Il fotovoltaico per le auto: la strada più diretta dalla fonte naturale alle ruote

Ci sono delle importanti differenze tra l’uso dell’energia solare e tutte le altre modalità di alimentazione delle vetture. Quello del solare fotovoltaico è l’unico caso in cui si possa utilizzare sull’auto l’energia primaria, proveniente direttamente dalla natura, in una sorta di “filiera corta”. In tutti gli altri casi si ricorre ad un “vettore energetico”: l’energia primaria viene “incorporata” in un “vettore” (combustibile fossile, bio-combustibile, elettricità, idrogeno…), trasportata, distribuita, venduta e tassata.

E’ una differenza rilevante: infatti, il vettoriamento dell’energia comporta sempre un consumo energetico e, in molti casi, delle emissioni di CO2, costo energetico ed emissioni che sarebbero invece evitate ricorrendo ad un utilizzo diretto dell’energia primaria sul veicolo, attraverso il fotovoltaico.

 

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L’alimentazione delle auto con il fotovoltaico realizza una “filiera corta”

Quale contributo può dare il fotovoltaico su un’auto?

Proviamo ora a valutare il risparmio ottenibile integrando il fotovoltaico in un veicolo. Lo scetticismo che ha accompagnato per molto tempo l’uso dell’energia solare in ambito automobilistico è dovuto al fatto che la potenza di un pannello solare ospitabile su un’automobile di dimensioni normali, dell’ordine dei 300 W, è molto inferiore alla potenza di una vettura di media cilindrata, dell’ordine dei 50-60 kW. Ma questa constatazione è tanto elementare quanto fuorviante: sarebbe corretto ragionare così se entrambi i sistemi operassero sempre alla massima potenza. Nel caso di una vettura, questo accade quasi soltanto quando si corre alla “24 ore” di Le Mans, piede a tavoletta ed un thermos di caffè. In realtà, larga parte degli automobilisti (circa il 50%) usa l’auto prevalentemente in città, per non più di un’ora al giorno e quasi sempre con il solo guidatore a bordo. In queste condizioni, la potenza “media” necessaria in un ambito urbano è dell’ordine degli 8 kW, considerando il parziale recupero della potenza necessaria per frenare. Se la vettura è usata un’ora al giorno, l’energia giornaliera necessaria alla trazione è pari quindi a 8 kWh.

Torniamo ora al pannello solare: neanche questo, ovviamente, lavora sempre alla massima potenza, quanto meno perché di notte il sole va via. Se consideriamo però un pannello esposto in luogo soleggiato, l’energia ricavabile è grosso modo pari a quella ottenibile in circa dieci ore giornaliere operando ad una potenza pari a 2/3 della potenza massima: nel caso di un pannello con potenza massima di 300 W, possiamo stimare l’energia giornaliera ottenibile in una giornata media moltiplicando la potenza media (200 W) per 10 ore, ottenendo un’energia giornaliera di 2 kWh. Il pannello fotovoltaico può fornire quindi circa il 25% dei circa 8 kWh giornalieri richiesti per la trazione, in un tipico utilizzo urbano, valore ben maggiore dello 0,5% che un’analisi apparentemente di buon senso ma superficiale, basata solo sulla potenza massima, gli avrebbe attribuito.

Il pannello fotovoltaico flessibile utilizzato nel progetto HySolarKit è stato sviluppato da Solbian.

Una valutazione più precisa del contributo potenziale ottenibile da pannelli fotovoltaici montati su una vettura (su tetto e cofano, in posizione pressoché orizzontale) è presentata nei grafici seguenti.  I valori massimi e medi dell’energia netta sono calcolati per l’anno medio  TMY (Typical Metereological Year), che considera il tempo medio atteso inclusi gli aspetti metereologici. Il database utilizzato è PVWatts, svluppato dalla NREL (National Renewable Energy Laboratory) del governo US.
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Si può vedere come, per un pannello di 2 mq (valore compatibile con il nostro prototipo e con la maggior parte delle vetture) il contributo giornaliero massimo può superare i 3000 Wh/day, con un contributo medio annuo (considerando anche il periodo invernale) tra i 1000 ed i 2000 Wh/day per la maggior parte delle località.

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L’utilizzo di pannelli solari anche sulle superfici laterali porterebbe ad una crescita significativa della captazione energetica, con medie annue giornaliere tra i 2000 ed i 3000 Wh per la maggior parte delle località e con valori massimi superiori ai 5000 Wh per alcune località. I dati sono stati ottenuti considerando 2 m^2 di pannelli in posizione orizzontale e 2 m^2 in posizione verticale, in corrispondenza delle portiere. 

E’ opportuno considerare come il contributo fotovoltaico così calcolato può essere rappresentativo del funzionamento reale in assenza di ombreggiamenti sui pannelli. L’ombreggiamento può verificarsi con maggiore frequenza nelle fasi di guida, per effetto di edifici, alberi e attraversamento di tunnel, mentre può essere più limitato o evitato nelle fasi di parcheggio, scegliendo opportunamente l’area di sosta. Pertanto, ed in particolare per le molte auto usate in un tipico contesto urbano per gli spostamenti casa-lavoro, dove i tempi di sosta sono prevalenti rispetto alle fasi di guida, le stime presentate possono ritenersi delle approssimazioni ragionevoli.