Điện mặt trời ứng dụng trên ô tô điện?

2023/12/20

Trong bối cảnh nguồn năng lượng hóa thạch ngày càng cạn kiệt, ô nhiễm môi trường ngày càng trầm trọng, việc tìm kiếm và phát triển các nguồn năng lượng sạch đang là vấn đề cấp bách.

I. Giới Thiệu

Việc ứng dụng năng lượng mặt trời trong lĩnh vực ô tô cũng đang nhận được nhiều sự quan tâm. Có thể tích hợp điện mặt trời vào ô tô điện để cung cấp thêm năng lượng sạch, gia tăng phạm vi hoạt động của phương tiện. Tuy nhiên, quá trình này cũng gặp phải không ít thách thức kỹ thuật. Trong số đó, năng lượng mặt trời là một trong những ứng cử viên sáng giá nhất để thay thế cho các nhiên liệu hóa thạch truyền thống.

Bài viết này sẽ tìm hiểu kỹ hơn về cơ hội và thách thức khi áp dụng điện mặt trời trong ô tô điện, các công nghệ hiện đại đang được sử dụng, cũng như triển vọng phát triển trong tương lai của hướng đi này.

II. Cơ Hội và Thách Thức Của Việc Sử Dụng Điện Mặt Trời Trong Ô Tô

2.1 Cơ hội

Việc ứng dụng điện mặt trời trong ô tô điện mở ra nhiều cơ hội lớn, đặc biệt là về mặt tiết kiệm năng lượng và giảm phát thải. Dưới đây là một số cơ hội nổi bật:

Sử dụng nguồn năng lượng sạch, tái tạo

Điện mặt trời là nguồn năng lượng sạch, tái tạo vô tận. Việc kết hợp năng lượng mặt trời với ô tô điện sẽ giúp xe hoạt động bền vững hơn, ít tác động tiêu cực tới môi trường.

Gia tăng phạm vi chạy cho ô tô điện

Ô tô điện thuần thường bị hạn chế bởi phạm vi hoạt động khi sạc đầy pin. Việc bổ sung thêm điện mặt trời sẽ giúp xe tiếp nhận thêm năng lượng trong quá trình di chuyển, gia tăng phạm vi có thể đi được.

Tiết kiệm nhiên liệu và chi phí vận hành

Sử dụng điện mặt trời, xe điện cần ít sạc hơn từ lưới điện, giảm chi phí năng lượng. Điều này giúp tiết kiệm đáng kể chi phí vận hành trong quá trình sử dụng.

Góp phần giảm ô nhiễm không khí

Xe điện sử dụng điện mặt trời không phát thải khí độc hại, góp phần làm giảm ô nhiễm không khí tại các đô thị, cải thiện sức khỏe cộng đồng.

2.2 Thách thức

Bên cạnh những cơ hội, áp dụng điện mặt trời trong ô tô cũng phải đối mặt với một số thách thức sau:

Không gian hạn chế để lắp đặt pin mặt trời

Do kích thước và khối lượng xe hạn chế, việc bố trí đủ không gian để lắp các tấm pin năng lượng mặt trời là thách thức lớn. Nhiều mẫu xe buộc phải lắp pin trên nóc, làm tăng khí động học và ảnh hưởng thẩm mỹ.

Chi phí ban đầu cao

Pin mặt trời và hệ thống tích hợp tương đối đắt đỏ. Điều này khiến giá thành của ô tô điện gắn pin mặt trời có xu hướng cao hơn so với xe thông thường.

Hiệu suất sạc phụ thuộc nhiều vào thời tiết

Điện mặt trời phụ thuộc nhiều vào ánh nắng. Trời mưa hay âm u sẽ làm giảm hiệu suất sạc pin. Điều này ảnh hưởng tới phạm vi di chuyển của xe.

III. Các Công Nghệ Hiện Đại Sử Dụng Điện Mặt Trời Trong Ô Tô

3.1 Hệ thống sạc pin

Hệ thống sạc pin là giải pháp phổ biến hiện nay để ứng dụng điện mặt trời trong ô tô điện. Theo đó, xe được trang bị thêm một tấm pin mặt trời trên nóc hoặc vỏ xe. Khi xe di chuyển ngoài trời nắng, ánh sáng mặt trời chiếu vào tấm pin tạo ra dòng điện, sạc vào ắc quy chính của xe.

Ưu điểm của phương pháp này là chi phí thấp, dễ lắp đặt. Tuy nhiên do diện tích pin hạn chế nên lượng điện thu được cũng ít, chỉ đủ để duy trì một số chức năng cơ bản của xe khi không sử dụng động cơ điện.

Hệ thống sạc cách ly

Đây là hệ thống sạc pin mặt trời hoàn toàn tách biệt với mạch điện chính của xe. Pin mặt trời sạc vào một bộ ắc quy riêng. Khi cần, người lái có thể chuyển điện từ ắc quy phụ sang ắc quy chính để cung cấp thêm năng lượng cho xe.

Ưu điểm của phương pháp này là tránh ảnh hưởng đến các thiết bị điện trên xe. Nhược điểm là tốn thêm chi phí cho hệ thống ắc quy đệm.

3.2 Tích hợp điện mặt trời vào cấu trúc ô tô

Ngoài việc lắp thêm các tấm pin năng lượng mặt trời bên ngoài, một số hãng xe còn tích hợp chúng vào cấu trúc của ô tô ngay từ khi thiết kế. Một số công nghệ tiên tiến đang được áp dụng bao gồm:

Tích hợp vào nóc xe

Mặt ngoài của nóc xe được phủ một lớp vật liệu quang điện, có khả năng chuyển hóa ánh sáng thành điện năng. Điện sau đó được dẫn về sạc ắc quy chính của xe.

Ưu điểm của phương án này là tận dụng tối đa bề mặt tiếp xúc với ánh nắng. Tuy nhiên, việc bổ sung lớp vật liệu quang điện làm tăng trọng lượng và chi phí sản xuất xe.

Tích hợp vào cửa kính

Một số kính chắn gió và cửa sổ bên của xe được thiết kế với công nghệ điện mặt trời mỏng, có khả năng chuyển hóa phần lớn ánh sáng thành điện năng. Đây cũng là nguồn điện dự phòng hiệu quả nếu xe gặp sự cố hoặc hết pin.

Ưu điểm của phương pháp này là tiết kiệm không gian, không làm thay đổi thiết kế ban đầu của xe. Nhược điểm là chi phí sản xuất kính cao, độ bền chưa cao.

IV. Những Mô Hình Ô Tô Sử Dụng Điện Mặt Trời Thành Công

4.1 Mô hình vàng: Xe điện mặt trời Lightyear 0

Xe hơi chạy bằng năng lượng mặt trời đầu tiên trên thế giới sắp được sản xuất

Lightyear 0 là mẫu ô tô điện sử dụng năng lượng mặt trời tiên tiến nhất hiện nay. Ra mắt năm 2021 bởi startup Lightyear của Hà Lan, xe có thể chạy được 725 km mỗi lần sạc nhờ hệ thống 5 m2 pin mặt trời trên nóc và capô.

Xe sử dụng bộ pin 60 kWh để lưu trữ điện. Trong điều kiện thời tiết lý tưởng, các tấm pin mặt trời có thể cung cấp cho Lightyear 0 khoảng 70 km phạm vi mỗi ngày. Như vậy, với một lần sạc đầy, chiếc xe chỉ cần sạc lại sau 1 tháng sử dụng.

Ngoài ra, Lightyear 0 còn được trang bị hệ thống treo khí động học giúp giảm ma sát với mặt đường, hệ dẫn động 4 bánh độc lập và công nghệ sạc pin thông minh. Nhờ đó, hiệu suất sử dụng năng lượng của xe đạt mức rất cao.

Xe điện mặt trời Sono Sion

Xe điện tự sạc Sono Sion sắp được sản xuất thương mại

Sono Sion của Đức cũng là một trong những mẫu ô tô điện dùng năng lượng mặt trời tiên phong. Sion sử dụng 248 tấm pin mặt trời linh hoạt trên vỏ xe, có tổng diện tích lên tới 7,5 m2. Đây là bề mặt pin lớn nhất từ trước tới nay trên một chiếc ô tô điện.

Theo Sono Motors, Sion có thể tự sạc được 112 km mỗi tuần chỉ bằng năng lượng mặt trời. Xe được trang bị hệ thống sạc thông minh cho phép người dùng dễ dàng sạc từ các nguồn khác nhau. Vì vậy, đây hứa hẹn là mẫu xe điện ít phụ thuộc nhất vào hệ thống sạc công cộng hiện nay.

4.2 Thành công và thất bại trong việc tích hợp điện mặt trời

Thành công

Nhiều hãng xe lớn đã thử nghiệm thành công việc tích hợp điện mặt trời vào ô tô điện như Tesla, Nissan, Hyundai... Trong đó, mẫu xe điện Tesla Model 3 được đánh giá là thành công nhất.

Năm 2019, Tesla cho ra mắt gói phụ kiện tùy chọn cho Model 3 bao gồm các tấm pin mặt trời có thể lắp đặt trên nóc xe. Hệ thống này cung cấp thêm sức mạnh cho Model 3, giúp tăng phạm vi lái thêm 15 dặm mỗi ngày.

Mặc dù pin mặt trời chỉ đóng góp một phần nhỏ điện năng cho xe, song đây là bước tiến quan trọng, mở đường cho các thế hệ xe điện - năng lượng mặt trời sau này.

Thất bại

Mặc dù đầy tiềm năng, quá trình áp dụng điện mặt trời trong xe hơi cũng ghi nhận một số thất bại đáng tiếc. Điển hình là dự án Aptera 2e năm 2011.

Được định vị là chiếc xe điện dùng năng lượng mặt trời tiết kiệm nhiên liệu bậc nhất, Aptera 2e được trang bị cánh tà dài giúp tận dụng gió cản và tăng hiệu suất. Tuy nhiên, thiết kế quá đột phá này dẫn tới những khó khăn trong sản xuất, khiến dự án phải dừng lại chỉ sau một thời gian ngắn hoạt động.

Nhìn chung, Aptera 2e là minh chứng rằng chỉ riêng công nghệ xuất sắc là chưa đủ. Để dự án xe điện năng lượng mặt trời thành công cần sự cân bằng giữa đổi mới và khả thi.

V. Tương Lai của Ô Tô Sử Dụng Điện Mặt Trời

5.1 Xu hướng và dự đoán

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, xe điện năng lượng mặt trời hứa hẹn sẽ ngày càng phổ biến trong thời gian tới, với những xu hướng sau:

Nâng cao hiệu suất pin mặt trời

Các nhà sản xuất đang tìm cách nâng hiệu suất chuyển hóa năng lượng của pin lên 35-40% so với mức 20% hiện nay. Điều này sẽ giúp xe điện dùng năng lượng mặt trời tự cung cấp được nhiều năng lượng hơn.

Tối ưu hóa thiết kế

Các mẫu xe tương lai sẽ được tối ưu khí động học và trọng lượng để tiết kiệm năng lượng tối đa. Đồng thời, các nhà sản xuất cũng tìm cách gia tăng diện tích bề mặt thu năng lượng mặt trời trên ô tô.

Giảm giá thành

Khi công nghệ phát triển, chi phí pin mặt trời và vi mạch điện tử tiếp tục giảm mạnh. Đây là yếu tố then chốt giúp xe điện năng lượng mặt trời dần trở nên phổ biến hơn đối với người tiêu dùng.

Nhìn chung, với xu thế chuyển đổi sang năng lượng sạch và nhu cầu di chuyển xanh ngày càng cao, xe điện năng lượng mặt trời hứa hẹn sẽ chiếm lĩnh thị trường xe hơi tương lai. Theo các chuyên gia, đến năm 2040, phần lớn ô tô điện được bán ra đều tích hợp điện mặt trời ở mức độ nào đó.

Đọc thêm bài viết về ô tô điện: