Inne i Light-Speed ​​Race for å bygge en solcelledrevet pendlerbil

Bridgestone World Solar Challenge er ikke ditt typiske dekksmeltende, gassbrennende billøp. I stedet for et spinn med gass rundt en blacktop-oval, er det en miljøvennlig utholdenhetstest gjennom Australian Outback.

I løpet av fire dager kjørte eksperimentelle frankeringsmaskiner 2000 miles fra Darwin til Adelaide, hovedsakelig ved bruk av solenergi. De fleste kjøretøyene ser ikke ut som spisse Formel 1-syklister. Noen av kjøretøyene er designet for å kjøre på solens stråler, og ligner Mars-klare luftputefartøyer, og andre ser ut som solenergi-poppterter med fire hjul på.

For noen år siden var bilkuriositetene som vant World Solar Challenge en sporadisk historie som flettet gjennom Twitter-feeden din. Med lanseringen av gatelovlige solcelledrevne kjøretøy som Lightyear One og

Sonos Motors 'Sion, samt etablerte aktører som Toyota og Kia som tester panelintegrasjoner, har startet et nytt løp for å bli det største solcellebilselskapet i verden.

Sunray-drevne sedaner har også mange skeptikere og kritikere. Carnegie Mellon-professor Jeremy Michalek, direktør for universitetets Vehicle Electrification Group, sier solcellepaneler er en dyrt måte å få miles. Elektrisk kriger Elon Musk puh-puh konsept: "Det minst effektive stedet å sette solenergi på er på bilen."

Å tenke nytt på en bils arkitektur

Arjo van der Ham var juniorelektroingeniørstudent ved Eindhoven University of Technology i Nederland da en bekjent fra skolens skøyteklubb, Lex Hoefsloot, ba om å møtes om å bli med i et lag han satt sammen for å gå inn i en bil i World Solar Utfordring. Van der Ham var fokusert på en mastergrad og var på vakt mot prosjektet. Men på det første møtet begynte andre ingeniører å tegne diagrammer for et foreslått kjøretøy, og da junior kom hjem den kvelden, var han hekta.

Fra slutten av 2012 til begynnelsen av 2013 designet og produserte 20 studenter fra det nederlandske universitetet et kjøretøy så flatt at det nesten så ut som en iskremsandwich i romalderen. På oktoberløpet havnet Eindhoven-laget på tredjeplass, bak Wales og Tyskland. Men i kategorien cruiser-klassen tok dommerne hensyn til design og praktisk, og erklærte senere Eindhoven til sammenlagtvinner.

Hoefsloot spionerte en enda større pris og grunnla Lightyear solcelleselskap med van der Ham som teknologisjef. Syv år senere har teamet formet det de har lært til en prototype som ser mindre ut som en iskremsandwich og mer som den slanke fronten på et kuletog. Det vil sannsynligvis koste rundt $165 000 når det kommer på markedet i slutten av 2021 (du kan reserver en nå ved å trekke ned en refunderbar $4000). En rimeligere versjon i «Tesla Model 3»-stil kommer et par år senere. For å få ting til å rulle har Lightyear samlet inn 30 millioner dollar, har 120 forhåndsbestillinger og vist frem demobilen sin fra CES i Las Vegas til World Economic Forum i Davos, Sveits.

Så, hva vet teamet bak Lightyear One-bilteamet om solcelledrevne motorer som Musk ikke vet? "Hvis Elon skulle ta den beslutningen på nytt i dag og få muligheten til å bygge arkitekturen til bilen hans fra bunnen av i dag i stedet for 2004 [da Teslas tidlige modeller ble designet], ville han komme til en annen konklusjon, sier van der Skinke. "Solbilen fungerer for Lightyear fordi vi gjør arkitekturen fra grunnen av."

Mye av Lightyears viktigste innovasjon skjer før den fester solcellepaneler og installerer batteriene. Lightyear One har plass til fem personer, men har en slank egenvekt på 2500 pund. En Prius tipper vekten til 3375 lbs. En Tesla Model 3 kommer på mellom 3500 og 4100.

"Du må virkelig, virkelig, virkelig se på det grunnleggende først," forklarer van der Ham om vektfordelen Lightyear One har fremfor andre biler. "Det er der du kommer til å gjøre den største forskjellen - i arkitekturen. Ikke i detaljene i teknologien."

Nye tester og gamle gimmicker i søkelyset

Andre selskaper, store og små, har drevet med solenergi en stund. Fra 2010 til 2015 tilbød Toyota et solcelletak i Amerika som en del av en valgfri luksuspakke for Prius som også inkluderte skinnseter og fjernstyrt klimaanlegg. Rundt 95 000 amerikanske kunder kjøpte den valgfrie pakken i løpet av disse årene. Siden desember 2019 har selskapet også solgt 4500 av den nye Prius PHV i Japan og Europa, som har solcellepaneler på taket som kan genererer 160 watt - nok til å hjelpe med hjelpekraft, men ikke flytte bilen for betydelige mil (det alternativet er for øyeblikket ikke tilgjengelig i OSS.).

Toyota har nylig bygget en Prius prototype med svært effektive, Sharp-lagde solcellebatterier som kan generere 860 watt, potensielt nok til å drive bilen i mer enn 25 miles om dagen. Den nye versjonen utvider også celledekningen fra bare taket til panseret, baklukedøren og bagasjerommets spoiler. Mens Toyota snakket mye om testene, ble gjennomgangsperioden forlenget til februar 2020 uten noen faste planer om at den mer miljøvennlige modellen skulle vises på markedet. Hvis det japanske selskapet går videre med et elektrisk kjøretøy eller hybrid som har nok solcellepaneler til å drive bilen, gir hybridmarkedsandelen den allerede en stor fordel i forhold til enhver oppstart. Toyota har uten tvil mest erfaring fra et bilselskap når det gjelder markedsføring av solcellebiler, selv de med begrenset kapasitet.

Kia/Hyundai selger valgfrie solcelletak (for rundt 1000 dollar) på sine Sonata og Optima hybridmodeller i Korea. Selskapet har planer om å tilby oppgraderingen i utenlandske markeder, men representanter vil ikke røpe detaljer. Ved optimale forhold gir takene kjøretøyene omtrent 800 flere mil i året.

Van der Ham peker på Sonatas solcelletak som en symbolsk innsats sammenlignet med integrasjonen på Lightyear En, som han lover vil få 8300 miles per år ut av solcellene sine, selv i en tåkete by som San Francisco. En god del av Lightyears fordel går tilbake til vekten av kroppen, som er konstruert av karbonfiberkompositt og aluminium versus en mer tradisjonell bil som Sonata, som er stål (høystyrke, relativt lett stål, men fortsatt).

Sono Motors

Tysklands Sono Motors bruker en lett aluminiumsramme for å holde vekten på sin solcelledrevne Sion nede. Hvis Lightyear er den sporty turen for øko-minded alphas, er Sion det rimelige alternativet for fornuftige, soltilbedende betaer. Den boksy sorte kombikupeen har skrå front og kombi som minner om en Honda Fit og kommer kun i én farge, svart. Det valget, som mange av funksjonene på bilen, ble bestemt av samfunnet som finansierte prosjektet.

Mer enn 10.000 mennesker har forhåndsbestilt Sion ved å betale ut en refunderbar $550 mot kjøpesummen på $28.000. Levering er planlagt til tidlig i 2022. Det er mye tro på gründere som startet prosjektet da de var studenter og ikke engang har bygget en formell prototype ennå. Kjøretøyet de har turnert rundt gjør lite for å maskere hvor solcellepanelene er, og har til og med en BMW-rattstamme (som senere skal erstattes med en proprietær). Andre avgjørelser, som om produksjonsbilen skal være for- eller bakhjulsdrevet, er ennå ikke endelige. Den åpne tilnærmingen til utvikling hjalp Sono nylig crowdfundet 55 millioner dollar for å hjelpe til med å bygge prototyper og få bilen ut på markedet.

Sono lover at solenergien vil drive Sion i 10 miles om dagen, noe som kanskje ikke virker som mye, men det er omtrent hva en typisk tysk pendler kjører på en dag, sier en representant for selskapet. Batterilagringen kan lades opp til en rekkevidde på 200 til 250 mil. Andre praktiske funksjoner inkluderer muligheten til å senke for- og baksetene for å skape 8 fot med kabinoppbevaring, samt en seksjon på den fremre støtfangerens ladeport der brukere kan koble til husholdningsapparater (i tilfelle du trenger å blande en smoothie mens du er på camping).

Å bygge en solcellebil er ikke lett – eller billig

Hvis det virker som om solbilverdenen mangler amerikansk oppfinnsomhet, er det ikke helt sant. Ford introduserte C-MAX Solar Energi Concept-bilen på CES i 2014, men ikke mye nyheter har blitt hørt siden. University of Michigan har et av de beste solcellebilløpsteamene i verden, etter å ha vunnet flere nasjonale konkurranser og plassert på tredjeplass ved Bridgestone World Solar Challenge 2019.

Professor Neil Dasgupta, fakultetsrådgiver for løpsteamet i Michigan, driver et forskningslaboratorium med fokus på solenergi og batterier, og sier at solcellebilselskaper sannsynligvis vil kjempe med flere avveininger.

For det første er det ikke billig å bygge en solcellebil. Selvfølgelig finnes det solcelleceller og batterier. Så er det karbonfiberkomposittkroppen som Lightyear og University of Michigan bruker for å redusere bilens vekt. Hvert kilo karbonfiberkompositt koster ganske mye, forklarer Dasgupta. Den gode nyheten er at det relativt lette materialet kan være imponerende trygt.

"Racebilsjåfører går ut av ulykker i 100 miles i timen," bemerker professoren. "Disse bilene er delvis laget av karbonfiberkompositt. De kan faktisk ende opp med å bli tryggere enn stålbaserte biler.» Mange bilprodusenter ser potensialet i lage kropper av materialet, men mer forskning og utvikling må gjøres for å få ned kostnadene. En oppstart som bygger solcellebiler med solceller, ekstremt effektive batterier og komposittkarosserier i karbonfiber må fortsatt være lønnsomt.

"Om de kan få produksjonskostnadene ned der det er fornuftig eller ikke, vil diktere suksessen eller fiaskoen til et oppstartsselskap," tall Dasgupta. Gitt dagens teknologi, forventer han heller ikke mange soldrevne pickuper eller SUV-er når som helst snart, siden den ekstra plassen til paneler vanligvis ikke er nok til å drive et tyngre kjøretøy lenge avstander. Soltaket tilbys på den nye Fisker SUV, for eksempel, legger bare 1000 miles per år til bilen.

Sion prøver å holde kostnadene nede ved å bruke noen bildeler som allerede er på markedet. Selskapet prøver også å begrense overflødig energibruk under produksjonen ved å revurdere bilsamlebåndet. For eksempel vil karosseripanelene bli tilført farge i stedet for malt for å spare energi og produksjonskostnader.

Lærdom

Van der Ham sier at en av lærdommene han har lært av å se Tesla vokse, er viktigheten av å ikke prøve å gjøre for mye internt.

"Vi er et partnerskap," forklarer han. "Hele ideen bak Lightyear er å bruke eksisterende ting og infrastruktur så mye som mulig." Bilens solcellepaneler er produsert av California's Solkraft, for eksempel.

"Vi gjør noen triks for å gjøre panelene virkelig effektive," sier han, inkludert et design som sikrer at paneler som er i skygge eller dekket av fuglebæsj ikke reduserer den totale ladehastigheten.

Optimaliseringen av panelene, batteriet og kroppen gjør Lightyear One dobbelt så effektiv som Tesla Model S. Faktisk analyserte teamet virkningen av å sette solcellepanelene deres på Elon Musks Model 3 og regnet med at det bare ville legge til 3000 miles i året mot 8000 for Lightyear One.

"Sånn sett er jeg enig i Elons kommentar," sier Van der Ham. "Å sette et solcellepanel akkurat nå på Model 3 gir ikke så mye."

Hvis du ikke kan vente et par år på en ny solcellebil, sjekk ut et prosjekt av YouTubers Bryce & Courtney, som sa opp jobben og konverterte en 1988 Dodge Ram Van inn i en campingvogn med solcellepaneler på taket som de turnerte rundt i USA. Har du ikke 165 000 dollar å bruke på en ny soltur? Bare bolt et par paneler på toppen av din nåværende bil for rundt 1000 dollar.

Redaktørenes anbefalinger

• Sony Honda Afeela-bilen er topp CES, og jeg er her for det
• CES er vertskap for et høyhastighets autonomt billøp i dag. Se den her
• Volvo avduker den elektriske 2022 C40 Recharge med Android-drevet bilteknologi
• Apple i samtaler med Hyundai om mulig bil, bekrefter bilprodusenten
• Bruk bremser til Apple Car-forventningene, sier analytiker