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Les comptes (impossibles) pour obtenir une voiture solaire autonome qui se recharge uniquement avec la lumière du soleil

À ce stade, personne ne doute que le rêve de la voiture électrique autonome est quelque chose qui finira par se produire dans un avenir plus ou moins proche. Mais imaginez qu’en plus d’être autonome au niveau de la conduite, il pourrait se recharger exclusivement à l’énergie solaire. C’est-à-dire que c’était une parole autosuffisante en énergie.

La vérité est que, en tant que concept, cela sonne bien. Et il existe de nombreux constructeurs automobiles et start-ups qui sont convaincus qu’il existe une niche de marché dans le secteur des voitures solaires. Cependant, si nous mettons les pieds sur terre et faisons les chiffres, nous nous heurtons aux lois de la physique. Et ce n’est pas dû à une limitation purement technologique (qui aussi), mais parce que le roi des étoiles n’est pas capable de nous donner toute l’énergie dont nous avons besoin pour déplacer une voiture sur une si petite surface. En tout cas, je peux vous dire que je nous sommes loin de pouvoir profiter d’une voiture solaire autonome.

Voitures solaires: à la recherche de l’utopie d’un véhicule qui n’a pas besoin d’être ravitaillé

Les voitures équipées de panneaux photovoltaïques ce n’est pas quelque chose de nouveau. En fait, dans le cas de la Toyota Prius hybride rechargeable, c’est quelque chose qui est disponible depuis 2010 dans ce qui était la première tentative d’apporter la technologie solaire au secteur automobile. Cependant, ce panneau solaire n’a pas été utilisé pour charger la batterie de traction, mais sa puissance de 56 W n’a été utilisée que pour refroidir la cabine lorsque la voiture était garée au soleil.

Ces dernières années, cette idée est devenue beaucoup plus populaire et nous avons vu diverses marques présenter leur propositions pour l’utilisation de l’énergie solaire dans les véhicules. C’est le cas de Lightyear One ou du média Sono Sion, qui promet jusqu’à 34 kilomètres par jour «gratuits» grâce à la lumière du soleil. Même Toyota a osé lui-même un nouveau prototype de la Toyota Prius, cette fois un peu plus ambitieux, avec 860 W de panneaux solaires et promettant de récupérer un maximum de 44,5 kilomètres d’autonomie par jour dans le cycle d’homologation japonais optimiste.

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Mais la vérité est qu’aucune de ces propositions ne signifie que nous cesserons de visiter les stations-service (ou les points de recharge dans ce cas) pour toujours. Malgré les promesses, dans une application réelle, il est très peu probable que les panneaux solaires nous fournissent plus d’énergie que nécessaire pour parcourir de courtes distances les jours ensoleillés.

Si vous voulez aller dans une voiture solaire autonome, soyez prêt à aller maladroit (et lent)

Si faire parcourir un nombre important de kilomètres en voiture grâce exclusivement à la lumière du soleil est déjà un défi technique majeur, l’extrapoler à une voiture autonome devient une dimension astronomique.

La vérité c’est que voitures alimentées exclusivement par l’énergie solaire exister, ce qui est dit exister existe. Mais pour la plupart, ce ne sont que des véhicules expérimentaux développés par des groupes d’étudiants pour des compétitions interuniversitaires et qui ne peuvent être extrapolés au monde des véhicules utilitaires.

Ces véhicules sont normalement conçus pour maximiser l’efficacité de l’entraînement et la superficie disponible, ce qui se traduit par des roues d’une largeur valant un vélo, juste assez d’espace pour un occupant (sans valises), des designs très aérodynamiques, des matériaux ultralégers qui ne répondent pas aux normes de sécurité et pas de systèmes d’infodivertissement, de climatisation ou d’autres types de des conforts auxquels nous ne voulons pas renoncer. Et bien sûr, sans le poids et la consommation matérielle d’un système de conduite autonome.

Cependant, ces véhicules expérimentaux sont capables de parcourir des centaines de kilomètres en utilisant exclusivement l’énergie du soleil. Bien sûr, toujours en plein jour (par temps ensoleillé) et à vitesse modérée.

Voiture solaire autonome

Le défi de développer une voiture solaire autonome: ce sont les factures

Dans le défi de développer une voiture solaire autonome, nous avons principalement deux limitations techniques: la surface disponible et le rendement des cellules photovoltaïques:

  • Surface disponible. La surface disponible dans une voiture est limitée et ne peut être augmentée à volonté. De plus, les voitures sont pleines de formes irrégulières et présentent une multitude de surfaces vitrées, ce qui limite l’espace pour l’installation de cellules solaires.
  • Efficacité des cellules solaires. Actuellement, les panneaux solaires les plus performants du marché (panneaux, pas cellules) ont un rendement de 22,8%. En revanche, les cellules photovoltaïques du prototype Toyota Prius déclarent un rendement de 34%, un chiffre beaucoup plus élevé mais qui correspond à des cellules à technologie triple jonction, plus chères et innovantes que les cellules en silicium cristallin habituelles de l’industrie. Dans tous les cas, ces chiffres d’efficacité ne sont pratiquement atteints que dans des conditions de laboratoire spécifiques et assez optimistes (irradiance de 1000 W / m2, masse d’air de 1,5 et température de 25 ° C).
Cellules solaires Sono Sion

Pour montrer qu’il n’est pas possible (avec la technologie actuelle) de fabriquer une voiture autonome qui puisse se déplacer par elle-même exclusivement avec la lumière du soleil, nous allons faire quelques comptes simples et très favorables pour la voiture.

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Supposons que la voiture soit un prisme rectangulaire de 2x5x1,5 mètres (largeur, longueur, hauteur), qui a une superficie totale (très optimiste) de 31 mètres carrés. Supposons aussi que nous soyons capables de couvrir 100% de cette surface avec des cellules photovoltaïques. Et que ces cellules, si cela ne suffisait pas, ont une efficacité de 34%.

Dans le meilleur des cas, et compte tenu d’un rayonnement des conditions de laboratoire, la voiture pourra générer une puissance crête de 10,54 kW, ce qui se traduit par 14,34 ch. Et pour déplacer une voiture avec facilité et sécurité, nous savons que il en faut beaucoup plus. Rare est qu’un utilitaire de base n’ait pas au moins 60 ch.

Mais on parle aussi d’un cas utopique qui n’arrivera jamais, puisque la surface recouverte de cellules solaires sera orientée vers tous les points cardinaux, donc à aucun moment il ne pourra recevoir le rayonnement solaire direct sur toutes ses faces. Cela, ajouté au caractère aléatoire de l’itinéraire d’une voiture, rend la puissance générée à chaque instant particulièrement variable et toujours nettement inférieure à celle déclarée. Et tout cela sans prendre en compte d’autres facteurs comme les ombres inévitables au jour le jour, les saletés imprégnées dans la carrosserie, les pertes dans le système électrique du véhicule lui-même, la consommation des systèmes auxiliaires et de la climatisation …

Même en couvrant complètement la voiture avec des cellules solaires, nous n’obtiendrons pas assez de puissance pour nous déplacer facilement

Oui c’est vrai que le véhicule pourrait équiper certaines capacités de batteries où stocker l’énergie solaire excédentaire ou produite lorsque la voiture est à l’arrêt. Mais cela ne correspondrait pas à la philosophie d’une voiture autonome. Et est-ce qu’en n’ayant pas de conducteur, les véhicules autonomes n’auront pas besoin de faire des arrêts périodiques, mais serviront aussi longtemps que possible. Et en cas de devoir s’arrêter, ce sera dans des situations de faible demande, qui coïncideront probablement avec les heures de nuit (et pas de rayonnement solaire).

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Par conséquent, dans le meilleur des cas, nous pourrions parler de une voiture autonome partiellement assistée par l’énergie solaire, mais jamais à partir d’une voiture autonome en énergie. Et il faudrait s’arrêter et se demander si dans un monde où produire de l’électricité avec l’énergie solaire et éolienne à grande échelle est vraiment bon marché, il vaut la peine d’équiper les voitures de ce type de système avec la complexité et le coût que cela implique.

Image de couverture | Hideki Kimura, Kouhei Sagawa / CC BY

Images | Mark (Flikr), Sono Sion

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