A jelenlegi Toyota Prius Plug-in Hybrid már most rendelhető úgynevezett ’solar csomaggal’, azaz napcellás üvegtetővel. Ez álló helyzetben a nagyfeszültségű, menet közben pedig a 12V-os akkumulátort tölti, mintegy 5 km-el, 55 km-re megnövelve az autó tisztán elektromos hatótávját. Amire azonban most készül a Lexus környezetbarát luxusautómárkát is jegyző Toyota, komoly áttörést jelenthet ezen a területen. A világ leginnovatívabb autógyártója ugyanis a japán Újenergia és Ipari Technológiai Fejlesztési Szervezet (NEDO)és a Sharp közreműködésével még ebben a hónapban megkezdi a vadonatúj, nagy hatásfokú napelemekkel felszerelt, elektromos üzemű gépjárműveinek közúti tesztjeit – amelynek révén a szállítmányozási és közlekedési iparágak CO2-kibocsátásának drasztikus csökkentését reméli.
A Toyota, a NEDO és a Sharp bejelentette, hogy 2019 július végén megkezdik közös projektjük közúti tesztjeit. A tesztek során felmérik, milyen hatékonyan képesek a nagy hatásfokú napelemek javítani az elektromos üzemű járművek hatótávolságát és energia-felhasználását. A tesztsorozat megvalósításához a Sharp modularizálta azokat a világszínvonalú, kiváló hatásfokú szolárcellákat1(34% fölötti konverziós hatásfok2), amelyeket korábban egy, a NEDO által vezetett projekthez fejlesztett ki3, ezáltal létrehozva egy fedélzeti napelemes panelt. A Toyota ezt a panelt egy Prius Plug-in Hybrid modell tetőlemezén, motorházfedelén, csomagtérajtaján és egyéb felületein elhelyezve megépítette a közúti teszten résztvevő demóautót. A napelem-panelek hatásfokának növelése, valamint a fedélzeti felület bővítése révén a Toyotának sikerült mintegy 860W4névleges energiatermelési teljesítményt elérnie, ami hozzávetőlegesen 4,8-szorosa a jelenleg kereskedelmi forgalomban kapható, napelemes töltőrendszerrel felszerelt Prius Plug-in Hybrid modell solar rendszere teljesítményének.
A korábbinál közel kétszer nagyobb tisztán elektromos hatótávot is elérhet az új rendszerrel a Prius Plug-in Hybrid
Az energiatermelő teljesítmény jelentős növelése mellett a demonstrációs autó egy olyan különleges rendszert is alkalmaz, amely nem csak parkolás során, de menet közben is tölti a hibrid akkumulátort, ami a várakozások szerint jelentősen javíthatja a jármű elektromos hatótávolságát, illetve energia-fogyasztását. Gyakorlatilag az autó mostani, solar csomaggal mintegy 55 km-es tisztán elektromos hatótávja helyett akár 106,3 km-es hatótávra is képes lehet az új panelrendszerrel.
A Toyota tervei szerint a tesztre különböző menetkörülmények között, Toyota City-ben, Aicsi prefektúrában, Tokióban és egyéb területeken kerül sor. A tesztek során számos adatot gyűjtenek és ellenőriznek – a szolárpanelek energiatermelő teljesítményétől kezdve a hibrid akkumulátor töltési időtartamáig -, majd ezeket a fedélzeti napelemes töltőrendszer fejlesztésében hasznosítják. A Toyota a tesztek során begyűjtött adatok és eredmények egy részét megosztja a NEDO-val és a Sharppal. A NEDO támogatását élvező Fotovoltaikus Hajtású Járművek Stratégiai Bizottsága5(fotovoltaikus = napelemes) és más szervezetek a CO2-kibocsátás csökkentése és a praktikus használhatóság (pl. hányszor szükséges feltölteni a járművet) szempontjait figyelembe véve kiértékeli a megoldás előnyeit. A projekt célja, hogy hozzájáruljanak egy új szolárpanel-piac létrehozásához – amely magában foglalná a közlekedési és szállítmányozási szektorokat is -, és megoldásokat keressenek a társadalom energetikai és környezetvédelmi problémáira.
A kereskedelmi forgalomban kapható és a demonstrációs Prius PHV modellek teljesítményének összehasonlító táblázata
| Jármű
Teljesítmény elem |
Kereskedelmi forgalomban kapható Prius PHEV
(solar csomag) |
Demóautó |
| Napelemes rendszer energiaátalakítási hatásfoka | 22,5% | 34% + |
| Névleges energiatermelő teljesítmény | 180 W | Kb. 860 W |
| Hibrid akkumulátor maximális töltése parkoló járműnél
(naponta)* |
BEV (tisztán elektromos) üzemű hatótávolság 6,1 km | BEV (tisztán elektromos) üzemű hatótávolság 44,5 km |
| Hibrid- és indítóakkumulátor maximális töltése és energiaellátása menet közben (naponta)* | Kizárólag az indítóakkumulátort tölti, amely a navigációs rendszert stb. látja el árammal | BEV (tisztán elektromos) üzemű hatótávolság 56,3 km |
*A napelemes töltőrendszer által álló helyzetben vagy menet közben elérhető maximális töltés, az azzal megtehető kilométerre átszámítva (JC08 japán tesztciklus szerint.)
A Japán Fotovoltaikus Energia Szövetség jelzési irányelvei (2016) szerint kiszámolva, figyelembe véve a fedélzeti rendszereknél előforduló veszteségeket. A napsugárzás mértéke az 1990 és 2009 között Nagoja körzetében mért napsütéses órák átlagos értéke alapján kiszámolva (forrás: NEDO).
A NEDO
A NEDO országos kutatási és fejlesztési szervezet 2016 áprilisában hozta létre az iparági és tudományos szervezetek képviselőiből álló Fotovoltaikus Hajtású Járművek Stratégiai Bizottságát. A közlekedési és szállítmányozási szektorban felmerülő energetikai és környezetvédelmi problémákra megoldást kereső bizottság kutatási tevékenységein középpontjában a napelemes rendszerek állnak. A Sharp és a Toyota a bizottság elhivatott tagjai. A Bizottság becslése szerint6gépjárművekben a telepítésre rendelkezésre álló kevés hely ellenére elérhető az 1 kW töltési teljesítmény, amennyiben 30% fölötti energiaátalakítási hatásfokú szolármodult alkalmaznak, a használat jellegétől függően nulla éves rátöltéssel, valamint a CO2-kibocsátás csökkentéséből adódó becsült előnyökkel.
A demóautó
A demóautó számos szolárcellából álló szolárpanelje 34 százalékot meghaladó konverziós hatásfokkal dolgozik. A modul alakja, környezeti tartóssága, felületi anyagai és egyéb tényezői a Toyota által elvégzett dinamikus tesztek során meghatározott műszaki adatokon alapulnak. A szolárcella vékony, kb. 0,03 mm vastagságú fóliából áll. Ez a fólia hatékonyan felhelyezhető a jármű ívelt felületeire, beleértve a tetőlemezt, a motorházfedelet, valamint a csomagtérajtót. A demóautó névleges energiatermelési teljesítménye hozzávetőlegesen 860W. A Prius PHV korábban csak álló helyzetben töltötte a hibrid akkumulátort. A nagyobb energiatermelő teljesítménynek köszönhetően azonban a demóautó rendszere menet közben is képes tölteni a hibrid akkumulátort. Ezzel jelentős mértékben növelhető a jármű tisztán elektromos hatótávolsága, illetve mérsékelhető az üzemanyag-fogyasztás.
A szolárcella panel áttekintése
| Szerkezet | Hármas összetételű napelem modul7 |
| Konverziós hatásfok | 34%+ (szolárcella egység) |
| Szolárpanelek elhelyezése | Tető, motorházfedél, csomagtérajtó, csomagtérajtó burkolata |
Jegyzetek
*1 Nagy hatásfokú szolárcella
A cella fejlesztésére egy NEDO által vezetett projekt keretében került sor. Az energiatermelés költségszintje a tervek szerint elérheti a 7 jen / kWh-t. A projekt célja a nagy konverziós hatásfok megvalósítása, valamint a technológia esetleges járműipari alkalmazásának igazolása.
*2 34%-ot meghaladó konverziós hatásfok
A számítások a nemzetközi normákon alapuló AM1.5G szabványos szolárcella tesztkörülmények között (a Sharp által) mért cellateljesítményen alapulnak.
*3 NEDO projekt
A projekt: olyan nagyteljesítményű, megbízható PV modulok fejlesztése, amelyekkel kiegyenlített energiaköltség érhető el; innovatív szolárcella-szerkezetek kutatása és fejlesztése; ultra nagy hatásfokú és csekély költségű III-V összetett félvezetős szolárcella modulok kutatása és fejlesztése.
Időtartam: 2016 – 2020. pénzügyi év
*4 Hozzávetőlegesen 860 W
A teljes modulteljesítmény a cellák (Sharp által mért) teljesítményéből kiszámított érték.
*5 Fotovoltaikus Hajtású Járművek Stratégiai Bizottsága
A NEDO által 2016 áprilisában létrehozott bizottság célja az autóipari felhasználású fotovoltaikus rendszerek kutatása és fejlesztése, ezen keresztül megoldások keresése az energetikai és környezetvédelmi problémákra, új piacok létrehozása.
*6 Becsült értékek
Alapjukat a (1) CO2-kibocsátás csökkentéséből adódó előnyök, (2) felhasználói kényelem és praktikum (hányszor szükséges tölteni a járművet), valamint (3) a CO2-kibocsátás csökkentéséből adódó, a PV hajtású járművek széles körű elterjedésekor jelentkező társadalmi előnyök adják. Az eredményeket a 2018 januárjában közzé tett időszakos jelentésben publikálták. (https://www.nedo.go.jp/english/news/AA5en_100358.html)
*7 Hármas összetételű napelem modul
Indium-gallium-foszfid gallium (InGaP), a gallium-arzenid (GaAs) és az indium-gallium-arzenid (InGaAs) összetételű vegyület.
