Inuti Light-Speed ​​Race för att bygga en soldriven pendlarbil

Bridgestone World Solar Challenge är inte din typiska däcksmältande, gasbrännande biltävling. Istället för en gasspjäll runt en blacktop-oval, är det ett eko-minded uthållighetstest genom Australian Outback.

Under fyra dagar körde experimentella frankenmaskiner 2 000 miles från Darwin till Adelaide, främst med solenergi. De flesta av fordonen ser inte ut som spetsiga Formel 1-förare. Designade för att köra på solens strålar, några av fordonen liknar Mars-färdiga svävare och andra ser ut som soltårtor med fyra hjul på.

För några år sedan var bilmärkena som vann World Solar Challenge en enstaka jävla berättelse som blinkade genom ditt Twitter-flöde. Med lanseringen av gatulagliga soldrivna fordon som Lightyear One och Sonos Motors Sion, såväl som etablerade spelare som Toyota och Kia som testar panelintegrationer, har ett nytt race att bli världens största solbilsföretag börjat.

Sunray-drivna sedaner har också gott om skeptiker och belackare. Carnegie Mellon-professorn Jeremy Michalek, chef för universitetets Vehicle Electrification Group, säger att solpaneler är en dyr sätt att få mil. Den elektriska krigaren Elon Musk puh-puh begrepp: "Den minst effektiva platsen att placera solenergi är på bilen."

Att tänka om en bils arkitektur

Arjo van der Ham var en junior elektroingenjörsstudent vid Eindhoven University of Technology i Nederländerna när en bekant från skolans skridskoklubb, Lex Hoefsloot, bad om att få träffas om att gå med i ett lag som han samlade för att köra in i en bil i World Solar Utmaning. Van der Ham var fokuserad på en magisterexamen och var försiktig med projektet. Men vid det första mötet började andra ingenjörer rita diagram för ett föreslaget fordon, och när junioren kom hem den kvällen var han fast.

Från slutet av 2012 till början av 2013 designade och tillverkade 20 studenter från det holländska universitetet ett fordon så platt att det nästan såg ut som en rymdålders glassmacka. Vid oktoberloppet rullade Eindhoven-teamet på tredje plats, bakom Wales och Tyskland. Men i kategorin cruiserklass tog domarna hänsyn till design och praktiska egenskaper och utsåg senare Eindhoven till den totala vinnaren.

Hoefsloot spanade ut ett ännu större pris och grundade Lightyear solcellsföretag med van der Ham som teknisk chef. Sju år senare har teamet format det de har lärt sig till en prototyp som ser mindre ut som en glassmacka och mer som den eleganta fronten på ett kultåg. Det kommer sannolikt att kosta cirka 165 000 $ när det väl kommer ut på marknaden i slutet av 2021 (du kan reservera en nu genom att dra ner en återbetalningsbar $4 000). En mer prisvärd version i "Tesla Model 3"-stil kommer ett par år senare. För att få saker att rulla på har Lightyear samlat in 30 miljoner dollar, har 120 förbeställningar och visat upp sin demobil från CES i Las Vegas till World Economic Forum i Davos, Schweiz.

Så vad vet teamet bakom bilteamet Lightyear One om soldrivna motorer som Musk inte vet? "Om Elon skulle se över det beslutet idag och få möjligheten att bygga arkitekturen på sin bil från grunden idag istället för 2004 [när Teslas tidiga modeller designades] skulle han komma till en annan slutsats”, säger van der Skinka. "Solbilen fungerar för Lightyear eftersom vi gör arkitekturen från grunden."

Mycket av Lightyears viktigaste innovation sker innan den sätter fast solpaneler och installerar batterierna. Lightyear One har plats för fem personer men har en smal tjänstevikt på 2 500 pund. En Prius tippar vågen på 3 375 lbs. En Tesla Model 3 kommer in mellan 3 500 och 4 100.

"Du måste verkligen, verkligen, verkligen titta på grunderna först," förklarar van der Ham om viktfördelen som Lightyear One har jämfört med andra bilar. "Det är där du kommer att göra den största skillnaden - i arkitekturen. Inte i detaljerna i tekniken."

Nya tester och gamla knep i fokus

Andra företag, stora som små, har pysslat med solenergi under en tid. Från 2010 till 2015 erbjöd Toyota ett solcellstak i Amerika som en del av ett valfritt lyxpaket för Prius som även inkluderade lädersäten och fjärrstyrd luftkonditionering. Omkring 95 000 amerikanska kunder köpte det valfria paketet under dessa år. Sedan december 2019 har företaget även sålt 4 500 av den nya Prius PHV i Japan och Europa, som har solpaneler på taket som kan genererar 160 watt — tillräckligt för att hjälpa till med hjälpkraft men inte flytta bilen på betydande mil (det alternativet är för närvarande inte tillgängligt i U.S.A.).

Toyota byggde nyligen en Prius prototyp med högeffektiva, Sharp-tillverkade solcellsbatterier som kan generera 860 watt, potentiellt tillräckligt för att driva bilen över 25 mil per dag. Den nya versionen utökar också celltäckningen från bara taket till motorhuven, bakluckan och bagageutrymmets spoiler. Medan Toyota gjorde mycket ståhej om testerna sträckte sig granskningsperioden till februari 2020 utan några bestämda planer på att den mer miljövänliga modellen skulle dyka upp på marknaden. Om det japanska företaget går framåt med ett elfordon eller hybrid som har tillräckligt med solpaneler för att driva bilen, ger dess hybridmarknadsandel det redan en enorm fördel gentemot alla startuper. Toyota har utan tvekan störst erfarenhet av alla bilföretag när det gäller marknadsföring av solenergifordon, även sådana med begränsad kapacitet.

Kia/Hyundai säljer valfria soltak (för cirka 1 000 USD) på sina hybridmodeller Sonata och Optima i Korea. Företaget har planer på att erbjuda uppgraderingen på utomeuropeiska marknader, men representanter kommer inte att avslöja detaljerna. Vid optimala förhållanden ger taken fordonen cirka 800 mil per år.

Van der Ham pekar på Sonatas soltak som en symbolisk insats jämfört med integrationen på Lightyear En, som han lovar kommer att få 8 300 miles per år ur sina solceller, även i en dimmig stad som San Francisco. En stor del av Lightyears fördel går tillbaka till kroppens vikt, som är konstruerad av kolfiberkomposit och aluminium kontra en mer traditionell bil som Sonata, som är stål (höghållfast, relativt lätt stål, men fortfarande).

Sono Motors

Tyska Sono Motors använder en lätt aluminiumram för att hålla nere vikten på sin soldrivna Sion. Om Lightyear är den sportiga resan för ekologiska alphas, är Sion det prisvärda alternativet för vettiga, soldyrkande betaversioner. Den boxiga svarta halvkombin har en sluttande front och halvkombi som påminner om en Honda Fit och kommer endast i en färg, svart. Det valet, liksom många av funktionerna på bilen, beslutades av samhället som finansierade projektet.

Mer än 10 000 personer har förbeställt Sion genom att betala ut en återbetalningsbar $550 mot inköpspriset på $28,000. Leverans är beräknad till början av 2022. Det är mycket tro på grundare som startade projektet när de var studenter och som inte ens har byggt en formell prototyp än. Fordonet de har turnerat runt gör lite för att maskera var solpanelerna finns och har till och med en BMW-rattstång (som senare ska ersättas med en egen). Andra beslut, som om produktionsbilen ska vara fram- eller bakhjulsdriven, har ännu inte slutförts. Det öppna förhållningssättet till utveckling hjälpte Sono nyligen crowdfunded 55 miljoner dollar för att hjälpa till att bygga prototyper och få ut bilen på marknaden.

Sono lovar att solkraften kommer att driva Sion i 10 miles om dagen, vilket kanske inte verkar så mycket, men det är ungefär vad en typisk tysk pendlare kör på en dag, säger en företagsrepresentant. Batterilagringen kommer att kunna laddas upp till en räckvidd på 200 till 250 mil. Andra praktiska funktioner inkluderar möjligheten att fälla fram- och baksätena för att skapa 8 fot förvaring i kabinen, samt en sektion på den främre stötfångarens laddningsport där användare kan koppla in hushållsapparater (ifall du behöver blanda en smoothie när du campar).

Att bygga en solbil är inte lätt – eller billigt

Om det verkar som att solbilsvärlden saknar amerikansk uppfinningsrikedom är det inte helt sant. Ford introducerade C-MAX Solar Energi Concept-bilen på CES 2014, men sedan dess har inte mycket nyheter hörts. University of Michigan har ett av världens bästa racerlag för solarbilar, efter att ha vunnit flera nationella tävlingar och placerat sig på tredje plats vid Bridgestone World Solar Challenge 2019.

Professor Neil Dasgupta, fakultetsrådgivare för tävlingsteamet i Michigan, driver ett forskningslabb fokuserat på solenergi och batterier och säger att solbilsföretag troligen kommer att brottas med flera avvägningar.

Till att börja med är det inte billigt att bygga en solbil. Självklart finns det solceller och batterier. Sedan finns det kolfiberkompositkarossen som Lightyear och University of Michigan använder för att få ner sina bilars vikt. Varje pund kolfiberkomposit kostar ganska mycket, förklarar Dasgupta. Den goda nyheten är att det relativt lätta materialet kan vara imponerande säkert.

"Racebilsförare går ut ur olyckor i 100 miles i timmen", konstaterar professorn. "De här bilarna är delvis gjorda av kolfiberkomposit. De kan faktiskt bli säkrare än stålbaserade bilar.” Många biltillverkare ser potentialen i gör kroppar av materialet, men mer forskning och utveckling måste göras för att få ner kostnaderna. En startup som bygger solbilar med solceller, extremt effektiva batterier och kolfiberkompositkarosser måste fortfarande vara lönsam.

"Oavsett om de kan få ner tillverkningskostnaderna till där det är vettigt kommer att diktera framgången eller misslyckandet för ett nystartat företag," siffror Dasgupta. Med tanke på nuvarande teknik förväntar han sig inte heller många soldrivna pickupbilar eller stadsjeepar när som helst snart, eftersom det extra utrymmet för paneler vanligtvis inte räcker för att driva ett tyngre fordon länge avstånd. Soltaket erbjuds på det nya Fisker SUV, till exempel, lägger bara till 1 000 miles per år till bilen.

Sion försöker hålla nere kostnaderna genom att använda vissa bildelar som redan finns på marknaden. Företaget försöker också begränsa överskottsenergianvändningen under produktionen genom att tänka om bilmonteringslinjen. Till exempel kommer karosspanelerna att infunderas med färg snarare än målade för att spara energi och produktionskostnader.

Lärdomar

Van der Ham säger att en av lärdomarna han har lärt sig av att se Tesla växa är vikten av att inte försöka göra för mycket internt.

"Vi är ett partnerskapsföretag", förklarar han. "Hela idén bakom Lightyear är att använda befintliga saker och infrastruktur så mycket som möjligt." Bilens solpaneler är tillverkade av Kaliforniens Solkraft, till exempel.

"Vi gör några knep för att göra panelerna riktigt effektiva", säger han, inklusive en design som säkerställer att paneler som är i skugga eller täckta av fågelbajs inte saktar ner den totala laddningshastigheten.

Optimeringen av panelerna, batteriet och karossen gör Lightyear One dubbelt så effektiv som Tesla Model S. Faktum är att teamet analyserade effekten av att sätta sina solpaneler på Elon Musks Model 3 och räknade med att det bara skulle lägga till 3 000 miles per år mot 8 000 för Lightyear One.

"I den meningen håller jag med Elons kommentar", säger Van der Ham. "Att sätta en solpanel just nu på Model 3 tillför inte så mycket."

Om du inte kan vänta ett par år på en ny solbil, kolla in ett projekt av YouTubers Bryce & Courtney, som slutade sina jobb och konverterade en 1988 Dodge Ram Van i en husbil med solpaneler på taket som de turnerade runt i USA. Har du inte 165 000 dollar att spendera på en ny soltur? Skruva bara fast ett par paneler på toppen av din nuvarande bil för cirka 1 000 dollar.

Redaktörens rekommendationer

• Sony Honda Afeela-bilen är topp CES, och jag är helt här för det
• CES är värd för ett höghastighetsracing för autonoma bilar idag. Se den här
• Volvo presenterar den elektriska 2022 C40 Recharge med Android-driven bilteknik
• Apple i samtal med Hyundai om möjlig bil, bekräftar biltillverkaren
• Lägg bromsar till Apple Cars förväntningar, säger analytiker