Un automòbil solar és un automòbil propulsat per un motor elèctric alimentat per energia solar obtinguda de panells solars en la superfície de l’automòbil. Les cel les fotovoltaiques converteixen l’energia del sol directament a energia elèctrica, que pot o bé ser emmagatzemada en bateries elèctriques o utilitzada directament pel motor.
Els automòbils solars no són actualment una forma de transport pràctica. Encara que poden operar per distàncies limitades sense el sol, les cel les són generalment molt fràgils. A més, els equips de desenvolupament han enfocat els seus esforços cap a l’optimització de la funcionalitat del vehicle, preocupant poc per la comoditat del passatger. La majoria d’automòbils solars només tenen espai per a una o dues persones.
Sistema elèctric
El sistema elèctric és el més important dels sistemes de l’automòbil, perquè controla tota la potència que entra i surt del conjunt. Les bateries juguen el mateix paper que el dipòsit de combustible en una automòbil normal com emmagatzematge d’energia per a ús futur. Els automòbils solars utilitzen diversos tipus de bateries, incloent plom, níquel-cadmi, i liti. Les bateries de plom són més econòmiques i més fàcils d’operar, però la relació potència / pes és dolenta. Típicament, els automòbils solars usen voltatges entre 84 i 170 V.
L’electrònica de potència regula l’electricitat de l’automòbil. Els components de l’electrònica de potència inclouen els seguidors de potència de bec, el control del motor i el sistema d’adquisició de dades.
El seguidors de potència de pic controlen la potència que ve del dispositiu solar per maximitzar i subministrar al motor. També protegeixen les bateries de sobrecàrregues. El controlador del motor maneja l’electricitat que alimenta al motor d’acord a les senyals que provenen de l’accelerador.
Molts automòbils solars tenen complexos sistemes d’adquisició de dades que monitoritza tot el sistema elèctric mentre que fins i tot els automòbils més bàsics tenen sistemes que proveeixen informació del voltatge i corrent de la bateria al conductor. Un d’aquests sistemes usa Controller Area Network (CAN).
Sistemes mecànics
Els sistemes mecànics es dissenyen per obtenir el pes i la fricció al mínim, però mantenint la rigidesa. S’usen titani i compostos per assegurar una bona relació rigidesa / pes.
Els automòbils solars tenen generalment tres rodes, però alguns tenen quatre. Els de tres rodes tenen dues rodes frontals i una posterior. Les frontals proveeixen l’adreça i la del darrere la segueix. Els de quatre rodes es disposen com en un automòbil normal o, similars als de tres rodes, les dues rodes del darrere s’ajunten.
Els automòbils solars posseeixen un ampli rang de suspensions a causa de la varietat de carrosseries i chassis. La suspensió davantera més usada és la de doble braç articulat, mentre que la darrera és del tipus de braç articulat usat en motos.
Els frens més usats són els de disc degut a bona capacitat de frenada i ajustament. S’usen tant frens mecànics com hidràulics i es dissenyen per moure’s lliurement.
Els sistemes de direcció són molt variables. Els factors bàsics de disseny dels sistemes de direcció són eficiència, fiabilitat i alineament precís per minimitzar el desgast de pneumàtics i pèrdua de potència.
Plaques solars
Les plaques solars consten de centenars cèl·lules fotovoltaiques que converteixen la llum solar en electricitat. Els automòbils poden utilitzar una varietat de tecnologies de cèl·lules, freqüentment de silici policristal·lí, silici monocristalins, o arseniür de gali. Les cèl·lules es connecten en cadena que després es connecten entre si per formar un panell. Aquests panells té normalment voltatges propers als nominals de la bateria. El propòsit principal és tenir moltes cèl·lules en un espai petit. Les cèl·lules es encapsular per protegir-les del clima i el trencament.
El disseny d’una placa solar és alguna cosa més que ajuntar cadenes de cèl·lules. La placa solar actua com una quantitat de petites piles connectades en sèrie. El voltatge produït és la suma dels voltatges de cada pila. El problema és que si una sola cèl·lula està en ombra actua com un díode, bloquejant el corrent de tota la cadena. Per evitar-ho, els dissenyadors usen díodes de desviament en paral·lel amb petits segments de la cadena, permetent que el corrent flueixi per fora de les cèl·lules inactives. Una altra consideració és que la bateria pot forçar un corrent contrària per la placa a menys que hagi díodes de bloqueig llocs al final de cada panell.
La potència produïda per la placa solar depèn de les condicions meteorològiques, la posició del sol i la capacitat de la placa. Al migdia d’un dia clar, una bona placa pot produir més de 2 kW (2,6 hp).
Carrosseria i xassís
Els automòbils solars tenen formes molt especials i no hi ha normes establertes de disseny. Es tracta de minimitzar la resistència de l’aire, maximitzar l’exposició al sol, minimitzar el pes i fer els vehicles el més segur posible.
En els dissenys de xassís el propòsit és maximitzar la rigidesa i la seguretat mentre es manté el pes el més baix possible . Hi ha tres tipus de xassís:
- estructura espacial
- semi-monocasco
- monocasco
La estructura espacial utilitza tubs soldats que suporten la carrosseria de resina. El xassís semi-monocasco usa les bigues i les capçaleres de resina per suportar el pes i està integrat a la part inferior, amb les seccions superiors sovint unides a la carrosseria. L’estructura monocasc usa la carrosseria com una estructura que suporta la carga.
Las resines compostes s’usen àmpliament en els automòbils solars. La fibra de carboni, el Kevlar i la fibra de vidre són els materials estructurals més freqüents, mentre l’escuma és el material de farciment. Les resines epoxy s’usen per unir aquests materials. Les estructures de fibra de carboni i Kevlar són tan forts com l’acer, però amb un pes molt menor.
