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大学生打造,一款完全由太阳能驱动的电动汽车!17.5m2太阳能板、两千瓦功率,满电续航600公里…

现阶段,我们讲“零碳排放”实际上并不是真正的没有二氧化碳排出,而是这些排放出来的二氧化碳能够通过植树等自然方式补充等量的氧气相抵,进而达到平衡。那么,是否有方式让一些主要的碳排放源头,比如汽车实现真正的碳排放为零呢?

近日,一辆由22名荷兰埃因霍温理工大学学生打造的电动汽车在网络上走红。介绍资料显示,该车被命名为“Stella Vita”,是一辆包括双人床、沙发、厨房区等在内的双人露营车,更是配备了带淋浴、水槽和卫生间的浴室。

大学生打造,一款完全由太阳能驱动的电动汽车!17.5m2太阳能板、两千瓦功率,满电续航600公里…
图源:Solar Team Eindhoven

Stella Vita电动车完全由太阳能进行供电,无需任何其它燃料,目前已在欧洲行驶了约2000公里,他们的目标是达到3000公里。如上图所示,Stella Vit电动车上方有三块太阳能电池板,面积共17.5平方米,其中两块是折叠起来的,可以在停车的时候展开,在路上行驶时则是一块8.8平方米的太阳能板充电。当两侧的电池板回收之后,Stella Vit电动车更像传统汽车,如下图所示。

大学生打造,一款完全由太阳能驱动的电动汽车!17.5m2太阳能板、两千瓦功率,满电续航600公里…
图源:Solar Team Eindhoven

Stella系列太阳能车

看到Stella Vit,很多从业者肯定第一时间就猜到了是哪个团队了。这辆网红车并不是该团队的第一个作品,早在2013年该团队便对外公布了Stella第一代太阳能电动车,并在澳大利亚举行的World Solar Challenge之Cruiser Class中取得第一名。

目前,在Solar Team Eindhoven的官网上,已经有数款Stella系列电动车,分别是Stella、Stella Lux、Stella Vie、Stella Era和Stella Vita。根据Solar Team Eindhoven的介绍,Stella是世界上第一辆太阳能驱动的家用汽车;Stella Lux是一款带有能量收集功能的家用车,一年内产生的能量多于消耗的能量;Stella Vie是有史以来第一辆可容纳5人的太阳能家用汽车;Stella Era是一款舒适的自动驾驶家用汽车;Stella Vita是自给自足的“车轮上的房子”。

Eindhoven 2021 太阳能团队的成员Tijn Ter Horst表示:“主要目标是真正激励人们、市场和社会加速向更可持续的未来过渡,我们正在努力做的是向人们和公司展示什么已经是可能的。”

Stella Vita项目于2020年9 月开始启动,于2021年3月份完成设计和制造,在今年9月份Stella Vita取得了在公共道路上使用的许可,并在9月底开始了欧洲之旅。Stella Vita规划的行程是从埃因霍温出发达到西班牙最南端的塔里法,全程3000公里,完全由太阳能提供动力,以证明该项目的可行性。

在车身性能方面,Stella Vita配备了60千瓦时容量的锂离子电池,车辆充满电后的续航里程可达600公里,如果行驶全程都是阳光明媚,最高续航里程可以达到730公里。

Stella Vita突破了传统汽车的设计边界,不仅是配备了生活设施,而且为了方便人们的活动,在车辆停止时,可以将车顶升高,方便人们在车里的行走。

另外,Stella Vita对于能量利用有着数字化和透明化的管控,该团队成员介绍说,举个例子,如果你想制作煎饼,它会告诉你制作煎饼需要多少能量。

由Stella Vita想到的

Stella系列太阳能电动车并非仅仅只是为了设计出来赚取噱头,其商业化落地也在推进。2016年,5名太阳能团队埃因霍温校友创立了 Lightyear,这是一家商业生产家用太阳能汽车的公司。Tijn Ter Horst讲到:“我认为整个移动行业可以采用和使用很多东西。当我们回到家时,我们将努力继续我们的使命。”

埃因霍温太阳能团队的团队经理 Kjell Revenberg则表示:“他们是未来,是下一代,可以鼓励和加速向更可持续的未来过渡,为了加速这一转变,我们将在我们的旅程中激励尽可能多的欧洲人实现可持续的未来。”

对于一个准备商业化的项目而言,我们要考究的便不局限于创新这一点,项目的实用性和可复制性也非常重要。

Stella Vita已经突破了其教育背景,在设计的过程中,Stella Vita创作团队从雷诺和Mobilize的概念车上获取了经验——概念车与稍后将出售的真实车辆之间的差异要尽可能小。并从Mobilize两款概念车上面得知了一些可持续移动汽车方面的设计挑战。

讲到了挑战,我们便能够将视角聚焦在车顶了。实际上,Stella Vita的车内生活区、智能座舱和电动化都不是创新点,这些都是已经在使用的汽车功能。而Stella Vita最大的创新点在于其概念——太阳能移动房屋。

传统电动车的系统中,车子是终端,还要有充电桩、电网等配套环节,充电桩的密集程度和充电效率决定了电动车主的里程焦虑程度。如果采用单纯的太阳能供电,刨除天气因素不考虑,在阳光明媚的日子里,是否就可行呢?

根据介绍,Stella Vita上搭载的17.5平方米的太阳能电池板大约有两千瓦的功率,每天可产生十多度的电,需要2到3天的时间才能用太阳能电池板为电池充满电。因此,Stella Vita虽然宣传是纯太阳能续航汽车,但是也配备了传统车需要的充电口,用于汽车充电,不过在这一次测试中该功能不会使用。

因此,第一个问题出现了,那就是太阳能电板的能量转化效率问题。目前,仅使用硅的单结太阳能电池理论最高效率为 33%。在产业中,单晶硅太阳能电池的光电转换效率为15%左右,最高的达到24%。根据媒体的报道,经世界公认权威测试机构德国哈梅林太阳能研究所(ISFH)测试,隆基股份的商业尺寸HJT(M6硅基异质结)太阳能电池的转换效率达25.82%,打破了世界纪录。多晶硅太阳能电池的光电转换效率更差,约12%左右。

对于太阳能电池的转换效率提升,业界的重点在于材料研发,比如去年美国国家可再生能源实验室便利用III-V 型六结结构将太阳能电池在聚集的光线下转换效率达到了创纪录的 47.1%,相关研究结果发表在《自然能源》杂志上。不过,我们都知道理论研究和产业化还有很远的路要走,目前百分之十几的转换效率是常态,高端产品可以达到百分之二十以上,但25.82%已经是世界纪录。

第二个重要的点在于成本和寿命。我们先看成本,统计数据显示,从2009年到2020年,太阳能电池板的成本已经降低了数倍,以240W太阳能电池板为例,2009年价格上看到3000元,2020年已经在500元左右。谈到寿命问题需要分两个层面看,一个是产品应对极端天气的能力,比如冰雹,其次是常规的使用时间。笔者从国内一款240W太阳能电池板性能介绍中看到,该产品能够承受实心钢珠从一米高处掉落的冲击力。如果不计较这种天灾因素,目前市面上95%以上的太阳能电池板是钢化玻璃层压封装的,寿命为25 年,超过了汽车使用寿命。

产业界现状

除了上面提到的来自Mobilize的两款概念车,目前整体汽车产业在太阳能汽车的进展如何呢?我们通过几家车厂的新闻看一下。

2017年,德国Sono公司发布了一款名为“Sion”的太阳能汽车,该车售价为1.6万欧元起,除了购车费用外用户后期还要为电池组额外支付月租费,这款车配备一套35kWh的电池组,续航里程可达250km,太阳能系统每天可以补充30 km的续航。虽然Sion还没有量产,计划在2023年上半年开始交付这款纯电动汽车,但Sono称他们获得了超过1.4万份缴纳了预订款项的订单。目前,Sono正在寻求上市,估值约为10亿美元。

比埃因霍温太阳能团队和Sono走得更靠前的是Aptera,该公司于去年年底推出了一款无需充电的新能源三轮轿车。该车搭载了3 平方米以上的太阳能区域和 180 个太阳能电池,无需用充电桩充电。根据Aptera公司相关负责人向媒体透露该款车型在开售后不到24小时便售罄。

看完了国际厂商,看一下国内的情况。汉能在2016年发布了Solar系列4款全太阳能动力的电动汽车,在当时汉能就表示这几款车都已经具备了商业化基础。不过,目前几年的时间过去了,该公司还没有相关车型量产交付。

大学生打造,一款完全由太阳能驱动的电动汽车!17.5m2太阳能板、两千瓦功率,满电续航600公里…
汉能Solar O(图源:汉能官网)

当然,也有更为保守的探索,比如十几年前宝马和奥迪就研究过的太阳能天窗,但受限于尺寸、美观度和产品寿命,方案没有得到量产。现在长城汽车旗下的极电光能又重启了这项研究,采用钙钛矿太阳能电池,能量转换率高达33%,后续有望在量产车上搭载。

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