电池充电和范围问题一直是电动汽车的阿基尔脚跟。一些汽车工程师认为太阳能可能是解决方案。

汽车集成光电技术的目标是使电动汽车能够不停地充电。传统电动汽车在长途旅行中必须定期靠边停车给电池充电，与之不同的是，太阳能汽车可以继续行驶。

装有光伏电池的电动汽车和卡车可以将太阳能转化为电能。将太阳能储存在电池中，可以使它们在夜间或没有阳光直射的情况下平稳运行。

Aptera Motors、Atlis Motor Vehicles、Fisker Inc.、Lightyear One和Sono Motors等几家初创企业，以及现代(Hyundai)、特斯拉(Tesla)和丰田(Toyota)等老牌整车厂，都在开发太阳能汽车或混合动力车。他们将太阳能电池集成到屋顶上。然而，身体的其他部分，如门，引擎盖，后挡板和后备箱，也是主要的房地产。

“汽车太阳能电池板是一个非常有趣的话题，因为该技术可以使电动汽车充电速度提高40%，”IDTechEx市场研究公司主席彼得·哈罗普博士说。该公司最近发表了一份有关该主题的报告。“一些汽车有多达7平方米的空间用于安装太阳能电池板。

“这项技术已经成功地从船只到卫星的一切，”哈罗普。“任何不考虑太阳能电池板车身的汽车或卡车制造商都是疯狂的。”

太阳能电池板可以用机械紧固件或结构粘合剂附着在车身上。然而，为了空气动力学和美观，汽车工程师更喜欢将太阳能组件集成到车身面板中。

Harrop解释说:“虽然在未来可能会使用柔性薄膜，但太阳能电池板并不是简单地粘在汽车上。”为了实现汽车车身所需的复杂形状，薄薄的太阳能电池必须被塑造成碳纤维、玻璃或聚碳酸酯板。它们变得不像传统的太阳能电池板，因为它们实际上是结构元素。”

例如，哈普罗夫指向Lightyear一个，这是一个荷兰公司，该公司计划在今年晚些时候推出推出“长期太阳能电动汽车，该车辆被设计为网格独立”。它将采用5平方米的集成太阳能电池，由双弯和超强安全玻璃保护。

太阳能屋顶将持续捕捉阳光，无论汽车是移动或静止。“光年一号”声称，这一功能将提供足够的能量，平均每年行驶超过70%的里程。

由皇家帝斯曼公司生产的导电背板是“光年一号”太阳能屋顶的组成部分。它使太阳能电池的所有连接都可以放在太阳能板的背面，这使得模块前面的每一厘米都可以用来捕捉阳光。

“电池-模块损耗的减少不仅能增加3%的功率输出;它还有一个额外的优势，那就是为更时尚的天窗提供了美学上的吸引力，”DSM先进太阳能公司副总裁Pascal de Sain说。

另一个太阳能屋顶概念是最近由Teijin有限公司的工程师开发的。它的表面采用了该公司的Panlite聚碳酸酯树脂上光。

“我们将车顶的曲面塑造成理想的形状，在使用玻璃的情况下，这是一个极具挑战性的过程，”Teijin汽车部门总经理Toshiaki Hotaka说。“屋顶不仅形状理想，而且达到了应用所需的强度和刚度。”

Teijin Solar Room安装在应用电动车的原型上。在澳大利亚进行的测试期间，它达到了大约330瓦的输出，这相当于容纳在玻璃下方的传统太阳能电池板。

众多好处

“太阳能汽车的好处是，它们不需要燃料，维护成本低，”Lightyear One的首席执行官Lex Hoefsloot说。“用同样的电池，太阳能汽车跑得更久。这需要更少的充电停止，并将使你更快地从A点到b点。太阳能永远不会耗尽，它是免费的。

“因为太阳能汽车对电网的压力要小得多，它们提供了真正大规模清洁交通的潜力，”Hoefsloot解释道。“从用户的角度来看，你所需要的只是一个普通的太阳能电源插座;不需要等待充电基础设施，再次创造一个可扩展的解决方案。”

Hoefsloot声称Lightyear将在今天的市场上“比任何其他电动车更少消耗两到三倍，这导致725公里的卓越范围。”然而，整体可实现的屈服强烈取决于个人的驾驶模式。

“[我们的车辆]在汽车上有大约1,000个个体太阳能电池，最终在夏季每天每天增加50到70公里，”Hoefsloot指出。“[我们的太阳能模块]可以充电汽车电池，最多12公里的一小时。这些太阳能电池比您可以为您的家所购买的太阳能电池板效率较高20％。并且，它们在安全玻璃中封装以保护它们免受损坏。

“我们将外包生产车辆，”Hoefsloot说。“我们目前正在与[几个]潜在的生产伙伴......在欧洲。”

“由于太阳能电池和太阳能模块技术的持续改善，导致效率更高，”模块部首，博士“，由于太阳能电池和太阳能模块技术的持续改进，普拉姆里希（Martin Heinrich）（Ph.D.）博士（Martin Heinrich）的效率较高，可能会在汽车屋顶上产生的力量增加。Fraunhofer太阳能系统弗劳霍夫研究所的Photovoltaics部门技术。“因此，不仅可以由太阳能屋顶提供乘客舱的冷却，但即使是驾驶距离的显着延伸也可能是可行的。”

根据Heinrich的说法，透明和不透明的光伏都可用于汽车应用。“但是，由于车辆上的可用区域很小，我们宁愿使用尽可能多的照射，而不是在车辆中接收光线，”他解释道。

海因里希说:“不透明光伏的工作性能更好，功率输出更高，因此可以产生更大的太阳能范围。”“如果需要透明(如天窗或后窗)，可以使用透明太阳能电池技术，但目前的功率输出明显较低。”

海因里希和他的同事正在进行几个项目，其中包括将太阳能电池板集成到乘用汽车的车顶和引擎盖上，包括与汽车电源管理系统的有效连接。他们还在开发用于卡车箱体的模块技术，这种技术可以无缝地集成到车身中，没有任何部件伸出来。

工程挑战

尽管有巨大的潜力，但在汽车上安装太阳能电池板给汽车工程师带来了许多挑战。根据海因里希的说法，有三大挑战:

• 充分利用所产生的能量。必须解决由于自耗或电池充满但仍能产生太阳能的充电状态而导致的电池充电损耗问题。

• 为整车集成制造安全、可靠、性价比高的模块。

• 除了建筑物、桥梁、树木和隧道外，恶劣天气和其他车辆的遮挡也会减少发电量。Heinrich解释说:“这是不可避免的，但预测模型可以为产量计算和充电优化提供更好的估计。”

海因里希说:“这些挑战有解决方案，但在大多数情况下，它们仍在研究中。”“主要的技术挑战是发电的利用。对于高利用率，高压动力传动电池是首选。然而，这可能会导致重大的转型损失和潜在的安全问题。”

由于汽车屋顶的曲率，产生了进一步的挑战。例如，强的曲率可能导致显着的辐照度失配和导致的电池功率，这可以降低太阳能模块的产量。此外，模块和细胞技术需要提供最高产量，也需要提供优质的美学外观和耐用性。

光年一号首席技术官Arjo van der Ham表示:“将太阳能电池集成到电动汽车中的挑战在于，要将表面积最大化，确保在可靠性和安全性方面达到汽车级标准，同时还要优化总体性能。”“在双曲面上集成电池确保了车辆的良好空气动力性能，但也为优化产量带来了挑战。

范德汉解释说:“通常太阳能电池是串联放置的。“在这种情况下，阴影部分将减少整个面板的产量。

范德汉姆补充说:“我们已经开发了专有的高效太阳能电子产品来弥补这一损失。”“它使我们能够将细胞群平行放置。我们还进行了多种类型的冲击、热和振动测试。”

一家正在研究太阳能的利弊的另一家初创公司是Atlis机动车公司。该公司正准备在梅萨，阿兹梅萨的一家新工厂生产电动皮卡。它的创新XT模型，旨在商业用户，将配备太阳能电池板Tonneau封面系统，称为Terravis。

“我们相信太阳能在像我们这样的全尺寸卡车上玩太阳能的角色，”阿特里斯汽车首席执行官Mark Hanchett说。“我们认为太阳能可以提供一些优势的辅助功能。

Hanchett指出:“其中一个例子就是气候控制，特别是在太阳很高的炎热气候中。”“即使从小型太阳能电池板获得几百瓦的电能，也足以驱动风扇，为驾驶室提供空气循环，以避免夏季可能达到的140至160华氏度的峰值。”车载太阳能的另一个可能用途是长期存储，以弥补电池的寄生或“吸血鬼”耗损。

Hanchett指出:“即使在很短的时间内，比如在工作现场的白天，当使用卡车上的电源逆变器供电的电动工具或充电器时，太阳能也可以保持电池的稳定水平。”“对于这些任务和更多任务，一组能够产生250到500瓦功率的小型电池板就足够了。

“问题归结为太阳能的能量密度，”汉南特警告说。“简单地说，每平方米只能从阳光下提供这么多的能量，太阳能电池板只能捕获一部分能量。进一步的并发症来自面板的方向。

汉切特说:“(不像家用太阳能电池板)，汽车实际上只有水平表面可以使用，而且它们的角度非常平，这不是发电的最佳方式。”“而且，把车停在靠近树的部分遮荫处也可能意味着某个面板不能产生足够的能量，这可能会影响整个阵列的输出。”

让阳光照耀

目前已经有几辆太阳能汽车问世，其他汽车也即将问世。去年，现代汽车(Hyundai Motor Co.)推出了一款混合动力版的索纳塔(Sonata)轿车，它配备了车顶安装系统。它由太阳能电池板和控制器组成，使车辆产生和存储电力在电池。

根据现代，该系统每天可收取30％至60％的电池，这可以每年增加车辆的行驶距离额外的1300公里。

几家初创公司也加入了太阳能汽车的大潮。

今年晚些时候，Aptera Motors Corp.计划在其位于圣地亚哥的工厂开始大规模生产一款三轮太阳能汽车。它的碳纤维复合车身将覆盖3平方米的太阳能电池。该公司声称，太阳能电池板产生的至少90%的电力将用于推动车辆。

Aptera Motors的首席执行官克里斯·安东尼(Chris Anthony)表示:“集成太阳能电池可以配置为每天最多可行驶45英里。”“(这将是)第一辆仅使用太阳能就能满足大多数日常驾驶需求的汽车。

安东尼解释说:“我们内置的太阳能阵列可以让电池组保持最充足。”“永不充电技术内置在每一辆汽车中，旨在收集足够的阳光，在大多数地区每年行驶超过1.1万英里。”

Sono Motors是一家德国初创企业，计划于2023年在瑞典Trollhättan的萨博(Saab)前工厂增加Sion汽车的产量。Sono的专利技术用集成太阳能电池板取代了传统的涂料。

Sono Motors的光伏集成主管Mathieu Baudrit说:“太阳能模块无缝地连接到车身部件的表面，为汽车提供电力。”“利用太阳能，(我们的)系统将能够提供额外的能源，每周最多可达245公里。

Baudrit声称:“我们已经找到了一种方法，通过集成太阳能技术取代传统的喷漆工艺，在各种交通应用中提供可持续的、免费的电力。”“(我们的)太阳能技术比传统的玻璃太阳能电池更便宜、更轻、更高效。它具有无限的潜在应用范围，是一种无缝、灵活的高效充电解决方案。

“我们想开发一种可以从太阳中收获最大能量的车辆，”波特立解释说。“市场上可用的技术基于玻璃光伏，仅允许太阳能电池集成在诸如屋顶的平面上。只有屋顶的太阳能电池不会在整个一年内收获最大的太阳能，因为太阳是如此在冬天在天空中降低。

Baudrit说:“我们必须创建一个全新的制造流程，将太阳能电池集成到车身上，这是基于注塑成型的。”“注塑是一种制造工艺，它使我们能够用聚合物制造出复杂形状的零件。这是一个非常快速的制造过程，允许低废品率和许多不同的应用。

“[这使我们能够]实现光伏功能的无缝集成在汽车身体面板中，”添加了波特立。“这是灵活的感觉，我们可以将PV功能塑造到主车辆的形式，作为常规聚合物汽车车身面板和更便宜的稳健。由于注塑过程，我们去除弯曲玻璃的需要。

Baudrit指出:“我们计划在Sion车上安装超过248块太阳能电池，目标是在车上安装1.2 kWp太阳能电池。”“太阳能电池板是车身面板。太阳能电池板将集成到汽车的引擎盖、挡泥板、侧面、车顶和后部，在视觉上融入车辆表面。”