martes, 18 de julio de 2017

¿Cuántos kilómetros podría aportar a un vehículo eléctrico un techo solar fotovoltaico?


Actualmente existen en el mercado fabricantes de vehículos que ya han instalado en alguno de sus modelos híbridos o eléctricos pequeños paneles solares en el techo, como es el caso de Toyota, en el Prius o de Nissan, en el Leaf. Hasta ahora el objetivo de estos paneles era recargar la batería de la red de 12 voltios cuando el vehículo estaba desactivado y suministrar energía de apoyo al sistema de climatización y a otros consumidores del habitáculo (radio, navegador y sistemas de info-entretenimiento) cuando el vehículo estaba activo. De esta manera se conseguía “aliviar” la red de 12 voltios del vehículo y se ahorraba algo de energía. Lógicamente, el trabajo del compresor del aire acondicionado no estaba incluido, por tratarse de un componente que consume mucha potencia eléctrica. Este tipo de paneles solares cuentan con una potencia eléctrica de apoyo de entre 8 y 56 vatios.


Sin embargo ahora, debido a la bajada de los costes de fabricación de los paneles solares y a una ligera mejora en su eficiencia, los fabricantes de vehículos se plantean en utilizarlos para apoyar a la batería de tracción, es decir la batería de alto voltaje. Como es el caso del Toyota Prius Prime (híbrido enchufable). Éste modelo cuenta con un panel fotovoltaico de 180 vatios y la tensión que suministra se eleva mediante un transformador hasta  alcanzar la alta tensión de carga que necesita la batería de tracción. 


Techo fotovoltaico del Toyota Prius Prime (180 vatios)
Pero, ¿realmente merece la pena invertir en la compra de un vehículo que equipa un panel fotovoltaico que pueda cargar la batería de alta tensión? ¿Cuántos kilómetros podría aportar a la autonomía de un vehículo eléctrico?

Bien, para responder a esta pregunta habrá que realizar el cálculo basándonos en la tecnología actual disponible en el mercado y teniendo en cuenta que no todos los días se da el escenario idóneo para alcanzar el rendimiento nominal del panel fotovoltaico, ya que puede haber días nublados y el ángulo de incidencia de los rayos solares con respecto al panel es un parámetro variable,  hechos que influyen en el rendimiento de las células fotovoltaicas. Por ejemplo, no es iguale el ángulo de incidencia durante el invierno que durante el verano o durante  las primeras y las últimas horas de sol con respecto a las horas centrales del día.  Por lo que realizaremos un cálculo desde un punto de vista modesto para incluir estos factores en el rendimiento total obtenido por el sistema fotovoltaico del vehículo.

- Partimos del parámetro siguiente: con el sol en el cenit la energía total que entrega sobre la superficie terrestre es de 1000 vatios por metro cuadrado.

- El rendimiento de un panel solar estándar comercializable hoy día es del 12% bajo buenas condiciones (sin nubes y con un ángulo de incidencia que esté dentro del abanico óptimo correspondiente a las horas centrales del día).


Con estos parámetros podemos calcular que 1 metro cuadrado de panel solar puede generar 120 vatios de potencia (24V * 5 A).

- La superficie en metros cuadrados del techo de un vehículo grande puede alcanzar los 2,5 metros cuadrados. En el caso de los vehículos pequeños habría que complementarlo con la superficie de la tapa del maletero, o el capó, o intercalar conectando en serie un parasol fotovoltaico para la luna delantera. Este parámetro nos permite calcular la potencia total efectiva del sistema fotovoltaico bajo condiciones óptimas: 120 vatios * 2.5 metros = 300 vatios (60V * 5 A).


Parasol fotovoltaico para luneta delantera
- Con el dato de la potencia efectiva podremos calcular la cantidad de energía que el sistema fotovoltaico del vehículo puede aportar a la batería de tracción durante un día de exposición. Consideraremos que de las 9 ó 10 horas que el vehículo está aparcado al sol mientras estamos en el trabajo, realmente son efectivas 5 horas, debido al ángulo de incidencia de los rayos solares cuando están dentro del abanico óptimo correspondiente a las horas centrales del día. Luego, durante un día, la energía eléctrica que generará el panel solar será de 5 * 300 = 1500 vatios/día = 1,5 kW al día. ¡En un día sin nubes! (Nota: al calcular este parámetro no hemos tenido en cuenta la energía que el sistema fotovoltaico está generando durante el trayecto o viaje al destino y durante el retorno, ya que las circunstancias en cada caso pueden ser muy variadas).

- Ahora, para saber la cantidad de kilómetros que un vehículo eléctrico puede recorrer con 1,5 kW acumulados al día tenemos que averiguar antes las condiciones de conducción y el consumo de energía eléctrica del vehículo. Aportamos el dato de que un vehículo eléctrico, conduciendo normal y relajadamente, durante un recorrido interurbano: 70% carretera 30% ciudad consume 15 kWh cada 100 km aproximadamente (sin superar 100 Km/h). Esto significa que con cada kWh puede recorrer 6,66 kilómetros. Así, con 1,5 kWh podremos recorrer 10 km cada día. O bien son 10 km de ahorro, como se quiera mirar. Eso sí, siempre que tengamos el cielo despejado durante el día (no muchos lugares tienen este privilegio).

- Si ahora trasladamos este dato a la cantidad de kilómetros que podemos obtener al año gracias al panel solar, podemos calcular: 10 km * 5 días * 4 semanas *10 meses útiles al año = 2000 Km. ¡Pero NO todos los días hace sol de manera continuada! Luego, en una estimación muy modesta en relación a nuestro país, suponiendo que un día de cada dos el panel solar no produzca nada: 0 kWh, estaríamos obteniendo 1000 kilómetros al año producto del aporte de nuestro sistema fotovoltaico.

- El precio del panel solar en el mercado depende su rendimiento (factor que aporta el avance tecnológico del panel) y de su tamaño. Al final, el precio en el mercado de un panel con un rendimiento estándar del 12% es de 1 Euro por vatio nominal generado. Así podemos adelantar que el coste del panel en el vehículo sería de 300 euros. A esto habría que sumarle el precio del transformador para elevar la tensión del panel a la tensión de carga de la batería de tracción, lo que supondría unos 200 euros más. Al final, el precio por el que se vería encarecido el vehículo dependerá de estos datos (500 Euros) más el coste de la integración del sistema fotovoltaico en la estructura del vehículo y el coste de la integración en la instalación de la red eléctrica de alta tensión.

Photovoltaic Module for Automobile” desarrollado por Panasonic
Amortización: Suponiendo que en un vehículo eléctrico equipado con un sistema fotovoltaico provisto de una superficie de 2,5 metros cuadrados suponga un sobrecoste de 1000 euros, podemos exponer tres perspectivas diferentes de amortización:

1- A base de quemar gasoil: 5,5 litros cada 100 Km * 1,1 Euros el litro son aproximadamente 60 euros cada 1000 kilómetros. Ahora,  los parámetros son: 1000 euros cuesta el sistema fotovoltaico y 1000 km aporta al año. 

Esto significa que para amortizarlo se necesita: 1000 Eurs/año dividido por 60 Euros cada 1000 km = 16,66 años.

2- A base de cargas rápidas: 0.446 Euros/kWh + IVA = 0,54 Euros/kWh. Con un consumo de 15 kWh cada 100 km el coste es de 8,1 Euros cada 100 km. Lo que es igual a 81 euros cada 1000 kilómetros. 

Esto significa que para amortizarlo se necesitan: 1000 Eurs/año dividido por 81 Euros cada 1000 km = 12,34 años.

3- A base de cargas lentas en punto vinculado: 0,13 Euros/kWh + IVA = 0,16 Euros/kWh. Con un consumo de 15 kWh cada 100 km el coste es de 2,4 Euros cada 100 km. Lo que es igual a 24 euros cada 1000 km.

Esto significa que para amortizarlo se necesitan: 1000 Eurs/año dividido por 24 Euros cada 1000 km = 41.6 años.

Ahora, es labor de cada uno el sacar sus propias conclusiones…










1 comentario:

  1. Hola,
    Estaba revisando sus artículos son muy interesantes, en mi blog tengo cosas similares Forza Speed
    Es posible que desee considerar vincular a mi blog de su página.
    De cualquier manera, seguire leyendo su sitio.
    Muchas Gracias
    Roberto

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