El sol es una fuente de energía maravillosa, que nos viene ofreciendo luz y calor desde el origen de nuestra especie. Su potencia es tal que, con la energía que recibimos en una hora, podríamos cubrir la demanda mundial de todo un año. Para aprovecharla, estamos limitados por la tecnología actual, pero los costes han bajado tanto que son equiparables a los combustibles fósiles.
Era cuestión de tiempo que algún fabricante se decidiese a utilizar la energía solar en sus vehículos. Toyota lo hizo en 2017, lanzando un Prius Plug-in Hybrid con paneles solares en el techo. En el presente artículo, vamos a tratar de explicar, de forma sencilla y sin querer sentar cátedra, cómo se ha aplicado esta tecnología.
Formas de aprovechar la energía solar
Como decíamos, a lo largo de la historia hemos aprovechado la energía solar tal y como nos llegaba. Es lo que se conoce como energía solar pasiva, y la usamos cuando construimos una casa de cara al sol, un invernadero para aprovechar el calor o un coche con techo panorámico.
Posteriormente, hemos aprendido a capturarla y transformarla a través de diversas tecnologías. A esto lo llamamos energía solar activa, y abarca tanto un gran parque fotovoltaico como la pequeña calculadora solar que nos regalaron de niños. Su gran ventaja frente a la pasiva es sencilla: poder almacenar la energía y distribuirla para cuando no está disponible de forma natural.
Simplificando, podemos decir que del sol aprovechamos dos recursos: la luz y el calor. Y, por eso, tenemos dos grandes tipos de energía solar:
- Fotovoltaica: gracias a los paneles oscuros que ya conocemos, transformamos la luz del sol en electricidad. Se puede utilizar de forma aislada, como la pequeña calculadora, o almacenarla y volcarla a la red eléctrica para su uso común.
- Térmica: en este caso, se trata de aprovechar el calor del sol, bien directamente o bien concentrando los rayos de sol en un punto. Utilizamos colectores o captadores para calentar agua para consumo humano, u otros líquidos para sistemas de calefacción domésticos. A mayor escala, se usan paneles parabólicos o heliostatos para producir electricidad con turbinas movidas por vapor de agua.
Cómo conseguimos energía fotovoltaica
Como ya nos podremos imaginar, la energía que utiliza el Toyota Prius Plug-in Hybrid Solar es la fotovoltaica. Su funcionamiento es muy similar al de otros dispositivos con paneles de este tipo (como la calculadora de nuestro ejemplo), aunque obviamente a una escala mucho mayor.
Se basa en el conocido como Efecto Fotovoltaico, en el que un material semiconductor (generalmente silicio y fósforo) recibe los fotones de la luz solar, se ioniza y emite electrones. Estos electrones liberados son capturados y reunidos, generando electricidad en el proceso.
Los paneles fotovoltaicos cuentan con inversores de potencia que convierten el tipo y la tensión de la corriente para su uso inmediato. También suelen estar conectados a un circuito para alimentar un sistema de baterías, para un uso posterior de la energía. Incluso pueden estar enlazados a la propia red de suministro eléctrico, como hacen las grandes centrales fotovoltaicas.
Hasta ahora, la tecnología actual se ha encontrado principalmente con dos limitaciones técnicas:
- La eficiencia de conversión, ya que las células fotovoltaicas no permiten aprovechar el total de la energía solar que nos llega. Aquí podemos encontrar células de silicio amorfo (con un 6 % de eficiencia), silicio monocristalino (en torno al 22 %) o multicapa de arseniuro de galio (30 %). Actualmente, se trabaja en tecnologías que permiten tasas de casi el 50 % de conversión.
- La degradación de los paneles fotovoltaicos, con lo que va disminuyendo la capacidad de entrega de potencia. Los paneles comerciales más comunes cuentan actualmente con una vida útil de 25 años.
Cómo aprovecha el Toyota Prius Plug-in Hybrid la energía solar
Los paneles fotovoltaicos para nuestro Toyota Prius Plug-in Hybrid es un extra opcional que encontramos en las versiones Solar y Luxury del modelo. La forma que tiene de utilizar la tecnología no está carente de peculiaridades, por lo que es conveniente que la expliquemos en más detalle.
El vehículo cuenta con tres baterías de almacenamiento. La principal, de 8,8 kWh, es la que alimentamos al enchufar el coche a un punto de recarga. Sirve para propulsar los dos motores eléctricos del Toyota Prius Plug-in Hybrid, ofreciendo una autonomía homologada de 45 km.
Además, cuenta con dos baterías menores que se cargan con la energía obtenida a través de los paneles fotovoltaicos. La primera es específica para ellos, y también alimenta los motores eléctricos, ofreciendo una autonomía adicional de 6,1 km. La segunda es auxiliar para los sistemas electrónicos (instrumentación, radio, elevalunas…), por lo que mitiga en parte el consumo energético de estos aparatos.
El funcionamiento del sistema varía en función del estado del coche. Por un lado, cuando está parado, recarga la batería específica para los motores eléctricos. Por otro, cuando está circulando, recarga la batería auxiliar que usan los sistemas electrónicos que pudieran estarse utilizando en ese momento. La capacidad de generación total es de 180 W.
Los paneles fotovoltaicos están fabricados por la compañía japonesa Panasonic, que ya había trabajado con anterioridad en sistemas de este tipo para la automoción. Utilizan la tecnología denominada HJT que, entre otras ventajas, ofrece una eficacia de conversión del 22,5 % y una degradación prácticamente nula con el paso del tiempo. Lo han conseguido combinando una base de silicio monocristalino con capas de silicio amorfo, con un proceso denominado heterounión que permite reducir sus zonas defectuosas.
Un nuevo prototipo con más energía solar
El nuevo Toyota Prius Plug-in Hybrid llegó a España el año pasado, pero su salida al mercado en Japón fue en 2017. En ese tiempo, Toyota ha tenido tiempo de seguir investigando y, en 2019, presentó un prototipo de coche solar que mejoraría las prestaciones del actual. En principio, parece que también se llamaría Toyota Prius PHV, pero en esta ocasión usaría paneles fabricados por la también japonesa Sharp.
La gran peculiaridad de la nueva tecnología es que permite modularizar los paneles fotovoltaicos. Asimismo, se ha conseguido reducir el grosor de las células fotoeléctricas hasta los 0,03 mm, pudiendo adoptar cualquier tipo de forma o curva. Con ello, se ha logrado cubrir no solo el techo del vehículo, sino también el capó, el portón trasero y otras partes menores de la carrocería.
La tecnología de Sharp es, además, más eficiente, ofreciendo una tasa de conversión del 34 % frente al 22,5% del Toyota Prius Plug-in Hybrid Solar. Con esto y con la mayor superficie de captación de luz, el Toyota Prius PHV es capaz de generar 860 W de energía eléctrica, 4,8 veces más que el modelo actual.
De igual modo, los paneles alimentarán la batería específica, esté el coche o no rodando. Con todo, el sistema fotovoltaico permitirá recuperar hasta 44,5 km en estacionamiento y 56,3 km en circulación. De esta manera, el vehículo tendrá una autonomía en modo eléctrico de 68,2 km (homologados, eso sí, según el ciclo japonés).
El desarrollo de este prototipo forma parte de un proyecto de investigación del Comité de Estrategia de Vehículos Fotovoltaicos de Japón. Está apoyado por diversas entidades investigadoras, entre ellas el NEDO, una importante organización pública japonesa de promoción industrial. El proyecto brindará la oportunidad de recabar mucha información, para lo cual ya se ha puesto el prototipo en circulación en la Toyota City de Tokio.
Pero su objetivo final es estudiar la viabilidad de una fuente de energía —la solar— que no pretende desbancar al resto de formas de propulsión, sino todo lo contrario. Lo mejor de los paneles solares es que se pueden complementar con todas ellas y potencian el aprovechamiento de cualquier superficie sin uso de la carrocería. ¿Estamos abriendo un nuevo capítulo en la historia de la automoción ecológica?
Imágenes | Toyota Global Newsroom. Flickr: Dana Smillie / World Bank. Unsplash: Harits Mustya Pratama, American Public Power Association, Vivint Solar.
