2021年03月02日 | 研究发现：采用车载光伏 可将电动汽车充电时间最多减少40%

在车身或车顶安装光伏电池板的电动汽车，在由纯太阳能驱动时，每年有望实现1万公里以上的里程。这些模块的投资回收期可能只需三四年。

TNO对车载光伏电池板进行测试（图片来源：pv-magazine）

据外媒报道，荷兰应用科学研究组织(TNO)推出车载集成光伏研究项目，以上是其主要初步发现之一。该机构的光伏和出行模块技术项目经理Bonna Newman表示：“我们开发了一个模型，对电动汽车上安装的太阳能电池板进行评估，以量化其效益。我们想看看，在不同情况下，到底能产生多少光伏电力。”

该项目包括探索晶体硅、薄膜和钙钛矿技术。她进一步解释说：“我们正在测试不同的技术，探讨如何使其有效应用于各种电动汽车的车载光伏发电，包括客车和卡车。”

效益

目前，受限于汽车的能量效率，市场上大多数电动汽车仍然难以达到1万公里的里程。然而，Newman表示：“电动汽车的性能正在迅速提升。”

据估计，车载光伏的效益与地区的太阳辐射水平、电动汽车需求量以及电价成正比。她强调：“比如在荷兰这样的地方，没有太多阳光，但电价接近每千瓦时0.2欧元，如果我们用太阳能电池板发电取代电网，每年可能直接节省150-200欧元的电费。与传统太阳能相比，如果你安装在汽车上的太阳能电池板大约价值每瓦1000欧元或1欧元，可能会出现三到四年的投资回收期。”

比起完全依赖电网电力的电动汽车，估计每年的CO2排放量可以减少250千克。她说：“从能源转换的角度来看，这显然是一大优势。当然，这取决于你所在的地区和当地的电网类型。”

这些估计值中还包括基于传统模块制造方法的光伏电池板带来的CO2。Newman补充说：“我们发现，几乎在所有情况下，车载光伏所带来的CO2效益都超过纯电动汽车。”

便利性

另一重要因素是“便利系数”，即以太阳能里程和用户必须将汽车接入电网的次数来表示。对这家荷兰研究团队来说，这仍难以量化。她表示：“我们通过最详细的模型，在荷兰评估了一辆类似特斯拉的汽车，其年均行驶里程大约可达到13000公里。我们发现，如果在车上安装光伏电池板，每年可以利用太阳能行驶3000多公里，使充电次数减少约25%。到了夏季，你甚至可以一次也不充电就开上三个月。”

在西班牙和意大利等阳光充足的地方，每年可将充电时间减少约40%。Newmann表示：“通过当前的光伏和电动汽车技术，就可以实现这一点。在阳光明媚的日子，即使能源耗尽，电池板也能产生足够的电力，为车辆进行部分充电，并将其带至最近的充电站，而无需外部帮助。”

模块集成

谈到应由汽车制造商还是外部团体制造集成模块时，Newman表示，从长远来看，在汽车工厂内完成太阳能模块集成，可以更好地进行设计。“最实用、最具成本效益的解决方案是，在汽车行业内完成光伏系统集成，由负责车顶或车身部件的汽车OEM来制造。目前，市场上所有的车载集成光伏产品都是由汽车制造商来完成。另外，售后解决方案可能是更快、更好地推广车载光伏的一种方式。

至于售后解决方案，在每辆车上，将光伏集成到车辆系统的方式略有不同。因此，需要针对具体车辆来改进或调整集成系统，以实现最佳性能。

为了将电池板集成到汽车的车身部件中，TNO的科学家们希望，尽可能使用与太阳能行业传统产品相似的模块。通过这种方式，可以利用大规模供应链，提供改进措施、效率和成本。Newmann强调：“我们能够承担比传统光伏更高的成本，如果我们与光伏行业在制造方面保持密切联系，可以在太阳能出行行业获得更好的价值。”

晶体硅

在这一细分市场，主流光伏技术仍然是晶体硅光伏，因为其产量最大。Newman指出：“目前，我们需要的能源生产密度，要比通常的太阳能薄膜电池（CIGS）更高。我们致力于CIGS集成，因为在轻量级和灵活性方面，它具有明显的优势。”

然而，从成本角度看，晶体硅的供应链要好得多。她说：“可以将晶体硅面板弯曲成所需的形状。车辆的大部分部位都很平坦，可以容纳晶体硅。因此，我们认为这是目前最有前途的技术。”

晶体太阳能电池在车顶上也更容易接合，至少可与当前领先技术兼容。在不同的时间，阴影可能以非常不可预测的、不同方式穿过车辆。相比之下，晶体硅对动态阴影环境的反应也更好。Newmann表示：“我们希望未来能提出一种薄膜解决方案，在这些环境中的表现得更好，并最终添加钙钛矿层或CIGS层。”

安全问题

同时，该研究团队探讨可靠性和安全问题。通过碰撞和分裂测试，了解事故发生时的状况。当发生事故时，车顶或其他表面的太阳能电池板有可能被损坏。

Newmann表示：“例如，通常情况下，人们无法触摸到从车顶一角到另一角的电压，这不是问题。然而，发生事故时，车顶的这些部分可能会靠得更近，有可能危及救援人员，而且不排除触电风险。”该计划旨在确保这些电池板处于安全水平。

另一重要因素是，考虑前侧有太阳能电池板的汽车撞到行人时的具体状况。Newmann表示：“例如，我们必须观察，在与人的头部相撞时，玻璃是如何破碎的。我们必须看看，与没有电池板的汽车相比，这种撞击会对行人的头部造成什么样的伤害，我们必须确保，使用太阳能电池板，不会增加任何风险。”

她强调，在这一细分市场，避免在早期阶段出现此类问题非常重要。“即使这项技术具有明显的优势，我们也必须确保以安全的方式将其引入市场。”

市场规模

从技术角度看，未来五年内，在电动汽车车身上引入21%的能效面板，并生产数万辆汽车，不会有太大阻碍。许多人可能会因为便利性，考虑购买光伏集成电动汽车。 Newman预测：“到2030年，装有太阳能电池板的电动汽车可能占电动汽车市场的10%。这将是一个相当大的市场。”

展望未来，Newman表示，想看到完全由太阳能电池板提供动力的电动汽车，可能很困难。她总结道：“要完全摆脱电缆是很困难的。但是，如果你住在阳光明媚的地方，你可以在夏天开上几星期的车，而不需要充电。”