Potencial dels cotxes solars

Malgrat l’increment en l’adopció de vehicles elèctrics, el sector del transport continua sent responsable d’aproximadament un terç de les emissions mundials de diòxid de carboni (CO₂).

Aquesta xifra posa de manifest que, tot i els avanços tecnològics i el canvi cap a alternatives més sostenibles, encara queda un llarg camí per recórrer per tal d’assolir els objectius globals de descarbonització. En aquest context, resulta essencial implementar mesures addicionals per reduir de manera significativa les emissions associades a la mobilitat.

Una de les solucions innovadores amb un gran potencial és la integració de mòduls fotovoltaics en vehicles elèctrics, donant lloc als coneguts com a cotxes solars. Aquests vehicles no només poden contribuir a reduir les emissions de CO₂ associades a la generació d’electricitat necessària per a la seva recàrrega, sinó que també presenten altres avantatges significatius. Entre aquests, es troba la disminució dels costos i la freqüència de recàrrega, la qual cosa es tradueix en beneficis directes tant per als usuaris com per al conjunt de la xarxa elèctrica.

A més, aquesta tecnologia té el potencial de transformar el paradigma energètic de la mobilitat, promovent una major autonomia dels vehicles i una menor dependència de les infraestructures de recàrrega convencionals. En conseqüència, la combinació de mobilitat elèctrica i energia solar pot esdevenir una peça clau per impulsar una transició cap a un sistema de transport més net, eficient i sostenible a nivell global.

Les ciutats com a epicentre del mercat de vehicles solars

Actualment, les ciutats representen el principal mercat per als vehicles elèctrics, ja que les seves distàncies relativament curtes els converteixen en una opció molt atractiva. En aquest context, els vehicles que funcionen amb energia solar ofereixen un gran potencial, especialment en entorns urbans. No obstant això, les ciutats presenten reptes específics: edificis alts, arbres i altres obstacles que generen ombra sobre les carreteres i espais d'estacionament, limitant així la captació directa d'energia solar per part dels vehicles.

Malgrat aquestes limitacions, les zones urbanes d'algunes regions del món ofereixen condicions òptimes per a l'aplicació d'aquesta tecnologia. Ciutats d'Àfrica, Orient Mitjà, el sud d'Europa i el sud-est asiàtic són especialment adequades per a l'ús de vehicles d'energia solar, gràcies a la seva elevada insolació. A més, altres geografies com la Xina, Amèrica del Nord i Austràlia també presenten oportunitats interessants, tot i que amb factors ambientals diferents. És important destacar que, a les zones urbanes, les pèrdues energètiques associades a l'ombra poden arribar al 25%. Aquest percentatge, tot i ser significatiu, no representa un obstacle insalvable per a la integració i expansió d'aquests vehicles.

Cap a un futur urbà més sostenible

Amb l'augment constant de la població urbana i la necessitat urgent de reduir l'impacte ambiental de la mobilitat, els vehicles d'energia solar poden jugar un paper clau en la configuració de les ciutats del futur. Aquests vehicles no només contribueixen a reduir les emissions de carboni, sinó que també poden servir com a model per a solucions innovadores que ajudin a mitigar els efectes del canvi climàtic.

Per tal de maximitzar el seu potencial, és imprescindible que els responsables polítics i la indústria de l'automòbil col·laborin per establir un full de ruta clar. Aquest pla hauria d’incloure incentius per a la investigació i desenvolupament de tecnologia solar aplicada a vehicles, així com polítiques urbanes que afavoreixin la creació d'infraestructures adequades, com zones d'estacionament especialment dissenyades per optimitzar la captació solar.

En definitiva, els vehicles d'energia solar no només són una oportunitat per revolucionar la mobilitat urbana, sinó que també poden ser un element central en l'evolució cap a ciutats més sostenibles, eficients i respectuoses amb el medi ambient. Aquesta transició és essencial per garantir un futur urbà més verd, resilient i en harmonia amb el planeta.

Ramon Gallart

Torre d'energia per VE.

La transició cap als vehicles elèctrics suposa un gran repte, especialment perquè requereix reforçar les xarxes de distribució elèctrica per suportar la creixent demanda d'energia. Però, i si els carregadors de vehicles elèctrics poguessin funcionar de manera autònoma? Aquesta és la idea darrere d'un innovador carregador ultra-ràpid que utilitza exclusivament l'energia del vent i del sol, sense necessitat de connectar-se a la xarxa elèctrica.

Torre d'energia solar/eòlica, representada com a part d'un parc. Ha estat dissenyada per carregar vehicles elèctrics sense connectar-se a la xarxa. Font: CDIMAGE

L'enginyer i inventor Jim Bardia va mostrar al setembre del 2023 al Saló Internacional de l'Automòbil d'Amèrica del Nord de Detroit una maqueta a escala de la seva torre eòlica i solar. La idea va sorgir del seu somni de lliurar electricitat neta i fiable als agricultors de qualsevol regió que no tenen posiblistat asequible de gaudir de xarxes de distriubició. De fet. avui dia encara hi ha uns 775 milions de persones que  no poden accedir a fonts fiables d'energia elèctrica.

El sistema combina una turbina eòlica d'eix vertical amb panells solars col·locats al conjunt superior de les aspes de la turbina. Aquestes màquines horitzontals tampoc poden aprofitar les ràfegues de vent, la qual cosa suposa una gran pèrdua d'energia cinètica.

Un sistema patentnt de levitació amb imants permanents permet pràcticament eliminar les càrregues estàtiques i dinàmiques. El conjunt flota i gira amb una gairebé nul·la fricció. Quan el vent disminueix, l'efecte volant d'inercia manté la turbina en rotació durant períodes més llargs. 

Els panells solars integren ventiladors radials per refredar la part inferior de les cel·les voltaiques. La seva superfície és inclinada i així, elimina la rosada matinal per mantenir una bona neteja de la superficióa que perment reduir el su manteniment de neteja. 

El conjunt de la turbina es connecta mitjançant un eix motriu gràcies a una transmissió seqüencial de vuit velocitats i alimenta un generador amb una eficiència que està per sobre del 90%. Aquesta transmissió es controlada digitalment per ajudar a la torre a generar electricitat amb vents des de 8 km/h fins a 120 km/h.

Imatge de paisatge urbà d'edificis i vehícles en una carretera amb una turbina eòlica. La torre solar eòlica (WST), es podria col·locar amb la mateixa facilitat en llocs remots, ja que la seva potència és totalment autogenerada. Font: CDIMAGE.

Les torres tindrien uns 24 metres d'alçada, amb un rotor de 10 metres. El sistema permet allotjar 1 MWh de bateries per a l'emmagatzematge d'energia, idealment utilitzant bateries de segona vida. El vent juntament amb el Sol, combinats tenen una capacitat  de 70 kW constamts, o aproximadament 234 MWh per any, que són suficinets per permetre que els vehicles elèctrics cobreixin 1,3 milions de km amb un consum d'uns 5,6 km per  kWh.

Aleshores, la torre pot oferir una càrrega de fins a 380 kW, sense connexió a la xarxa. Actualment, pràcticament cada watt de capacitat renovable que s'integraa la xarxa requereix una de la seva redundància per seguretat del subministrament que acostuma a ser amb fonts contaminants per matneir el sefvei  quan el vent no bufa o el sol no brilla. Aquetes torres podrien alleujar aquesta necessitat i fer-ho de manera més neta i eficient. Altres aspectes a tenir en considerfació, són:

Més del 60 % de l'energia de la xarxa es genera a partir  combuwtibres fòssilsi aquest tipus de centrals elèctriques, són ineficients ja que, més del 60 % de l'energia utilitzada per a la generació d'electricitat es perd en la conversió.

El WST, un model a petita escala que es va dissenyar per primera vegada com a estació de generació d'energia per a granges sense accés a la xara. Font: CDIMA

La càrrega ràpida amb corrent continu, requereix de grans quantitats d'energia durant un període de temps curt. La potència necessària per a una única càrrega de 480 V de nivell 3 és equivalent a la càrrega de la xarxa de 50 cases durant aquest temps de càrrega.

En altres entorns les torres encara podrien connectar-se a la xarxa fet que, aportaria un altre avantatge a causa de la seva lenta però constant generació. Per exemple, una torre podria connectar-se a la xarxa amb una potència monofàsica a 230 V.

Font: Lawrence Ulrich és un guardonat escriptor d'automòbils i antic crític d'automòbils en cap a The New York Times i The Detroit Free Press.

Final dels combustibles fòssils.

Per primera vegada, es preveu per aquesta dècada que la demanda mundial de petroli, gas i carbó arribi al pic. A partir de llavors començarà a baixar a causa del creixement  de les tecnologies d'energia més netes i els cotxes elèctrics, segons l'Agència Internacional de l'Energia.

El Anual World Energy Outlook de l'IEA, que es va publicar l'octurbre de 2023, va, mostrar que "el món està assolint el punt més alt per arrivar a un punt d'inflexió històric", va escriure el director executiu Fatih Birol en una columna al Financial Times. El canvi tindrà implicacions per a la guerra contra el canvi climàtic, ja que avançarà el pic d'emissions de gasos d'efecte hivernacle.

Els combustibles fòssils encara es faran servir durant molts anys, però segons l'informe s'està al inici del final de l'era dels combustibles fòssils.

Aquest canvi es deu principalment al creixement espectacular de les tecnologies d'energia neta i dels vehicles elèctrics, combinat amb els profunds canvis estructurals en l'economia xinesa i les conseqüències de la crisi energètica global. Aquests factors han contribuït a un canvi de paradigma en els patrons de consum i producció energètica a escala mundial.

Tot i així, les caigudes previstes en la demanda de petroli, gas i carbó no són suficients per mantenir el món en la trajectòria necessària per limitar l’escalfament global a 1,5 ºC, un objectiu clau de l’Acord de París. Assolir aquest repte exigiria una acció política molt més decidida, coordinada i àgil per part dels governs de tot el món, així com una implicació activa del sector privat i la societat civil.

En aquest context, el futur dels combustibles fòssils es va convertir en el tema central dels debats durant la cimera climàtica COP28 de les Nacions Unides, celebrada a Dubai al desembre de 2023. Aquesta cimera va posar de manifest la urgència de prendre mesures dràstiques per descarbonitzar l’economia global. Les Nacions Unides van advertir que el món no està en bon camí per assolir els objectius a llarg termini establerts a l’Acord de París. Segons el seu informe, les emissions globals de gasos d’efecte hivernacle haurien d’arribar al màxim l’any 2025 i disminuir ràpidament a partir d’aleshores per mantenir l’escalfament global dins del llindar d’1,5 ºC.

Un altre element fonamental és que la substitució progressiva dels combustibles fòssils no només implica reduir-ne l’ús, sinó també garantir que les emissions associades que encara es produeixin puguin ser capturades i compensades adequadament. Aquest procés és imprescindible per assolir l’objectiu de zero emissions netes de carboni l’any 2050, però encara presenta desafiaments tècnics i econòmics significatius.

En aquest sentit, l’Agència Internacional de l’Energia (AIE) ja va anticipar en un informe publicat al juny de 2023 que la demanda mundial de petroli arribaria al seu màxim abans que finalitzés la dècada. Ara, per primera vegada, les previsions apunten que aquesta mateixa tendència s’estendrà també al carbó i al gas natural.

Segons les últimes projeccions, el creixement accelerat dels vehicles elèctrics a tot el món, especialment a la Xina, està reduint dràsticament la dependència del petroli. Es calcula que la demanda global d’aquest recurs assolirà el seu màxim abans del 2030. Pel que fa al carbó, després d’una dècada de forta demanda, s’espera que el consum arribi al seu zenit en els pròxims anys, gràcies a la proliferació de les fonts d’energia renovables i al tancament progressiu de plantes de generació elèctrica a base de carbó.

Per altra banda, l’anomenada “Edat d’Or del Gas” està arribant al seu final. Es preveu que la demanda de gas natural comenci a disminuir a les economies avançades cap a finals d’aquesta dècada. Aquest declivi està impulsat pel ràpid creixement de les energies renovables, que superen cada vegada més el gas com a font principal per generar electricitat, per l’augment de l’ús de bombes de calor i per l’acceleració del procés de transició energètica a Europa, especialment després de la invasió russa d’Ucraïna, que va posar en evidència la vulnerabilitat de la dependència dels combustibles fòssils.

En conclusió, el món està presenciant una transició energètica sense precedents, però aquesta no avança amb la rapidesa necessària per evitar les pitjors conseqüències del canvi climàtic. Aquesta transformació requereix no només innovacions tecnològiques, sinó també un compromís més ferm per part de tots els actors implicats per avançar cap a un futur sostenible i resilient.

Ramon Gallart
Font: Agencia Internacions de l'Energia.