Personenauto’s op zonne-energie: zonnecellen in carrosserie

Na meerdere keren de World Solar Challenge in Australië te hebben gewonnen, richtte een groep studenten van het Solar Team van de Technische Universiteit Eindhoven, die de zonnewagen Stella ontwierp, in 2016 het bedrijf Lightyear op met als doel een commerciële zonneauto te ontwikkelen. Samen met TNO gingen ze een stap verder in het oorspronkelijke concept door technologie te ontwikkelen voor de integratie van aangepaste zonnepanelen op de grootste carrosseriedelen.

Het is gebaseerd op zogenaamde silicium-technologie, die kostenefficiënt is en steeds goedkoper wordt. Deze zonnecellen worden gebruikt voor massa geproduceerde conventionele zonnepanelen die geoptimaliseerd zijn voor prestaties, levensduur en veiligheid. 

TECHNOLOGISCHE DOORBRAAK

Het ontwikkelen van auto's op zonne-energie (pv) kent twee uitdagingen. Ten eerste moeten de panelen in meerdere dimensies worden gebogen om de carrosserie van de auto te volgen. Dit is nodig voor het design en de aerodynamica. Kristallijn silicium zonnepanelen, die per definitie niet flexibel zijn, kunnen aangepast worden waardoor het mogelijk is om de zonnecellen naadloos te integreren in het dak, de motorkap en de achterklep, waarbij ze de vorm van de auto nauw volgen.

De Lightyear One is ontworpen om extreem aerodynamisch te zijn en licht in gewicht zorgt voor een minimale lucht- en rolweerstand en daarmee een lage energiebehoefte per gereden kilometer. Om deze aerodynamische vormen te  volgen, moesten de panelen over twee verschillende assen worden gebogen. Een dergelijk dubbelgekromd zonnedak is uniek in de markt; Lightyear loopt hiermee voor op alle internationale concurrentie.

De tweede uitdaging is het optimaliseren van de prestaties van de zonnepanelen op verschillende delen van de auto onder de dynamische belichtingsomstandigheden die tijdens het gebruik optreden. De achterzijde-contactfolietechnologie van TNO wordt gebruikt om slimme en flexibele moduleontwerpen te realiseren met minimale interne elektrische weerstand.

De gebogen zonnepanelen hebben een oppervlakte van circa vijf vierkante meter. In Amsterdam kan dit over een  jaar het aantal keren dat de auto moet worden opgeladen meer dan halveren, aangezien de auto zowel geparkeerd als tijdens het rijden energie opwekt via de zonnepanelen. In zonnige zomermaanden kan opladen aan de paal vaak volledig overbodig worden.

De ongekende prestaties van de solar-integratie in de auto zijn te danken aan een technologische doorbraak, ontwikkeld door experts van TNO, waarvoor extreme verouderingstesten zijn uitgevoerd bij TNO in Petten. TNO-experts op het gebied van automotive zijn ook geraadpleegd over het auto-ontwerp, het balanceren van energiebehoefte, de materialen, gebruikslogistiek en veiligheid.

TOEPASSING EN OPSCHALING

De nieuwe technologie waarbij zonnecellen worden geïntegreerd in materialen is ook van belang voor toepassing in andere gebieden, zoals de gebouwde omgeving. De gebogen, lichtgewicht pv-modules zijn toepasbaar in gevels, daken en vele andere denkbare oppervlakken.

Omdat vorm, grootte en kleur geen belemmering meer zijn voor het winnen van zonne-energie, zijn esthetische oplossingen voor woningen en grote gebouwen mogelijk. TNO heeft een uitgebreide technologie-toolbox beschikbaar om geïntegreerde zonnepanelen toe te passen op een breed scala aan oppervlakken in een groot aantal sectoren.