Toen de Beatles het nummer Here comes the sun uitbrachten in 1969, als onderdeel van het album Abbey Road, bestond het idee al om zonnecellen in auto’s te installeren. William Cobb, een Amerikaanse zakenman, introduceerde in 1955 een 38 cm lang voertuig tijdens de General Motors Powerama Auto Show. Wat hij net als John Lennon en Paul McCartney niet kon weten is dat het nog 67 jaar zou duren voordat met Lightyear de allereerste zonneauto ter wereld zou komen.
Lightyear is één van de toonaangevende ondernemingen op het gebied van zonneauto’s. Het bedrijf is gevestigd op de in 2016 opgerichtte Automotive Campus in Helmond die geregeld in het nieuws kwam door de wijze van denken over duurzame mobiliteit. Het concept van Lightyear draait om een sterk systeem van zonnepanelen, in combinatie met een aandrijving gepaseerd op groene energie. Zo moet de afhankelijkheid van het elektriciteitsnet worden verminderd.
Actieradius
Het Nederlandse bedrijf lanceerde afgelopen juni zijn eerste model Lightyear 0. De productie daarvan gaat in het najaar van start. Klanten kunnen de eerste modellen in november verwachten. Tegen 2025 wil de fabrikant een tweede model lanceren, dat naar verwachting een lager prijskaartje heeft dan zijn voorganger die €250.000 kost. De Lightyear 0 kan dankzij het 60-kWh batterijpakket 625 km rijden op één lading. Die actieradius kan nog groter worden als er onderweg ook nog stroom wordt opgewekt met de zonnepanelen.
“Mobiliteit is een menselijke behoefte. Het feit dat we bewegen maakt ons gelukkig. Het is een deel van ons. We zien nieuwe plaatsen, bezoeken vrienden en verkennen gewoon door in beweging te zijn,” zegt Emanuele Cornagliotti, Lightyear’s zonne-energie hoofdingenieur. Bij de keuzes voor de ontwerpen van de voertuigen is efficiëntie het basisprincipe.
Zo efficiënt mogelijk
Daarom moet allereerst rekening worden gehouden met de luchtweerstand. Dat is de kracht die de lucht uitoefent op een bewegend voorwerp, zoals auto’s, treinen en vliegtuigen. De luchtweerstand is evenredig met de snelheid, aangezien deze groter wordt naarmate de versnelling toeneemt. Minder weerstand betekent dus minder energieverbruik.
Dit aspect is bijzonder relevant voor elektrische voertuigen, aangezien de huidige accu’s een kleinere actieradius bieden dan fossiele brandstoffen. Aerodynamica speelt een cruciale rol in het ontwerp van een auto. In het geval van Lightyear 0 bedachten de ingenieurs een dubbele kromming van de zonnepanelen.
“Het is een kwestie van een compromis. Kiezen voor een platte variant zou ten koste zijn gegaan van de aerodynamica. Ook zou een andere vormgeving van de auto een kleiner zonneoppervlak hebben opgeleverd”, legt Cornagliotti uit.
Lightyear’s idee besloot daarom het oppervlak van de auto zo optimaal te benutten. De auto heeft op het dak, de motorkap en de achterzijde van het voertuig in totaal zo’n 5 m2 aan zonnecellen. Andere fabrikanten kiezen ervoor om ook op de deuren zonnecellen te plaatsen. Het Helmondse bedrijf koos daar niet voor.
“Verticale zonnecellen hebben de helft van de opbrengst van horizontale panelen. Ze toevoegen aan de auto zou kostenverhogend hebben gewerkt zonder noemenswaardige extra energieproductie. Bovendien zijn deze onderdelen veel gevoeliger voor botsingen; zelfs kleine. Ook de esthetiek heeft onze keuze beïnvloed”, benadrukt Cornagliotti. Dergelijke beslissingen werpen hun vruchten af. In een recente windtunneltest in Duitsland scoorde Lightyear 0 de laagste luchtweerstandscoëfficiënt voor een productieauto.
Maximaal zonne-energie opwekken
De zonnepanelen zijn slechts deel van een veel complexer systeem dat de opgewekte energie zo optimaal mogelijk benut. Hoe efficiënt een auto qua vorm ook kan zijn, de manier waarop de energie wordt beheerd is ook van grote invloed.
“Ten eerste moet je ervoor zorgen dat de energie daar terechtkomt waar je hem op dat moment nodig hebt. Dat kan de laagspanningsaccu, of de hoogspanningsaccu zijn. Tegelijkertijd is het van fundamenteel belang dat er zo weinig mogelijk omzettingen plaatsvinden. Bij elke conversiestap gaat een deel van de energie verloren”, benadrukt de ingenieur.
Alle inspanningen om zonlicht te verzamelen zouden nutteloos zijn zonder een efficiënte verbinding tussen de zonnepanelen en de batterijen. Concreet bestaat deze uit gelijkstroomconversie van de panelen naar het accupakket. Dit gebeurt met behulp van een algoritme. Hieruit volgt het hoogste vermogenspunt van de zonnepanelen, zodat op elk moment het maximale vermogen wordt geleverd.
Emanuele Cornagliotti
Hoofdingenieur zonne-energie
Heeft een Ph.D. in fotovoltaïsche technologie. Voordat hij in 2020 bij Lightyear kwam, werkte hij aan de ontwikkeling van zonnecellen en modules.
Rijdende zonnepanelen
Omdat de auto eigenlijk een bewegend zonnepark is, moesten er specifieke problemen worden opgelost. Trillingen die door het rijden ontstaan, bijvoorbeeld. Speciaal ontwikkelde interconnectoren tussen de cellen zorgen er nu voor dat trillingen de prestaties van de zonnepanelen niet nadelig beïnvloeden. Het rendement op lange termijn is gegarandeerd, zoals bij doorsnee zonnepanelen die meer dan 20 jaar kunnen functioneren. En onderhoud is niet nodig.
De auto kan natuurlijk ook bij botsingen betrokken raken. “Kleine botsingen hebben geen invloed op de werking van de zonnepanelen. Bij ernstige scheuren kunnen de panelen worden gerepareerd zoals dat ook bij voorruiten gebeurt. Wanneer de schade te groot is en niet op deze manier kan worden hersteld, is het beter om het paneel gewoon te vervangen,” zegt Cornagliotti. “Want het kapotte paneel blijft wel elektriciteit produceren. Het is echter niet meer hermetisch afgesloten en kan dus gevaar opleveren en ook nog eens sneller slijten. In vergelijking met een voorruit is de kans op schade aan de panelen door steenslag veel kleiner, omdat ze veel platter liggen.”
Alleen op eigen zonne-stroom
Lightyear schat dat zonnecellen tot 70 extra kilometers rijbereik kunnen toevoegen op zonnige zomerdagen. In Zuid-Europese landen kunnen de auto’s alleen op door de zonnecellen opgewekte stroom zo’n 11.000 kilometer per jaar afleggen. Voor Nederland berekenden ingenieurs een jaarkilometrage van 6000 km per jaar.
“Deze cijfers zijn gebaseerd op een auto die bij daglicht buiten geparkeerd staat”, benadrukt Cornagliotti. “Het zijn beachtenswaardige prestaties, vooral voor mensen die niet veel meer dan 10 tot 15 duizend kilometer per jaar rijden.”
Het grote voordeel is dat de auto daardoor grotendeels onafhankelijk is van het stroomnet. Vooral nu steeds meer huishoudens, auto’s en bedrijven volledig op stroom overschakelen en er dus momenten kunnen zijn dat de gewenste energie even niet oprimaal aanwezig is.
Zonne-mobiliteit als de nieuwe standaard
Hoewel zo’n transitie niet van vandaag op morgen zal plaatsvinden, gelooft Cornagliotti heilig in mobiliteit op zonne-energie. “Over 20 jaar hebben de meeste auto’s carrosseriedelen die zonne-energie leveren. Daar zijn drie redenen voor. Ten eerste zullen we overal fotovoltaïsche panelen (PV) moeten inzetten, vooral zo dicht mogelijk bij de plaats waar de energie wordt gebruikt. Ten tweede zullen elektrische voertuigen steeds efficiënter worden. Regelgeving zal daarbij een rol spelen. Ten slotte zullen PV-technologieën nog hogere efficiëntieniveaus bereiken en de kosten ervan zullen dalen.”
