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从理论到现实,太阳能汽车差什么

时间:2022-11-06 09:11:08 | 浏览:664

太阳能车辆符合光伏和车辆两个行业的发展方向。随着光伏组件的效率不断提升,车身轻量化的不断创新,这两个行业的交汇一定会在可见的未来出现。文 | 芦涛太阳能车有没有大规模推广的可能?答案是肯定的。因为太阳能车辆已经在轻型低速领域批量交付,也会在

太阳能车辆符合光伏和车辆两个行业的发展方向。随着光伏组件的效率不断提升,车身轻量化的不断创新,这两个行业的交汇一定会在可见的未来出现。

文 | 芦涛

太阳能车有没有大规模推广的可能?答案是肯定的。因为太阳能车辆已经在轻型低速领域批量交付,也会在所有电动车上变成一个标准配置。但是在此之前,有一些技术和商业化前提需要满足,本文试论述。

现实挑战

说到太阳能汽车,大家可能会想到科幻电影里的自动驾驶的太阳能车,进而联想到现实中太阳能车比赛里面那些把驾驶者空间压缩到极致的扁平车辆。还有一些读者可能会想起之前一些公司做的外形炫酷的太阳能概念车,一些关注电动车的读者朋友可能会想起来微信号推送的已经接受预定的太阳能汽车。

笔者作为一名太阳能车辆的创业者,每每说到太阳能汽车,听者都用一种关怀的眼神表示“很有意思”,但微笑的表情似乎又暗示他当时想到的是北京二环那些违章上路的“老头乐”顶上的大块晶硅太阳能板。

太阳能汽车是一个“理论上很美”的人类工业品:在电动车上安装上太阳能系统,使得车辆能够随时给车载的储能电池充电,从而获得出行的能源自由。

这一技术目标如果实现,对世界能源格局的影响将是颠覆性的:全球电动车辆即将在3-5年突破1亿辆,并以超过10%的速度增长,假如1%的新增量为太阳能车,每台车一年太阳能的发电量以600度电计算,一年的发电量相当于6亿度电,不但降低了出行对于电厂的依赖,降低了使用者充电的频次。

更重要的是,因为太阳能充电“即时”的特点,可以相应降低动力电池的容量,而不影响车辆的行驶里程(举例,原来装载10度电的车辆,每日可以行驶100公里,因为太阳能可以随时发电充进电池,可以降低装机容量至8度电,因为太阳能可以即时充电,仍然可以保证每日行驶100公里不需要额外充电), 这样,对储能电池所需要的稀有金属的依赖也会降低,对社会对环境对一国的能源安全都大有益处。

都很美好,可以还有一个商业化的问题:人类为什么要在车上安装太阳能呢?毕竟现在看来,“不太划算”。

实现太阳能车规模使用的目标主要有两个挑战:一是能量密度低,一是能源可靠性。就能量密度而言,假设车顶面积为4平米,太阳能安装功率在800w,在北京最好每日也就发电3度电,乘上系统效率,大约也就2.4-2.5度电,进入电池后能够驱动车辆行驶最多20公里?这已经是很乐观的预测了。为这20公里,还是需要充电的动作,太阳能就显得鸡肋了。二是能源可靠性,车辆的行驶需要稳定的能源,可是太阳能不稳定,阴晴圆缺都会让发电量发生浮动,而车辆不可能说雨天就不开了。

如果我们退一步,去做那个当所有都反对时,坐在角落沉思的人——在什么前提条件下,太阳能车不但技术可行,而且能实现商业化闭环,从而实现大爆发呢?

这一大爆发发生的理论核心是太阳能电量与度电公里数的比较:当太阳能的平均日发电量足够高,而车身轻量化的发展使得车辆足够轻,从而一天太阳能的平均发电量足以满足车辆行驶一天的耗电量时,太阳能就会变成一个主要的出行能源供应方式。

还需要哪些条件?

实现这一平衡共有5个前提条件,我把这五个条件缩写为HOBS-5%:

第一个条件是车辆的度电公里数(”H”, high in km/kwh)。目前一般一辆乘用车的度电公里数为12,理论值在8-10,甚至更低,这样,就对太阳能的发电量提出很高要求。现阶段的太阳能发电仅能达到日均1-2度电,这种情况下,一天好几个小时的发电还不够一脚加速的耗电,商业逻辑不成立。但是,如果随着车身轻量化,度电公里数达到20甚至25?太阳能一天的发电量达到2-3度电,那么这一平衡就成立了。

第二点就是车辆肯定要有长时间接触阳光的时间(“O”,outdoor exposure)。一般算来,建筑或者地面太阳能都以每日4-5小时来计算发电量,车辆是否有足够的时间接触光照?总体来看,虽然大城市地下车库更多,从全球来看,大量车辆是有长时间机会处于阳光下的。

第三点是车辆共太阳能铺装面积要足够大(“B”, big space for solar) 。这一点对车型提出了要求,如果一个车体的投影面积比较小,那么太阳能的铺装面积就会比较小,从而导致发电量不佳。从车型的角度来说,车型越方正,顶面越大越利于太阳能的铺设,也利于发电。

第四是车辆的使用场景尽可能为短途(“S”, short trip)。车辆的度电公里数当然与车身直接相关,但是车辆的应用场景,即日均行驶里程直接相关。一般来说,大部分人日均行驶里程不超过40km,如果按照度电公里数为20来算,即每日耗电量为2度,如果有合适的太阳能铺设面积,和足够的触光时间,那么太阳能车辆是完全可行的。

最后但也是很重要的一点,就是成本(“5%”, 成本占比在车辆总成本的5%以下)。好的技术如果要能商业化应用,一定要有一个合适的成本占比。经过我们的研究,太阳能系统占整车的成本最好不要超过5%,当然,越低越好。

如果HOBS- 5%这五个条件都满足时,太阳能系统会是车辆很有效果的能量来源,且不说无感充电给使用者带来的美好体验,也不去计算随时充电可以降低车辆的锂电池配置容量,单单是太阳能可以提供源源不断的免费电力,就可以让它成为一种非常好的车载能源供应方式。

值得注意的是,太阳能车辆符合光伏和车辆两个行业的发展方向:随着光伏组件的效率不断提升,车身轻量化的不断创新,这两个行业的交汇一定会在可见的未来出现。这一交汇为人类呈现的就是光能车这一人类工业品的精华:这会是一种超高度电公里数的车辆,太阳能是主要的能量来源行驶。随着两个行业在政策利好下的高速发展,上述这一切会很快发生。

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