi di cui disponiamo attualmente, dobbiamo comprendere il ruolo dei film trasparenti di poliimmide e come integrarli con il vetro. Le celle sul tetto della cabina di solito devono essere integrate in modo compatto in modo da avere più spazio per il collegamento alle fonti di alimentazione.

Per quanto possa sembrare promettente, è anche necessario garantire che la soluzione sia duratura, poiché esiste un potenziale vantaggio nell'utilizzo di una pellicola di poliimmide trasparente. Ma solo finché serve al suo scopo. Inoltre, il materiale risultante deve soddisfare i requisiti di base di un difficile tetto per auto con pannelli solari, motivo per cui è estremamente importante testare l'efficienza di conseguenza.

Vantaggi dell'utilizzo di film in poliimmide trasparente con vetro per tetto solare

Quando si parla dei vantaggi del film incolore di poliimmide, c'è molto di cui parlare in termini di capacità meccaniche, fisiche, termiche ed elettriche. Gli usi sono incredibilmente diversi in quanto aiutano in alcune delle aree più critiche dei loro usi.

I principali vantaggi dell'utilizzo di questo materiale includono quanto segue.

Grande flessibilità

Uno dei principali vantaggi dell'utilizzo di pellicola trasparente in poliimmide e vetro per fissare i tetti solari alle auto solari è che offrono una maggiore flessibilità. Una pellicola di poliimmide trasparente offre più possibilità di fissaggio dei materiali e con le sue connessioni flessibili è un'opzione di gran lunga migliore rispetto a qualsiasi altro materiale. Inoltre, può aiutare a mantenere le prestazioni complessive nel caso in cui la sua forma cambi a causa della flessibilità. Pertanto, è un'ottima combinazione che può essere utilizzata come materiale per le auto solari.

materiale più sottile

Un altro grande vantaggio dell'utilizzo di una pellicola di poliimmide trasparente con il vetro è che può essere facilmente applicata a qualsiasi parte del corpo poiché il materiale è eccezionalmente leggero. Inoltre, essendo un materiale più sottile, può essere installato non solo sul tetto, ma anche in qualsiasi altro luogo idoneo. Pertanto, offre una maggiore flessibilità in termini di attaccamento.

Minori costi di produzione

Ci sono molte ragioni per la popolarità di questo materiale. La produzione di film in poliimmide trasparente è più economica grazie al processo roll-to-roll. Il processo consente l'immediata rivelazione delle superfici, che porta a una migliore rappresentazione, soprattutto durante il processo di produzione. Il metodo prevede anche un nastro biadesivo per fornire una superficie del substrato come agente distaccante. Pertanto, aiuta a rimuovere lo strato esposto, che non richiede molti input.

Consente un'elevata trasmissione della luce

I film trasparenti di poliimmide sono anche noti per le loro eccellenti proprietà di trasmissione della luce. Inoltre, ha buone proprietà termiche e meccaniche, che lo rendono un materiale adatto per celle solari flessibili e un promettente hotspot nel processo di applicazione generale dei materiali polimerici.

La domanda di materiali più leggeri, sottili e altamente traslucidi per i tetti delle auto a celle solari è in costante aumento. Di conseguenza, le proprietà meccaniche dei film di poliimmide trasparente stanno guadagnando popolarità nel settore manifatturiero. È un polimero ad alte prestazioni che contiene anche anelli immidici la cui spina dorsale fornisce un'eccellente stabilità termica e chimica. Inoltre, fornisce un migliore isolamento con eccellenti proprietà meccaniche, rendendolo un materiale adatto all'uso.

Stabilità alle alte temperature

Oltre alle proprietà dei film trasparenti di poliimmide sopra menzionate, il materiale è noto anche per la sua eccellente stabilità alla temperatura. Poiché è costituito da una plastica separata che offre una maggiore trasparenza, è probabile che anche il materiale risultante sia molto stabile dal punto di vista termico. Questo è esattamente il caso delle pellicole di poliimmide trasparente.

Questo materiale ha una stabilità termica e chimica di gran lunga superiore in termini di isolamento e proprietà meccaniche, il che lo rende ampiamente utilizzato in vari settori tra cui dispositivi microelettrici, separazione dei gas e combustibile elettrolitico polimerico. Quindi, si può dire che il materiale ha un'eccezionale stabilità alla temperatura, che offre migliori possibilità di applicazione nel posizionamento e nella preparazione dei tetti delle auto per celle solari.

Buona durezza superficiale

Se è un materiale ideale per l'uso con il vetro nella produzione di tetti di automobili a celle solari, deve avere un'eccellente durezza superficiale per garantire la resistenza richiesta. In questo caso, l'uso di un film di poliimmide trasparente può essere di grande vantaggio in quanto ha un'eccellente durezza superficiale grazie alle sue proprietà meccaniche. Il materiale non solo ha una grande capacità fisica combinata con il vetro, ma può anche aiutare a migliorare la resistenza allo strappo. Sebbene il film sia solitamente realizzato in resina poliimmidica, il materiale che può essere utilizzato con il vetro è anche in grado di offrire un'elevata resistenza al calore e durezza superficiale.

Ottima resistenza agli acidi e agli alcali

Una delle proprietà meno conosciute di un film di poliimmide trasparente è la sua eccellente resistenza agli acidi e agli alcali, che lo rende un materiale ideale per l'uso con il vetro. Inoltre, il materiale include substrati di dispositivi elettronici organici flessibili, che li rendono materiali altamente flessibili, lavorabili, resistenti e termicamente stabili che sono resistenti agli acidi e agli alcali. Pertanto, la possibile esposizione ad acidi e alcali non può essere un problema quando si utilizza una pellicola di poliimmide trasparente come materiale principale o come catalizzatore.

Facile lavorazione

Uno dei vantaggi chiave che i produttori hanno quando lavorano con film di poliimmide trasparente è la facilità di lavorazione richiesta per produrli. L'esatto processo di produzione e la chimica di sintesi utilizzati nella preparazione del film di poliimmide trasparente ci aiutano anche a comprenderne le proprietà meccaniche, fisiche e chimiche, che offrono molti vantaggi rispetto ad altri materiali.

L'elaborazione è semplice, utilizzando solo materiali a matrice attiva organica flessibili con cui è facile lavorare e non richiedono molto input. Pertanto, i produttori di solito preferiscono i film in poliimmide trasparente per la produzione di pannelli solari poiché sono un'opzione ideale per l'uso con il vetro.

resistenza alle radiazioni

Quando si parla delle proprietà meccaniche, fisiche e chimiche dei film di poliimmide trasparente, bisogna parlare anche dell'aspetto elettrico. Aiuta a capire come funziona il materiale e l'intero ciclo di vita, in quanto ha un'ottima resistività superficiale e volumetrica alle radiazioni che possono penetrarlo. La misura della conducibilità è diversa per gli isolanti omogenei rispetto ad altri materiali, rendendo un film di poliimmide trasparente un materiale ideale per una sostituzione con un'eccellente resistenza alle radiazioni.

Può fungere da barriera contro l'umidità

Ultimo ma non meno importante, è noto che i film di poliimmide trasparente hanno proprietà barriera all'acqua e all'ossigeno migliorate, il che li rende un'eccellente barriera contro l'umidità. Grazie alla loro flessibilità e trasparenza, le proprietà di barriera all'umidità e all'ossigeno possono essere notevolmente migliorate utilizzando materiali di grafite in soluzione. Ancora più importante, la capacità della pellicola trasparente di poliimmide di fungere da barriera contro l'umidità aiuta anche a comprenderne la stabilità termica e l'isolamento elettrico, che è vantaggioso nella produzione di tetti di automobili a celle solari. Pertanto, può essere una grande barriera che impedisce qualsiasi interazione con l'ossigeno nell'acqua.

Esempi di successo dalla pratica

Ora che abbiamo un'idea di come può essere una soluzione del genere, dobbiamo anche guardare nella pratica agli esempi di successo dei prototipi di energia solare, perché alcuni di essi sono ancora in fase di sviluppo, ma molti sono già sul mercato a disposizione. Il primo e più noto esempio è la Mercedes Benz Vision EQXX. Rientra nella categoria delle berline elettriche di lusso. Ha un'eccellente autonomia di 700 chilometri e un notevole coefficiente di resistenza aerodinamica di 0,17. Una delle migliori caratteristiche di questo veicolo è il pannello solare a 117 celle sul tetto, che è in grado di caricare i sistemi e dare al guidatore un'autonomia extra.

La Hyundai Ioniq 5 è un altro esempio recente di un'auto a energia solare con una migliore sostenibilità e tecnologia futuristica, disponibile in due dimensioni della batteria. Il modello è a trazione integrale e può raggiungere una velocità massima di 185 km/h. Il modello ha anche un'opzione a 2 ruote motrici che consente al pilota di raggiungere la più lunga autonomia di circa 300 miglia. Sulla base dei dati disponibili, si può affermare che questi pannelli solari possono raggiungere un'autonomia aggiuntiva di 1240 miglia all'anno, che è di circa tre miglia al giorno. Quindi questo caso è un altro esempio di successo del fatto che lo sviluppo dei tetti delle auto a celle solari è tutt'altro che finito nonostante le nostre innovazioni significative.

Sommario

Per quanto riguarda la discussione di cui sopra, possiamo dire che abbiamo fatto molta strada dai primi sviluppi nel campo dell'energia solare e delle sue applicazioni in vari settori. In relazione a questa osservazione, gli sviluppi esistenti del tetto dell'auto con pannelli solari richiedono ancora i modi migliori per realizzare le idee esistenti. Sebbene le sfide esistenti possano ostacolare lo sviluppo di questa idea e trasformarla in una realtà vivente, la soluzione proposta nella discussione di cui sopra può essere di grande beneficio una volta implementata. L'energia solare è la strada da percorrere, soprattutto nel settore automobilistico dove l'efficienza energetica è una delle priorità.