Wracam do tematu pojazdów elektrycznych. Impulsem była dyskusja, jaką stoczyłem na jednym forum z gościem, który twierdził że tanie w eksploatacji samochody elektryczne to nie problem techniczny, tylko polityczny. Bo wszystko potrzebne już jest, a tylko źli politycy kryją lobby od ropy. Wystarczy wziąć mały, tani (TANI?!) samochód elektryczny, obłożyć go ogniwami fotowoltaicznymi i przez 8 godzin stania pod firmą on się darmowo podładuje. Przy tym twierdził, że z wykształcenia jest fizykiem i inżynierem elektronikiem, ale robi jako pisarz i antykwariusz.
Gość w swoich wywodach (również na swoim blogu, którego nie zalinkuję żeby głupot nie propagować) unikał jakichkolwiek liczb, więc popieram jego decyzję o nie pracowaniu jako inżynier. Ale zastanówmy się może, dlaczego to nie ma sensu.
Jak już wielokrotnie wyjaśniałem, efektywny samochód elektryczny nie może być zbyt ciężki. I ten gość też to zauważył - on myślał o małym, dwuosobowym samochodzie do dojeżdżania do pracy. No i wymyślił właśnie obłożenie tego samochodu ogniwami fotowoltaicznymi. U niego to nie problem, technologia ma być zbliżona do malowania. Takie lekkie SF. No dobra, niech mu będzie. No i teraz jak ten samochód stoi przez 8 godzin pod firmą, to ma się trochę za darmo podładować. Tak! To u niego jest za darmo! Kto mu dał dyplom? (Jeżeli, oczywiście, naprawdę ktoś mu dał).
To może policzmy. Najpierw ile moglibyśmy z tego dostać prądu.
Według danych dla Niemiec, z jednego metra kwadratowego dobrze ustawionego panelu (zwrócony na południe, pochylony pod właściwym kątem, nie zacieniony ani trochę) można by dostać rocznie średnio 1000 kWh. Ale to wartość czysto teoretyczna - to jest energia przychodząca z góry. Poszukałem w sieci ile dają realnie istniejące instalacje, i jest to zaledwie rzędu 100 kWh/m2 panelu.
A takie instalacje montuje się coraz częściej nie tylko na dachach, ale na sporych powierzchniach w terenie. Na zdjęciu: Fotowoltaiczna elektrownia słoneczna koło A4 w rejonie Erfurtu.
Elektrownia słoneczna przy A4 koło Erfurtu
Największa taka instalacja w Niemczech (Solarkraftwerk Neuhardenberg) ma moc szczytową ok. 20 MW, i daje rocznie ok. 20 GWh energii zajmując w terenie 400.000 m2. Dla niezorientowanego to imponujące liczby, ale policzmy trochę:
- Metr kwadratowy terenu takiej instalacji daje zaledwie 50 kWh/rok
- Założywszy że mamy metodę na całkowicie bezstratne magazynowanie dowolnej ilości energii, to żeby zaspokoić zapotrzebowanie Niemiec na prąd (rzędu 550 TWh/rok) z takich elektrowni, musielibyśmy ich nabudować jakieś 27.500 sztuk, i zajęłyby one około 11.000 km2, czyli pod 3% powierzchni kraju albo połowę Hesji.
- Cena kilowatogodziny dla odbiorcy prywatnego w Niemczech wynosi około 25 centów. Z tego, po odliczeniu podatków, odpisów, opłat przesyłowych itp, dla producenta energii idzie ok. 8,5 centa. Czyli ten metr kwadratowy terenu przynosi rocznie 4,25 EUR przychodu. No po prostu majątek. Ale najpierw wkładamy w ten sam metr kwadratowy jakieś setki euro, i kiedy to się zwróci? Odpowiedź jest prosta - NIGDY!
Skoro nigdy się nie zwróci, to dlaczego to się robi? Bo rzecz jest dofinansowywana z kieszeni podatnika i odbiorcy prądu. To dłuższy temat, nie będę w niego wchodził.
A teraz wróćmy do samochodów. Instalacja fotowoltaiczna nie opłaca się na skalę przemysłową, ale może by się opłacała w małej skali? Na przykład do "darmowego" doładowywania samochodu?
Tazzari Zero
Jako samochód weźmy takiego Tazzari Zero - to jest mniej więcej taki rozmiar jaki ten gość chyba sobie wyobraża. Jeżeli pokryjemy go ogniwami, to nie będzie ich za wiele (mały samochód - mała powierzchnia do wykorzystania) i żadne z nich nie będzie ustawione idealnie. Jeżeli nie mieszkamy i nie pracujemy na bezdrzewnej pustyni, to nie zapewnimy samochodowi zawsze parkowania w miejscu ani przez chwilę nie zacienionym. No i jeszcze się on częściowo pobrudzi, zmniejszając efektywność. Szacowałbym optymistycznie, że szczytowo dostalibyśmy z tych ogniw nie więcej niż z metra kwadratowego panelu stacjonarnego, a średnio kilkukrotnie mniej. No ale jak już jesteśmy przy fantastyce z malowaniem ogniw, to wyfantazjujmy im jeszcze trochę wyższą sprawność. Powiedzmy, że z tego samochodu dostaniemy rocznie 200 kWh (ale pojechałem, ma się tą wyobraźnię, co?).
A teraz jeżeli te 200 kWh pobralibyśmy z gniazdka, to w cenach niemieckich zapłacilibyśmy za nie całe 50 EUR. W Polsce jeszcze mniej. Tyle więc mielibyśmy po stronie przychodów. Załóżmy teraz że takim samochodem jeździmy przez 10 lat. Baaardzo optymistyczne założenie - producenci hybrydów dają na akumulator tylko 8 lat gwarancji. A w ogóle elektryk po dziesięciu latach prawdopodobnie będzie archaicznym zabytkiem. No ale niech będzie: Przez 10 lat oszczędzimy aż 500 EUR. Czy jesteście pod wrażeniem?
Bo ja nie. 500 EUR to kosztuje dopłata do lakieru perłowego w zbliżonej wielkości samochodzie - Toyocie IQ. Gdzie za 500 EUR cały samochód w ogniwach? Nawet malowanych? Myślę że kosztowałoby to najmniej 10 razy tyle. To znowu nie zwróci się NIGDY!
Jeszcze tak informacyjnie: Takie 200 kWh to po odjęciu strat na akumulatorze dałoby 160 kWh do wykorzystania, co umożliwiłoby przejechanie jakichś 1600 km. Niby sporo, ale na rok, czyli średnio jakieś 4 km dziennie. Ale przypominam, że wartość ta jest mocno zawyżona.
A teraz porozmawiajmy o aspekcie, o jakim pan "fizyk" / "inżynier elektronik" nawet nie pomyślał. Zróbmy taki eksperyment profesora Gedankena: Wyobraźmy sobie, że na laminatowe nadwozie tego pojazdu nanosimy jakąś technologią w rodzaju natryskiwania ogniwa fotowoltaiczne. Pokrywamy je jakąś warstwą ochronną. I teraz wsiadamy do samochodu, jest lato, jedziemy w stronę plaży i na parkingu, w południe, w pełnym słońcu przycieramy błotnikiem o stalowy, niemalowany, ocynkowany słupek. Słupek zdziera warstwę ochronną i kolejne warstwy ogniwa (bo że warstwy być muszą, to chyba nie ulega wątpliwości). No i oczywiście robi się zwarcie w pracującym na maksa ogniwie którego podłożem jest jakieś tworzywo sztuczne. Pytanie: Co zrobić, żeby akcja nie skończyła się średnio romantycznym ogniskiem, być może nawet z wkładką mięsną?
Czyli: Fotowoltaika energetyczna ma w naszych okolicach mało sensu. Wiatrak mimo wszystko jest lepszy. A już fotowoltaika zabudowana na samochodzie nie ma sensu dokładnie żadnego.
Nie, no jak wiatrak? Na aucie? 🙂
Swoją drogą zawsze mnie dziwi, ze entuzjaści tracą umiejętności rachunkowe…
„Nie, no jak wiatrak? Na aucie?”
Żebyś się nie zdziwiła. Mam zdjęcia, skrobnę notkę.
Może jakaś podpowiedź co do osoby „inżyniera”? Ja bym sobie tego bloga chętnie pozgłębiał 🙂
Ależ bardzo proszę. On nie używa ksywki, tyko podpisuje się nazwiskiem, a o tych niesamowicie tanich samochodach jest TUTAJ
O tym, że problem jest tylko polityczny TUTAJ
A przyznaje się do wykształcenia TUTAJ
Z tego co piszesz wynika, że współczesne ogniwa mają 10% sprawności.
To i tak rewelacja – nie tak dawno miały koło 2%.
Najśmieszniejsze, że takie wyliczenia (ile trzeba baterii słonecznych do zasilania żelazka, samochodu etc.) czytałem w jakiejś książce popularno-technicznej jeszcze w liceum.
Wszystko prawda, no i śrendniozasięgowa SF, ale końcówkę to troszeczkę pojechałeś – w jakieś tam sekcje (no bo przecież nawet w SF to nie jest samochód na 1 czy 2V…) jakichś tam futurystycznych ogniw można a nawet trzeba zabudować zabezpieczenia przed uszkodzeniem, w tym zwarciem, każdej sekcji, więc obcierka fotowoltaiką o barierkę to IMHO bardzo wydumany i najmniejszy problem.
BTW cyferki i życie kontra ekololo-ideololo, to w praktyce obecnie równie nieciekawie i bessęsu wychodzi pure elektryk na bateriach kontra mały diesel albo mały LPG – a jego piewcy równie odporni i trudni do zatłuczenia baterią trakcyjną, jak ten twój delikwent.
@sekcje i zabezpieczenia
Nie, no pewnie że trzeba robić, ale to się kłóci z „tanimi ogniwami w techologii malowania” – wtedy zaczynają wychodzić układy scalone grubowarstwowe na metrach kwadrat i to nie płaskiego.
A problemy pożarowe ruszam nie bez przyczyny – z tych entuzjastów to praktycznie nikt się nie zastanawia bardziej całościowo. W Niemczech najpierw zaczęli instalować fotowoltaikę na dachach domków jednorodzinnych, a potem okazało sie że straż pożarna nie chce takich domów gasić, bo sie boi porażenia prądem. Teraz już wiedzą że to dla nich niegroźne (bo strumień wody po kilku metrach traci ciągłość), ale o takich rzeczach trzeba myśleć zawczasu, a nie potem.
Czemu wszyscy (no prawie) brną jak durne w ten wyłącznie elektryczny samochód?
Dopóki nie będzie jakiejś rewolucji w konstrukcji ogniw, umożliwiających zmagazynowanie kilkadziesiąt razy więcej energii w jednostce objętości to takie pomysły są skazane na niepowodzenie.
Czemu poza GM nikt nie korzysta ze sprawdzonej konstrukcji hybrydy szeregowej?
Trudno mi wchodzić w szczegóły bez ujawniania informacji zastrzeżonych, ale spodziewaj się wkrótce wysypu elektrycznych i hybrydowych modeli firm niemieckich.
Ale i tak będą z tego same straty dla producentów.
Jak na razie jest to jedyna sensowna alternatywa dla samochodu wyłącznie na paliwo kopalne.
Przy okazji także bardziej „eko”, a przynajmniej na papierze bardziej ekologiczne 😉
Witam i pozdrawiam. 🙂 bloga przeczytałem już prawie całego i dowiedziałem się mnóstwo rzeczy które zawsze mnie ciekawiły 🙂
Co do autek tylko na prąd to przyznam że idea ta interesuje mnie od dawna z nieco innych przyczyn niż ekologia.
Autka spalinowe są bowiem faktycznie optimum jeśli chodzi o kompromis masa/moc i aby się o tym przekonać wystarczy spojrzeć na użycie silników spalinowych w lotnictwie – lub jeśli chcemy coś mniej 'korporacyjnego’ – amatorskich motocyklach.
Są jednak inne aspekty które sprawiają że straciłem mnóstwo czasu na obliczeniach i projektowaniu 🙂
Pierwszy – wygoda. Pojazd który ładuje się sam, bez stacji benzynowych etc. etc.
Drugi – bezawaryjność. brak części mechanicznych, płynów, etc.
Ekologia/ekonomia niestety wypada najgorzej. Zaczyna się od baterii. Albo są cięzkie i nietrwałe (ołow, nikiel), albo drogie, produkowane tylko w krajach b. wysoko rozwinietych i również niezbyt wspaniałe.
Niemniej jednak spędziłem sporo czasu na obliczeniach podobnych do twoich i dopusciłem więcej kompromisów.
Na dzień dobry pożegnałem się z marzeniem iż to może być w ogóle 'samochód’. bardziej coś w rodzaju melexa.
Wąskie koła, sprawne bezszczotkowe silniki z elektroniką umożliwiającą zarządzanie ciepłem, plastikowe szyby,
praktycznie brak bagażnika, dwuosobowe… no i prędkość max. około 60km/h.
btw. ważnym punktem tutaj to kwestia opłat typu OC. niestety aby to sie w ogóle opłacało i dało zarejestrowac z OC około 120pln/rok (vs ponad 500) jest wymóg nie przekraczania prędkości max 45km/h. to bardzo boli.
Niestety jest to punkt który eliminuje moim zdaniem z rynku wszystkie 'ekologiczne’ pojazdy – nie tylko elektryczne ale też wyżyłowane diesle czy doładowane benzyniaki – jak również ideę 'małego auta tylko do miasta’ – OC niestety płacimy za _każdy_ posiadany pojazd.
Auto więc musi więc zarobić na swoje OC – nie może tylko stać w garażu. Pomysł więc że małym 'ekologicznym’ autem będziemy jeździć po mieście a 'prawdziwym’ będziemy pokonywać dłuższe trasy i autostrady jest już na starcie totalnym ekonomicznym niewypałem.
Jednak nie poddawajmy się. załóżmy że elektronicznie ograniczymy ten pojazd do 45km/h i że faktycznie to nam wystarczy na miasto (w rzeczywistości jeśli żyjemy w tak zakorkowanym mieście to najbardziej opłaca się… wyprowadzić 😉
Do celu więc. do obliczeń wychodziłem z założenia iż uda się użyć wysokosprawnych ogniw i że mamy dostępne 1000W/m2 przez około 3 godziny dziennie .
na autku klasy melexa da sie wywalczyć około 3 m2 zakładając że wychodzimy nieco poza obrys pojazdu, co przy sprawności ogniw 20% (wiem że to teoria 🙂 daje nam około 900Wh, czyli około 2700Wh dziennie.
Już ta liczba wygląda dość marnie aby skutecznie zniechęcić 🙂 Ale zakładająć iż słońca jednak będzie ciut więcej codzień aby przezwyciężyć marną sprawność ładowania baterii (zwłaszcza w niskich temperaturach…) i że w upalne dni gdy sprawność ogniw słonecznych w godzinach szczytu jest mniejsza jest też więcej godzin słonecznych, daje nam to jednak te 3kWh energii.
Tuningowany melex przejedzie na tym około godziny z 'optymalną’ prędkością (z silnikiem 3KW i około 70% sprawności daje radę rozpędzić się do 60km/h) co przy prędkości 45km/h daje nikłą nadzieję na około 45km dziennie.
Niby mission complete na niedaleki dojazd do pracy czy pojazd na miasto (tak na prawdę lepiej wychodzi przy takim zasięgu zwykły rower – zwłaszcza dla zdrowia), ale 3KWh to niestety kupa energii do zmagazynowania.
nawet jeśli założymy używanie nowoczesnych wysokonapięciowych sterowników, potrzeba banku baterii na około 300V 10Ah, lub – bardziej realinie jeśli chodzi o względy bezpieczeństwa i wytrzymałośc elektroniki – 150V 20Ah.
jedno ogniwo lifepo 10Ah 3.6V to koszt około 20eur.
jakby nie liczyc potrzeba 83-84 ogniw – to już koszt 1680 eur.
Trwałość tych ogniw to około 2000 cykli. realnie około 500. czyli ledwie dwa lata.
Tak więc nawet w tak mikro skali ekologia i wygoda po prostu się nie opłaca.
I co najgorsze w tych obliczeniach niestety to nie problem samych ogniw czy ładowania z gniazdka, ale fakt że żeby auto w ogóle pojechało to trzeba mieć tych akumulatorów conajmniej połowę.
przypomnijmy jednocześnie –
Używane auto klasy VW polo czy jakiegos fiata uno można dostać za okolo 200-300eur – i na pewno pojeździ dłużej niż 2 lata 😉
podsumowując – żeby na prąd się w ogole dało trzeba rozwiązać problem baterii.
Ad ogniw – doczepenie niewielkiej przyczepki bądź skonstruowanie jakichś rozkładanych wynalazków szybko zwiększa powierzchnię – więc tak na prawdę to nie jest showstopper aut elektrycznych. Są dostępne rozwijane ogniwa – wiem że w polsce takie coś by szybko ukradziono, ale sama teoria tego że parkujemy, rozwijamy 'dywan’ ogniw i autko się ładuje jest ok. Zwławszcza że ogniwa nie muszą być częścia auta – mogą sie przydać do zasilania kampingu, biwaku, działki nawet gdy auto już dawno zardzewieje.
Problem niestety to cena i żywotność baterii – auto musiałoby być skonstruowane tak aby było tak lekkie i energooszczędne aby praktycznie jechać od razu zasilane z ogniw słonecznych aby to miało nawet nie tyle sens aby być do przodu ekonomicznie, ale żeby nie być kolosalnie do tyłu vs. zwykłego LPG które w końcu aż tak nieekologiczne nie jest.
Dodam tutaj że jakieś wynalazki typu szeregowa hybryda to raczej bezsens bo nadal problemem są baterie . Być może napęd spalinowy na przód a elektryczny – z odzyskiem – na tył – ale nie szereg – bo to wymaga znów kosztownego banku baterii.
Pozdrawiam i przepraszam za długość wywodu 🙂