KOMENTÁŘ: Čekání na zázrak, který nepotřebujeme, ale budeme mu tleskat

Už jsme si zvykli, že technologičtí výrobci představují koncepty, které jsou zatím třeba jen v zárodku a jejich nasazení do sériové výroby je nejisté nebo přinejlepším vzdálené. Přesto dokážou vyvolat nadšení, a to i v případě, že řeší problém, který ve skutečnosti není tak palčivý, jak jej někteří vnímají.

Automobil přímo poháněný sluncem není sci-fi, u Mercedesu na něm pracují. (ilustrace)

Kolegové z redakce Auto.iDNES.cz v pátek 17.10. vydali zprávu o speciálním fotovoltaickém nátěru, na kterém ve výzkumných laboratořích pracují specialisté z Mercedesu, Fraunhoferova Institutu pro solární energetické systémy a další výzkumníci. Během parkování má neustále dobíjet akumulátor a touto zcela ekologicky vyrobenou energií pokrýt nemalou část provozní spotřeby.

To, co Mercedes představil, je zatím pouze koncept, vize, na které nyní pracují. Přesto vzbudil obrovský čtenářský zájem – pro spoustu lidí totiž vyřešil hned dva jejich největší strašáky elektromobility: nutnost je dobíjet z elektrické sítě a dojezd definovaný kapacitou akumulátoru.

Samozřejmě, hračičkovská část ve mne nadšeně tleská – vize fotovoltaického nátěru, kterým by šel povrch nějakého předmětu či objektu de facto proměnit v solární panel, je fascinující a otevíral by i dnes netušené možnosti. Ale moji racionálnější část trochu zaráží, kolik pozornosti přitahuje řešení problému, který je do jisté míry pouze iluzorní.

Pojďme se však nejprve na fotovoltaický nátěr a související fyziku podívat podrobněji.

Nablýskaný oříšek

Mercedes uvedl, že půjde o 5 mikrometrů tenkou vrstvu, která nebude obsahovat křemík, vzácné zeminy a bude levná a recyklovatelná. Co ji bude tvořit, samozřejmě nevíme, více informací Mercedes „nepustil“, ale pokud se pro následující odstavce ponoříme do říše střízlivých spekulací, teoreticky by mohlo jít o tekutou variantu perovskitových článků.

Přesnější složení je zatím v (třícípých) hvězdách, protože perovskit v některých variantách obsahuje silně toxické prvky a u těch ekologičtějších zase bývá nižší účinnost. Nicméně lze předpokládat, že to je jedna z hlavních součástí probíhajícího výzkumu a vývoje.

Perovskit

Perovskit je minerál oxid vápenato-titaničitý (CaTiO₃). Když se v souvislosti s fotovoltaikou hovoří o perovskitu, jedná se o syntetické materiály, které mají stejnou krystalickou mřížku ABX₃ jako přírodní minerál. Tato struktura má totiž výjimečné optoelektronické vlastnosti, kterých se průmyslově využívá.

Důležité je, že se perovskity vyrábí v tekuté podobě a fotovoltaické články se z nich tvoří nanášením tekutiny a následným vytvrzením do krystalické podoby, která má chtěné fotovoltaické vlastnosti. V případě karoserie auta by samozřejmě musela zůstat do jisté míry pružná, aby nepraskala v důsledku pnutí ploch pohybujícího se vozidla. Což je trochu oříšek.

Automobil přímo poháněný sluncem není sci-fi, u Mercedesu na něm pracují. (ilustrace)

Dalším oříškem je sběr elektrického proudu a jeho odvod od fotovoltaických článků do měniče. Lze předpokládat že půjde o další tenkou vrstvu pod fotovoltaickým nátěrem, která bude mít mikroskopické proudové sběrnice nejspíše z nějakých vodivých nanomateriálů. Ta bude nejspíše muset být poměrně komplexní: největším nepřítelem fotovoltaických panelů je částečné zastínění, které ústí v lokální přehřívání a snižuje účinnost celého systému. A protože lze počítat, že na auto v běžném městském prostředí skoro vždy něco vrhá alespoň trochu stínu, toto bude muset být systémově vyřešené.

Důležitá vrstva bude ta úplně první na povrchu. Ta bude muset být co nejvíce transparentní pro sluneční paprsky, ale zároveň velmi odolná – bude chránit ostatní citlivé vrstvy před mechanickým poškozením, ale i působení různých chemikálií – od posypové soli, nemrznoucích směsí v ostřikovačích přes detergenty v automyčce.

Mercedes tvrdí, že systém bude nabíjet trakční baterii. Ve vozidle tedy bude muset být DC/DC měnič, který bude měnit napětí z řádově desítek voltů na 800 V, které dnes elektromobily Mercedesu ve vysokonapěťové části používají.

Teď trocha počítání. Velký koncept Mercedes-Benz Vision Iconic, se kterým vizi fotovoltaického nátěru představili, má podle Mercedesu plochu 11 m². V České republice je energetická intenzita slunečního svitu zhruba 1000 W/m čtvereční, na myšlené vozidlo tedy dopadá energie zhruba 11 kW. Účinnost fotovoltaického nátěru má být kolem dvaceti procent, výkon zcela osluněného vozidla v ideálních podmínkách by mohl být zhruba 2,2 kW. Ideální podmínky jsou v tomto případě spíše hypotetické, už jen proto, že část fotovoltaických článků bude vždy ke slunci v suboptimální pozici.

Vozidlo tedy bude nejspíš muset být doplněno i menším vyrovnávacím akumulátorem, který se bude dobíjet nižšími výkony ze solárního nátěru a poté se vyšší rychlostí „vybije“ do akumulátoru trakčního. Většina elektromobilů totiž nepodporuje nabíjení pomalejší než 6A při 230V, tedy zhruba 1,4 kW a byl by to proces značně neefektivní.

Podle Mercedesu má v podmínkách střední Evropy pouze na energii z fotovoltaické vrstvy ujet až 12 tisíc kilometrů za rok, což odpovídá průměrně asi 32 km denně, tedy nějakým 4 – 6 kWh energie, což je teoreticky reálné. Tedy pokud nebudete parkovat na krytém místě, ve stínu domu nebo pod stromem.

Mimochodem, 12 tisíc km je (zhruba) průměrný roční nájezd evropských motoristů.