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Die begrenzte Energieausbeute von Sonnenkollektoren

Sonnenkollektoren auf Gebäudedächern liefern beträchtliche Mengen an Energie, aber bei Autos ist das anders. Die Fläche eines Autodachs ist relativ klein und die Sonne scheint nicht immer im idealen Winkel. Selbst unter optimalen Bedingungen kann ein Solarmodul auf einem Autodach nur ein paar hundert Watt Strom erzeugen. Zum Vergleich: Ein durchschnittliches Elektroauto hat eine Batteriekapazität von 50 bis 100 kWh und verbraucht etwa 15 bis 20 kWh pro 100 Kilometer. Das bedeutet, dass ein Solarmodul auf dem Autodach nur ein paar zusätzliche Kilometer Reichweite pro Tag bringt, was oft nicht ausreicht, um eine signifikante Wirkung zu erzielen.

Die Effizienz von Solarzellen auf Autos

Solarmodule werden immer effizienter, aber die derzeitige Technologie erreicht in der Regel einen Wirkungsgrad von 15% bis 22%. Das bedeutet, dass nur ein kleiner Teil der Sonnenenergie tatsächlich in Strom umgewandelt wird. Darüber hinaus funktionieren Solarmodule optimal in einem bestimmten Winkel zur Sonne. Autos werden nicht immer in der richtigen Richtung geparkt und fahren oft im Schatten von Gebäuden oder Bäumen, was die Erträge weiter verringert.

Kosten und Gewicht der Solarmodule

Ein weiterer wichtiger Aspekt sind die Kosten. Leistungsstarke Solarmodule sind teuer und verursachen zusätzliche Kosten für ein Auto. Außerdem muss das elektrische System des Autos modifiziert werden, um die Solarenergie effizient nutzen zu können, was die Komplexität und die Kosten weiter erhöht. Außerdem bringen die Solarmodule zusätzliches Gewicht mit sich, was die Effizienz des Fahrzeugs beeinträchtigen kann. Da Elektroautos aufgrund der Batterie bereits relativ schwer sind, wird jedes zusätzliche Gewicht sorgfältig abgewogen.

Langlebigkeit und Verschleiß

Solarmodule auf Autos sind ständig Vibrationen, Stößen und Temperaturschwankungen ausgesetzt. Dies kann die Lebensdauer der Paneele verkürzen, was bedeutet, dass sie möglicherweise häufiger ausgetauscht werden müssen als solche, die auf Hausdächern installiert sind. Darüber hinaus können Schmutz, Staub und Vogelkot die Leistung der Solarmodule verringern, so dass sie regelmäßig gereinigt werden müssen, um effektiv zu bleiben.

Autohersteller experimentieren mit Solarenergie

Trotz dieser Herausforderungen experimentieren einige Autohersteller mit Solarzellen auf Elektroautos. Der Lightyear One, entwickelt vom niederländischen Unternehmen Lightyear, hat eine große Dachfläche mit integrierten Solarzellen. Dieses Konzept wurde entwickelt, um durch die Nutzung der Sonnenenergie eine zusätzliche Reichweite zu erzielen. Es kam nie zu einer tatsächlichen Massenproduktion. Der Toyota Prius Plug-in Hybrid verfügt ebenfalls über ein optionales Solarpanel auf dem Dach, mit dem die Batterie im Stand teilweise aufgeladen werden kann. Hyundai bietet eine ähnliche Option für seinen Sonata Hybrid an, der in Europa nicht erhältlich ist. Diese Beispiele zeigen, dass sich die Technologie zwar entwickelt, aber noch nicht weit verbreitet ist.

Sind Solarzellen auf Autos die Zukunft?

Die technologische Entwicklung steht nicht still. Es werden effizientere und flexiblere Solarzellen entwickelt, die unter weniger idealen Bedingungen besser funktionieren. Außerdem gibt es Innovationen wie Dünnschicht-Solarzellen und in Karosserieteile integrierte Solarzellen. Diese Entwicklungen sind zwar vielversprechend, aber es bleibt die Frage, ob sie kosteneffektiv genug sein werden, um in der Massenproduktion von Autos eingesetzt zu werden.

Im Moment sind Solarmodule auf dem Dach und Ladestationen für die Erzeugung erneuerbarer Energie für Elektroautos noch viel effektiver. Die meisten Autobesitzer werden schneller davon profitieren, wenn sie Solarmodule auf ihrem Haus oder ihrer Garage installieren, so dass sie ihr Auto mit Sonnenenergie aufladen können, ohne die Einschränkungen eines kleinen Autodachs.

Solarzellen auf einem EV: eine gute Idee?

Solarmodule auf Elektroautos mögen zwar eine attraktive Idee sein, aber die Technologie ist derzeit nicht effizient genug, um die Reichweite eines Fahrzeugs entscheidend zu verbessern. Begrenzte Fläche, hohe Kosten, zusätzliches Gewicht und technische Herausforderungen erschweren die effektive Nutzung von Solarenergie auf Fahrzeugen. Dennoch arbeiten Hersteller und Forscher weiter an Innovationen, die in der Zukunft den Durchbruch schaffen könnten. Bis dahin bleiben die Aufladung des Stromnetzes oder Sonnenkollektoren auf dem Dach die praktischste Lösung für solarelektrisches Fahren.

Praktische Beispiele

Es gibt einige Autos auf dem Markt, die Solarzellen auf dem Dach haben oder damit experimentiert haben. Hier sind einige bemerkenswerte Modelle:

Toyota Prius Plug-in Hybrid (Solardach)

Toyota bietet für den Prius Plug-in Hybrid ein optionales Solarpanel auf dem Dach an. Dieses Panel kann die Batterie im Stand aufladen und liefert während der Fahrt Energie für Zubehör wie die Belüftung. Unter idealen Bedingungen kann das Panel täglich mehrere Kilometer zusätzliche Reichweite liefern.

Hyundai Sonata Hybrid (Solardach)

Der Hyundai Sonata Hybrid, eine in einigen Märkten erhältliche Limousine, verfügt optional über ein Solarpanel auf dem Dach. Hyundai behauptet, dass dieses System unter sonnigen Bedingungen jährlich etwa 1.300 km zusätzliche Reichweite bietet.

Lightyear 0 (und früher Lightyear One)

Das Lightyear 0 war ein revolutionäres, in den Niederlanden hergestelltes Solarauto mit integrierten Solarzellen, die fast das gesamte Dach und die Motorhaube bedeckten. Unter optimalen Bedingungen konnte man damit täglich bis zu 70 km mehr Reichweite erzielen. Leider ging Lightyear in Konkurs, so dass die Produktion eingestellt werden musste.

Sono Sion (gestrichenes Projekt)

Der Sono Sion war ein Elektroauto mit Solarzellen auf dem Dach, der Motorhaube und sogar an den Seiten. Dieses Modell sollte mit Hilfe von Solarenergie eine zusätzliche tägliche Reichweite von bis zu 34 km ermöglichen. Das Projekt wurde jedoch im Jahr 2023 aufgrund finanzieller Probleme gestoppt.

Aptera (noch nicht in Produktion)

Der Aptera ist ein dreirädriges Solarauto, das sich noch in der Entwicklung befindet. Dieses Fahrzeug ist extrem aerodynamisch und leicht, so dass ein großer Teil des Energiebedarfs durch Solarzellen gedeckt werden kann. Der Hersteller behauptet, dass der Aptera in sonnigen Gegenden monatelang fahren kann, ohne nachzuladen.

Interessantes Projekt aus 2019

Toyota Motor Corporation, NEDO und Sharp Corporation (Sharp) haben im Juli 2019 einen interessanten Test durchgeführt. Das Experiment wurde organisiert, um herauszufinden, ob das Solarladesystem an einem Auto die Reichweite erhöhen und den Kraftstoffverbrauch von elektrifizierten Fahrzeugen reduzieren kann. Für den Test wurde ein Prototyp auf der Basis des Prius Plug-in Hybrid von 2016 verwendet. Sharp hat speziell für Fahrzeuge effiziente Solarzellen mit einem Wirkungsgrad von 34 Prozent entwickelt. Toyota hat diese Solarzellen auf dem Dach, der Motorhaube, dem Kofferraumdeckel und anderen Karosserieteilen des Prius Plug-in Hybrid montiert. Der Prototyp ist voll fahrtauglich.

Ungefähr 4,8 Mal mehr Leistung

Die Ergebnisse waren recht vielversprechend. Dank des neuen Solarmoduls erzeugt das Solarladesystem des Toyota Prius Plug-in Hybrid eine Leistung von etwa 860 Watt (gemessen von Sharp). Das ist etwa 4,8 Mal mehr Leistung als bei einem Standard Toyota Prius Plug-in Hybrid mit Solardach. Der Prototyp verfügt nicht nur über einen leistungsfähigeren Antriebsstrang, sondern auch über ein System, das die Batterie auflädt, wenn der Toyota Prius Plug-in Hybrid fährt oder geparkt ist. Diese Technologie erhöht die Reichweite elektrifizierter Fahrzeuge und reduziert gleichzeitig den Kraftstoffverbrauch.

Testprogramm

Toyota hat den Prius Plug-in Hybrid unter verschiedenen Bedingungen in Tokio und an anderen Orten getestet. Die Testergebnisse zum Strom- und Ladesystem wurden genutzt, um ein Solarladesystem für Serienfahrzeuge zu entwickeln. Toyota teilte eine Auswahl der Testergebnisse mit NEDO und Sharp.

Der Prototyp

Der Testwagen wurde mit einem Solarladesystem ausgestattet, das aus mehreren Solarzellen besteht. Diese haben zusammen einen Wirkungsgrad von mehr als 34%. Die Form des Solarladesystems, die Qualität, die verwendeten Materialien und andere Faktoren wurden entsprechend den Anforderungen von Toyota an den Prototyp festgelegt. Das Solarmodul besteht aus einer 0,03 mm dicken Folie. Dadurch ist es möglich, die Folie an Kurven und engen Stellen anzubringen. Die Folie wird auf dem Dach, der Motorhaube und der Gepäckabdeckung angebracht. Das Solarladesystem erzeugt im Prototyp eine Leistung von etwa 860 Watt.

Zukünftige Entwicklungen

• Tesla hat mit Solarpaneelen auf dem Model 3 und dem Cybertruck experimentiert, aber es hat sich nicht als kosteneffektiv genug erwiesen, um sie serienmäßig einzusetzen.
• Volkswagen hat auf der ID einen Prototyp mit Solarzellen gezeigt. Buzz hat einen Prototyp mit Solarzellen gezeigt, der aber noch nicht in Produktion gegangen ist.

Obwohl Solarzellen auf Autos noch nicht zum Standard gehören, entwickelt sich die Technologie weiter. Im Moment ist die Solarenergie vor allem für eine geringe zusätzliche Reichweite nützlich, aber in Zukunft könnte sie effizienter und breiter einsetzbar werden. Die Sonne scheint jeden Tag absolut kostenlos. EVs täten gut daran, sich das stärker zunutze zu machen.