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.