Ačkoliv se solární panely instalované na sériová vozidla zatím příliš neosvědčily, specialisté z Fraunhoferova ústavu ISE pracují na změně. Slibné výsledky se rýsují především u užitkových vozidel. Podle statistik EU vzniká v dopravě téměř 30 % všech emisí oxidu uhličitého, přičemž silniční se na nich podílejí ze 72 %. Dlouhodobým výhledem EU do roku 2050 je proto omezit produkci CO2 v dopravě při srovnání s rokem 1990 o 60 %. Jednou z cest, která by odpovídala i závěrům Pařížské klimatické dohody z roku 2015, která požaduje snižování emisí CO2 u nově prodávaných osobních automobilů, je postupně přejít od klasických spalovacích motorů na jiný druh pohonu. Auta budoucnosti budou tak pohánět pravděpodobně stále více elektromotory, kterým by vedle jiných zdrojů mohla pomáhat i fotovoltaika. U osobních elektromobilů se jde zatím cestou pokusů. I když střešní solární panely na podporu elektromobilu se v řadě případů už objevily, v sériové výrobě se zatím tento krok moc neuchytil. Solární panely na střeše nebo i jinde na karosérii jsou téměř výhradně doménou speciálních soutěžních vozidel. Výjimku tvoří snad jen panely od Panasonic na Toyotě Prius, jisté plány v tomto ohledu ohlásila také automobilka Audi. Problém je v tom, že i ty doposud nejvýkonnější solární panely neměly dostatečný výkon na to, aby se jejich instalace na vozidle vyplatila. Svou cestou k racionalitě fotovoltaických střech osobních vozidel šli vývojáři šesti Fraunhoferových ústavů sdružených kolem projektu MaNiTU (Materialien für nachhaltige Tandemsolarzellen mit höchster Umwandlungseffizienz), vedeného u Fraunhoferova Ústavu pro solární energetické systémy ISE (Institut für Solare Energiesysteme). Nespoléhali se jen na křemíkové solární články, jejichž účinnost již nelze příliš zvyšovat kvůli fyzikálním limitům, ale rozhodli se pro tandemové řešení spočívající ve skládání článků absorbujících světlo v různé oblasti světelného spektra do několika vrstev. Díky tomu bude dosahovat i více než 35% účinnosti. V projektu MaNiTU vsadil ISE na skladbu z klasických křemíkových článků a vlastní speciální bezolovnatou úpravu článků z perovskitových materiálů na bázi titaničitanu vápenatého. Výhody těchto materiálů spočívají především ve vysokém absorpčním koeficientu s absorpcí světla z celého viditelného spektra slunečního záření a v jednodušší, levnější výrobě článků. Články perovskitu jsou oproti křemíkovým tenčí a panely tak nabízejí flexibilnější tvarovatelnost. Jejich problémem byla až doposud krátká životnost. Ta je však postupně optimalizací perovskitových směsí a povrchovou úpravou článků dotahována na požadovanou úroveň, obvyklou u křemíkových článků. Např. nová varianta perovskitových článků z Výzkumného centra Jülich při Helmholtzově institutu z Erlangenu prokázala při testech za teploty zvýšené na 65 °C a intenzivním osvětlení 99% účinnosti po 1 450 hodinách provozu. Za normálních okolností by takový článek mohl být funkční i přes 20 000 provozních hodin. Zvýšená účinnost tandemu V tandemu jsou perovskitové články uloženy přímo na křemíkové solární články. Protože každá z vrstev využívá jinou část slunečního spektra, celková účinnost se jejich skládáním zvyšuje, a ze srovnatelné plochy solárního článku tak lze vyrobit více elektřiny. Tandemové panely lze integrovat především do tvarované střechy automobilu. Ta může být přitom pokryta barvou tak, aby vnější se vzhled vozidla nijak zvlášť nelišil od klasického provedení. S nominálním výkonem přibližně 210 W/m2 může střecha za slunečného dne dodávat elektřinu na přibližně 10 km dojezdu pro elektromobil střední třídy. Není to sice mnoho, ale v nouzi může být každý kilometr dobrý. Navíc solární články na střeše vozidla dopomáhají ke snížení přehřívání vozu jinak obvykle rozpálenou střechou. Trochu jiná je dnes situace u užitkových nákladních elektromobilů s jejich většinou daleko větší vhodnou plochou karosérie pro umístění solárních modulů (při započítání nákladového prostoru). Tady se koncepcí využití solárních panelů pro dobíjení trakčních baterií u vozidel nad 3,5 t zabývá ISE spolu s dalšími organizacemi v projektu Charging PV. Solární moduly pro tento účel musejí být vzhledem k náročnému provozu těchto vozidel více odolné proti vibracím, smyku a ohybu a měly by se i snadno montovat. A jejich hmotnost by neměla překročit 2,6 kg/m2. Projekt běží už třetí rok. Zvláště lehké a robustní prototypy fotovoltaických modulů o výkonu 3,5 kW s přenosem výkonu do trakční baterie už mají schválení pro silniční provoz. V současné době tedy už může probíhat testování zatím prvního takového 18t předváděcího vozidla Framo v provozu. V každodenním nasazení ve firmě Alexander Bürkle ve Freiburgu má prototyp najezdit kolem stovky kilometrů, přičemž jsou pravidelně sledovány výkon i stabilita modulů v reálných podmínkách. Solární moduly na střeše vozidla jsou zapojeny do série, aby při dostatečném výtěžku elektřiny byly nízké náklady na materiál i kabelové vedení. Výsledná napětí až 400 V by sice mohla představovat bezpečnostní riziko v případě nehody, tomu však brání speciálně v ISE vyvinuté odpojovací zařízení každého modulu. V celém systému pak zůstává pouze neškodné nízké ochranné napětí. Stejně jako solární moduly byla i výkonová elektronika užitkového vozu přizpůsobena nové společné koncepci bateriového zdroje s doplňkem solárních modulů. Partner projektu M&P electronics vyvinul stejnosměrný napájecí regulátor, který je zahrnut do bezpečnostní koncepce vozidla a s řízením vozidla komunikuje prostřednictvím sběrnice CAN. Solární energie ze střechy je přiváděna přímo do elektrické sítě užitkového vozu. Závěrečné hodnocení celého projektu letos v létě by pak mělo prokázat, že nákladní automobily mohou solární energií pokrýt 5 až 10 % své energetické potřeby. /Jiří Šmíd/
