Solarzellen für Autodächer

Solarbetriebene Autos gibt es schon seit zwei Jahrzehnten, und sie sind in vielen Bereichen des heutigen technischen Fortschritts bereits Realität geworden.

Obwohl die meisten von uns wissen, dass es sich nicht nur um ein Auto mit einem anderen Dach handelt, ist die Verwirklichung eines vollständig solarbetriebenen Autos noch ein weiter Weg, was den erforderlichen Aufwand angeht.

Zwar hat sich in den letzten Jahren in der Automobilindustrie einiges getan, was die Nutzung von Solarenergie angeht, aber die Standardverfahren lassen noch viel Raum für eine bessere Alternative. Die Idee, Solarpaneele auf Autodächern zu verwenden, kann potenziell eine transparente Polyimid-Folie nutzen; ihr verborgenes Potenzial gibt noch viel zu entdecken.

Früheste Entwicklungen und jüngste Entwicklungen bei solarbetriebenen Autos

Die früheste Innovation im Zusammenhang mit solarbetriebenen Autos geht auf das Jahr 1955 zurück, als General Motors das erste solarbetriebene Auto bei seiner offiziellen Vorstellung in Chicago präsentierte. Es handelte sich um einen 15 Zoll langen Prototyp, der aus einem kleinen Elektromotor mit Photovoltaikzellen bestand. Dieses Modell war etwas Besonderes und konnte trotz seiner relativ geringen Größe, die möglicherweise nicht einmal ausreichte, um die für den Fahrer benötigte Fläche abzudecken, eine Riemenscheibe mit Hilfe einer rotierenden Hinterradwelle in Bewegung setzen.

Der Sion ist ein weiteres interessantes Beispiel für ein solarbetriebenes Auto, das auch als erste kommerziell erhältliche Variante eines Hybrid-Solarelektrofahrzeugs bekannt ist. Das Auto hat eine durchschnittliche Reichweite von 250 Kilometern und die einzigartige Fähigkeit, sich selbst mit Hilfe von Solarenergie aufzuladen. Das Auto benötigt im Durchschnitt nur 30 Minuten, um sich mit einer einzigen Ladestation auf fast die Hälfte der Kapazität aufzuladen. Viele andere Unternehmen wie Toyota, Tesla und Hyundai arbeiten ständig daran, ein voll funktionsfähiges und kommerziell erhältliches Solarauto oder vielleicht sogar eine Hybridversion desselben zu bauen.

Aber warum genau haben Elektroautos keine Solarzellen auf dem Dach?

Zwar muss man wissen, dass Solarmodule im Wesentlichen die Wärmeenergie der Sonne in elektrische Energie umwandeln. Solarmodule sind zweifellos sehr effizient und können sogar mehr als 70 % der Sonnenenergie in Strom umwandeln. Das Problem entsteht jedoch, wenn wir uns mit einigen der wichtigsten Einschränkungen in diesem Fall befassen.

Zunächst einmal muss man verstehen, dass das gesamte Konzept der Sonnenkollektoren auf Autos in der Realität nur schwer umsetzbar ist. Außerdem gibt es die Idee schon seit 1962, und es hat viele bedeutende Entwicklungen in der technologischen Entwicklung gegeben, aber wir sind immer noch nicht bei einer vollwertigen Lösung angekommen. Der Fall Sion, über den wir bereits gesprochen haben, ist eines der besten Beispiele für ein solarbetriebenes Elektroauto, das sich seit seiner letzten offiziellen Ankündigung noch immer in der Entwicklung befindet und weiterentwickelt werden muss.

Theoretische Überlegungen gehen oft davon aus, dass die Solarenergie beim Aufladen der Batterien in den auf dem Dach montierten Paneelen hilft, so dass das Auto weniger Ladestopps einlegen muss. In Wirklichkeit hat die derzeitige Solarzellentechnologie einen unzureichenden Wirkungsgrad, der bei etwa 20-25 % liegt. Das ist extrem niedrig im Vergleich zu dem Wirkungsgrad, der für Solarmodule auf Autodächern normalerweise erforderlich ist. Darüber hinaus trägt dieser niedrige Wirkungsgrad zu den bestehenden Herausforderungen bei und erschwert die Umsetzung der Idee in die Praxis.

Warum ist es so schwierig, diese Anwendungen in die Realität umzusetzen?

Nachdem wir nun wissen, wie es um die praktische Umsetzung von Solarautos bestellt ist, müssen wir auch verstehen, warum die Anwendungen so schwierig sind. Es gibt viel mehr Herausforderungen als die, die nur an der Oberfläche erscheinen. Wir sagen dies, weil es einige Gründe gibt, warum selbst die technisch fortschrittlichsten und fähigsten Automobilunternehmen noch nicht in der Lage waren, diese Realität zu erreichen.

Die erste und größte Herausforderung ist die Funktionsweise und Platzierung der Solarzellen. Die bestehenden Solarmodule, die üblicherweise für kommerzielle Zwecke verwendet werden, haben einen Wirkungsgrad von nur etwa 30 bis 35 %. In Wirklichkeit ist das weit weniger als das, was ein effizientes Solarauto als Energiequelle benötigen würde. Das liegt daran, dass es notwendig ist, viel mehr Platz und Innovationen für Solarzellen zu schaffen, vor allem wenn wir andere Materialien verwenden können, entweder als aktive Teilnehmer oder als Katalysator.

Das andere Problem ist die kommerzielle Verfügbarkeit und die Kosten für die Bereitstellung von Solarmodulen. Es ist allgemein bekannt, dass Solarzellen nicht gerade billig sind. Sie sind jedoch nicht einmal schwerelos, was ein Problem darstellt, denn wenn man die Karosserie des Fahrzeugs mit Solarzellen ausstattet, bedeutet dies, dass das Fahrzeug viel Gewicht und Kosten verursacht. Aus diesem Grund hat es viele bedeutende Entwicklungen im Bereich der Solarfolien gegeben, und transparente Polyimidfolien sind einer der vielversprechendsten Kandidaten. Es handelt sich um einen viel leichteren Ersatz als andere Materialien, die für die Herstellung von Solarzellen auf Autodächern verwendet werden können, aber es hängt alles davon ab, wie die Idee in die Realität umgesetzt wird.

In dem Moment, in dem wir das Gewicht der Batterie in Betracht ziehen, beginnt die Idee, solarbetriebene Autos in die Realität zu bringen, wie eine Herausforderung auszusehen, die es noch zu bewältigen gilt. Hinzu kommt, dass die ständig schlechten Wetterbedingungen in einer anderen Region, die Fahrbedingungen und die Positionierung der Paneele das Problem noch verschärfen und es schwierig machen, die Herausforderungen zu meistern. Das bedeutet jedoch nicht, dass es keine Möglichkeit gibt, die Beschränkungen zu überwinden, denn es gibt noch viel Spielraum, um das Potenzial der Quellen zu entdecken, die wir haben.

Da wir jedoch über die Rolle der transparenten Polyimid-Folie als vielversprechendes Material für Solarzellen auf Autodächern sprechen, kann uns die Idee helfen zu verstehen, wie sie dazu beitragen kann, den Bereich für die reale Welt praktikabler zu machen.

Was ist eine transparente Polyimidfolie, und wie kann sie helfen?

Bevor wir über transparente Polyimid-Folien sprechen, müssen wir verstehen, was Polyimid eigentlich bedeutet. Im Grunde handelt es sich um eine Klasse von Polymeren mit vielfältigen Anwendungsmöglichkeiten. Zum Beispiel kann es als dünne Folie für flexible Kabelisolierungen oder Leiterplatten verwendet werden. Sie werden auch häufig als Fasern für den Brandschutz oder zur Isolierung verwendet. Typischerweise haben sie eine unterschiedliche Textur, aber die transparenten Materialien sind sehr deutlich zu sehen, da ein farbloses Material verschiedene Dinge bedeuten kann, da verschiedene Faktoren die Transparenz erklären können.

Per Definition sind diese Materialien hochflexibel; sie bieten eine hohe Temperaturstabilität und eine ausgezeichnete Oberflächenhärte. Abgesehen davon können sie auch eine Lösung für die Probleme bieten, die wir oben in Bezug auf die Umwandlung von Autodächern mit Solarzellen erörtert haben.

Wie sieht es mit der Herstellung aus?

Für die Herstellung von transparenten Polymerfolien gibt es in der Regel verschiedene Verfahren, darunter das Blasverfahren, das Gießen und die Schmelzextrusion. Beim Extrusionsverfahren wird die Folie in der Regel durch eine kontinuierliche Öffnung geformt. Das typische Verfahren umfasst die Rotation einer Schnecke im Inneren des gehassten Zylinderbereichs, wobei die folgenden Bereiche schließlich geschmolzen und durch einen entsprechend strukturierten Schlitz gedrückt werden.

Das oben beschriebene Verfahren ist eines der direkten Herstellungsverfahren für fertige Filmprodukte, das noch einen zweiten Prozess erfordert, nämlich die Spritzgussmodellierung. Dieses besondere Verfahren wird in der Regel mit einem Einschneckenextruder durchgeführt, indem Polymerharz verwendet wird, dessen Temperatur dann mit Hilfe eines externen Luftstroms verlangsamt, im Maschinenbereich selbst gestreckt und schließlich abgezogen wird. Darüber hinaus hilft es, eine Vorstellung von dem inneren Luftdruck zu bekommen, der erforderlich ist, um das Material zu glätten, indem es durch die zylindrische Walze geführt wird.

Die für die Herstellung von farblosen Polyimidfolien erforderlichen Fertigungstechniken ähneln denen für optische Folien. Der einzige Unterschied besteht jedoch darin, dass das andere Material gleichzeitig seine Einzigartigkeit und seine Funktionalitäten hat. Dieser Unterschied besteht vor allem darin, dass sie einen relativ höheren Schmelzpunkt und eine geringere Löslichkeit haben, insbesondere im Hinblick auf die Laborverfahren, die bei der Herstellung dieser Materialien angewandt werden. Speziell für das Lösungsmittelgießverfahren lassen sich, wie bereits erwähnt, die Ansätze in die Maschinen- und die Querrichtung einteilen, was auch eine kritische Methode ist, die im Falle einer transparenten Polyimidfolie anwendbar sein könnte.

Warum ist PV eine großartige Mobilitätslösung?

Wenn man sich die bestehenden Prototypen von Autoinnovationen ansieht, ist eine Sache sicher. Die Nutzung von Strom für Solarzellen mit speziellen Zellformaten kann die folgenden Trennungsprozesse in Bezug auf die angewandte Technologie aufgrund besserer Wirkungsgrade erheblich unterstützen. Denn die aktuelle Entwicklung auf dem Gebiet der Solarzellen sorgt für bessere Zellwirkungsgrade, die weit über den durchschnittlichen Wirkungsgraden liegen, die früher bei etwa 30 % lagen.

Um einen besseren und höheren Wirkungsgrad auf der verfügbaren Fläche mit den uns derzeit zur Verfügung stehenden Mitteln zu erreichen, müssen wir die Rolle der transparenten Polyimid-Folien verstehen und wissen, wie wir sie mit Glas integrieren können. Die Zellen auf dem Autodach müssen in der Regel kompakt integriert werden, so dass mehr Platz für die Verbindung zu den Stromquellen bleibt.

So vielversprechend es auch aussieht, es muss auch sichergestellt werden, dass die Lösung langlebig ist, denn die Verwendung einer transparenten Polyimidfolie ist potenziell vorteilhaft. Allerdings nur so lange, wie sie ihren Zweck erfüllt. Darüber hinaus muss das resultierende Material die grundlegenden Anforderungen eines schwierigen Solarmodul-Autodachs erfüllen, weshalb es äußerst wichtig ist, die Effizienz entsprechend zu testen.

Vorteile der Verwendung von transparenter Polyimidfolie mit Glas für Solardächer

Wenn wir über die Vorteile der farblosen Polyimid-Folie sprechen, gibt es eine Menge zu besprechen, was ihre mechanischen, physikalischen, thermischen und elektrischen Fähigkeiten betrifft. Die Anwendungen sind unglaublich vielfältig, da sie in einigen der kritischsten Bereiche ihrer Anwendungen helfen.

Zu den wichtigsten Vorteilen der Verwendung dieses Materials gehören folgende.

Große Flexibilität

Einer der wichtigsten Vorteile der Verwendung von transparenten Polyimid-Folien und Glas für die Anbringung von Solardächern auf Solarautos ist, dass sie eine größere Flexibilität bieten. Eine transparente Polyimid-Folie bietet mehr Möglichkeiten für die Anbringung von Materialien und ist mit ihren flexiblen Verbindungen eine weitaus bessere Option als jedes andere Material. Darüber hinaus kann sie dazu beitragen, die Gesamtleistung aufrechtzuerhalten, falls sich ihre Form aufgrund der Flexibilität ändert. Daher ist es eine großartige Kombination, die als Material für Solarautos verwendet werden kann.

Dünneres Material

Ein weiterer großer Vorteil der Verwendung von transparenter Polyimidfolie mit Glas besteht darin, dass sie problemlos an jeder Stelle der Karosserie angebracht werden kann, da das Material außergewöhnlich leicht ist. Da es sich um ein dünneres Material handelt, kann es außerdem nicht nur auf dem Dach, sondern auch an jeder anderen geeigneten Stelle angebracht werden. Daher bietet es mehr Flexibilität in Bezug auf die Anbringung.

Niedrigere Produktionskosten

Es gibt viele Gründe für die Beliebtheit dieses Materials. Die Herstellung von transparenten Polyimidfolien ist aufgrund des Rolle-zu-Rolle-Verfahrens kostengünstiger. Das Verfahren ermöglicht die sofortige Offenlegung von Oberflächen, was vor allem während des Herstellungsprozesses zu einer besseren Darstellung führt. Das Verfahren bietet auch doppelseitiges Klebeband, um eine Substratoberfläche als Trennmittel bereitzustellen. Daher hilft es, die freigesetzte Schicht zu entfernen, was nicht viele Eingaben erfordert.

Ermöglicht hohe Lichtdurchlässigkeit

Transparente Polyimidfolien sind auch für ihre hervorragende Lichtdurchlässigkeit bekannt. Darüber hinaus verfügt es über gute thermische und mechanische Eigenschaften, was es zu einem geeigneten Material für flexible Solarzellen und zu einem vielversprechenden Hotspot im gesamten Anwendungsprozess von Polymermaterialien macht.

Die Nachfrage nach leichteren, dünneren und hochgradig lichtdurchlässigen Materialien für Autodächer mit Solarzellen nimmt ständig zu. Infolgedessen erfreuen sich die mechanischen Eigenschaften von transparenten Polyimid-Folien großer Beliebtheit im Fertigungssektor. Es handelt sich um ein Hochleistungspolymer, das auch Imidringe enthält, deren Rückgrat für eine ausgezeichnete thermische und chemische Stabilität sorgt. Außerdem sorgt es für eine bessere Isolierung mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften, was es zu einem geeigneten Material für den Einsatz macht.

Hohe Temperaturstabilität

Abgesehen von den oben erwähnten Eigenschaften transparenter Polyimidfolien ist das Material auch für seine ausgezeichnete Temperaturstabilität bekannt. Da es aus einem separaten Kunststoff besteht, der eine größere Transparenz bietet, ist das resultierende Material wahrscheinlich auch thermisch sehr stabil. Genau das ist bei den transparenten Polyimid-Folien der Fall.

Dieses Material verfügt über eine weitaus bessere thermische und chemische Stabilität in Bezug auf Isolierung und mechanische Eigenschaften, so dass es in verschiedenen Industriezweigen, darunter mikroelektrische Geräte, Gastrennung und Polymerelektrolytbrennstoff, weit verbreitet ist. Man kann also sagen, dass das Material eine außergewöhnliche Temperaturstabilität aufweist, die bessere Anwendungsmöglichkeiten bei der Platzierung und der Vorbereitung von Autodächern für Solarzellen bietet.

Gute Oberflächenhärte

Wenn es sich um ein Material handelt, das ideal zusammen mit Glas für die Herstellung von Autodächern mit Solarzellen verwendet werden kann, muss es eine ausgezeichnete Oberflächenhärte aufweisen, um die erforderliche Festigkeit zu gewährleisten. In diesem Fall kann die Verwendung einer transparenten Polyimidfolie von großem Vorteil sein, da sie aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften eine ausgezeichnete Oberflächenhärte aufweist. Das Material verfügt nicht nur über große physikalische Fähigkeiten in Kombination mit Glas, sondern kann auch zur Verbesserung der Reißfestigkeit beitragen. Obwohl die Folie in der Regel aus Polyimidharz besteht, ist das Material, das zusammen mit Glas verwendet werden kann, auch in der Lage, eine hohe Hitzebeständigkeit und Oberflächenhärte zu bieten.

Ausgezeichnete Säure- und Laugenbeständigkeit

Eine der am wenigsten bekannten Eigenschaften einer transparenten Polyimidfolie ist ihre ausgezeichnete Säure- und Laugenbeständigkeit, was sie zu einem idealen Material für die Verwendung zusammen mit Glas macht. Darüber hinaus umfasst das Material flexible organische elektronische Bauelementesubstrate, was sie zu hochflexiblen, verarbeitbaren, zähen und thermisch stabilen Materialien macht, die säure- und laugenbeständig sind. Daher kann eine mögliche Exposition gegenüber Säuren und Laugen kein Problem darstellen, wenn eine transparente Polyimidfolie entweder als Hauptmaterial oder als Katalysator verwendet wird.

Einfache Verarbeitung

Einer der wichtigsten Vorteile, den Hersteller bei der Arbeit mit transparenten Polyimidfolien haben, ist die einfache Verarbeitung, die zu ihrer Herstellung erforderlich ist. Der genaue Herstellungsprozess und die Synthesechemie, die bei der Vorbereitung der transparenten Polyimidfolie verwendet werden, helfen uns auch, ihre mechanischen, physikalischen und chemischen Eigenschaften zu verstehen, die viele Vorteile gegenüber anderen Materialien bieten.

Die Verarbeitung ist unkompliziert, da nur flexible organische Materialien mit aktiver Matrix verwendet werden, die einfach zu handhaben sind und nicht viel Input erfordern. Daher bevorzugen die Hersteller in der Regel transparente Polyimid-Folien für die Herstellung von Solarmodulen, da sie eine ideale Option für die Verwendung zusammen mit Glas darstellen.

Strahlungsbeständigkeit

Wenn wir über die mechanischen, physikalischen und chemischen Eigenschaften von transparenten Polyimidfolien sprechen, müssen wir auch über den elektrischen Aspekt sprechen. Er hilft, die Funktionsweise und den gesamten Lebenszyklus des Materials zu verstehen, da es einen ausgezeichneten Oberflächen- und Volumenwiderstand in Bezug auf die Strahlung aufweist, die es durchdringen kann. Die Messung der Leitfähigkeit ist bei homogenen Isolatoren anders als bei anderen Materialien, was eine transparente Polyimidfolie zu einem idealen Material für einen Ersatz mit ausgezeichneter Strahlungsbeständigkeit macht.

Kann als Feuchtigkeitsbarriere dienen

Nicht zuletzt sind transparente Polyimid-Folien dafür bekannt, dass sie verbesserte Wasser- und Sauerstoffbarriereeigenschaften aufweisen, was sie zu einer ausgezeichneten Feuchtigkeitsbarriere macht. Aufgrund ihrer Flexibilität und Transparenz lassen sich die Eigenschaften als Feuchtigkeits- und Sauerstoffbarriere durch die Verwendung von Lösungsgraphitmaterialien deutlich verbessern. Am wichtigsten ist, dass die Fähigkeit der transparenten Polyimidfolie, als Feuchtigkeitsbarriere zu fungieren, auch dazu beiträgt, ihre thermische Stabilität und elektrische Isolierung zu verstehen, was bei der Herstellung von Autodächern mit Solarzellen von Vorteil ist. Daher kann sie eine großartige Barriere sein, die jegliche Wechselwirkung mit Sauerstoff im Wasser verhindert.

Erfolgreiche Beispiele aus der Praxis

Nachdem wir nun eine Vorstellung davon haben, wie eine solche Lösung aussehen kann, müssen wir uns auch die erfolgreichen Beispiele von Prototypen für Solarenergie in der Praxis ansehen, denn einige von ihnen befinden sich noch in der Entwicklung, aber viele von ihnen sind bereits im Handel erhältlich. Das erste und bekannteste Beispiel ist der Mercedes Benz Vision EQXX. Er fällt in die Kategorie der luxuriösen Elektroauto-Limousinen. Er hat eine hervorragende Reichweite von 700 Kilometern und einen bemerkenswerten Luftwiderstandsbeiwert von 0,17. Eines der besten Merkmale dieses Fahrzeugs ist das 117-Zellen-Solarpanel auf dem Dach, das in der Lage ist, die Systeme aufzuladen und dem Fahrer eine zusätzliche Reichweite zu verschaffen.

Der Hyundai Ioniq 5 ist ein weiteres aktuelles Beispiel für ein solarbetriebenes Auto mit besserer Nachhaltigkeit und futuristischer Technologie, das in zwei Batteriegrößen erhältlich ist. Das Modell verfügt über einen Allradantrieb und erreicht eine Höchstgeschwindigkeit von 185 km/h. Das Modell verfügt auch über eine 2-Rad-Antriebsoption, mit der der Fahrer die größte Reichweite von etwa 300 Meilen erzielen kann. Nach den vorliegenden Daten kann man sagen, dass diese Solarpaneele eine zusätzliche Reichweite von 1240 Meilen pro Jahr erreichen können, was etwa drei Meilen pro Tag entspricht. Dieser Fall ist also ein weiteres erfolgreiches Beispiel dafür, dass die Entwicklung von Solarzellen-Autodächern trotz unserer bedeutenden Innovationen noch lange nicht abgeschlossen ist.

Zusammenfassung

In Bezug auf die obige Diskussion können wir sagen, dass wir seit den frühen Entwicklungen auf dem Gebiet der Solarenergie und ihrer Anwendungen in verschiedenen Branchen einen langen Weg zurückgelegt haben. In Bezug auf diese Beobachtung, die bestehenden Solarpanel Autodach Entwicklungen erfordern noch die besten Möglichkeiten, um die bestehenden Ideen auszuführen. Obwohl die bestehenden Herausforderungen der Entwicklung dieser Idee und ihrer Umsetzung in eine lebendige Realität im Wege stehen können, kann die in der obigen Diskussion vorgeschlagene Lösung von großem Nutzen sein, sobald sie umgesetzt ist. Solarenergie ist der richtige Weg, insbesondere im Automobilsektor, wo die Energieeffizienz einer der Schwerpunkte ist.