Il range “solare” della Sion
Quanti chilometri di autonomia ha la Sion, ma soprattutto quale potrebbe essere il range “solare” della Sion?
Range solare della Sion – In questi ultimi giorni, in concomitanza dei test drive in Italia della Sono Motors Sion, sono sorti sui forum e sui social network diverse discussioni in merito a quale possa essere il range solare effettivo di questa nuova e particolare vettura elettrica.
Ma facciamo un passo indietro, e ricordiamo – a beneficio di coloro che magari non hanno ancora letto il nostro precedente post sulla rivoluzionaria vettura tedesca – cos’è la Sion…
Come riportato sul sito della startup di Monaco di Baviera, “la Sion è la prima vettura elettrica di serie che ricarica la batteria con il sole, per cui devi preoccuparti meno dell’autonomia. Con un’autonomia effettiva di 250 km e un prezzo di 16.000 € (batteria esclusa) la Sion è un’automobile pensata per l’uso quotidiano e dal costo accessibile.”
Ma andiamo dritti alla sezione delle Domande Frequenti e vediamo cosa viene riferito in merito alla capacità dell’accumulatore che verrà montato sul veicolo e – soprattutto – su range aggiuntivo che potrebbe essere fornito dai pannelli fotovoltaici montati un po’ ovunque sulla carrozzeria.
RANGE SOLARE DELLA SION – LA BATTERIA
» Si può montare anche una batteria con capacità maggiore di 35 kWh? Ovvero: verranno offerte anche batterie più capaci?
Con la Sion attuiamo una strategia basata su un prodotto. Vale a dire che proporremo solo una batteria. Pensiamo a una batteria con una capacità di 35 – 45 kWh e quindi un’autonomia effettiva di minimo 250 km per carica.
» I 250 km sono un’autonomia NEDC?
No. Si tratta dell’autonomia effettiva che garantiremo in condizioni normali.
» Ci sarà la possibilità di integrare un range-extender?
No, attualmente non pensiamo a una tale possibilità. Nel corso della fase concettuale per la produzione di serie prenderemo decisioni definitive a tale riguardo.
RANGE SOLARE DELLA SION – COS’È “VISONO”?
viSono si basa sull’idea della produzione di energia elettrica. L’energia solare consente alla batteria di auto-ricaricarsi. Così, la Sion può generare fino a 30 km al giorno, completamente gratis.
Le celle solari integrate consentono di utilizzare la Sion per diversi giorni senza doverla ricaricare. 330 celle SunPower possono generare un picco di 1.208 W con un’efficienza del 24%. Questa energia è in grado di generare elettricità per una massimo di 65 km al giorno. Tuttavia si tratta di un valore teorico che sarà raggiunto raramente in condizioni reali quotidiane.
Per le celle solari utilizziamo celle di silicio monocristallino. I moduli sono incollati su una sotto-struttura, simile ad un normale parabrezza. Di conseguenza i moduli possono anche essere facilmente sostituiti.
La scelta del materiale giusto è la nostra massima priorità. I componenti utilizzati devono soddisfare i seguenti requisiti: una durata di almeno otto anni, resistenza alle influenze ambientali quali raggi UV e acqua, resistenza alla rottura e peso ridotto.
In genere le celle solari sono laminate su un vetro spesso 2-5 mm. Il vetro però ha un peso relativamente elevato e solo una bassa resistenza alla rottura.
Per viSono utilizziamo pertanto come materiale di supporto il policarbonato. È leggero, in confronto al vetro molto più resistente alla frattura e ha un indice di trasparenza di 0,86 (vetro da 0,80 a 0,90).
» Il modulo PV deve essere sostituito anche dopo un urto lieve?
No, il policarbonato è molto meno sensibile agli urti di una verniciatura ad alta brillantezza. Non è tanto rilevante il danno dell’elemento in policarbonato, quanto l’eventuale danno alla cella fotovoltaica stessa. La funzionalità del modulo danneggiato deve essere ovviamente verificata e, se necessario, occorre procedere alla sostituzione del modulo. La spesa si limita ad alcune centinaia di euro. Non c’è paragone con il costo di un ripristino della verniciatura.
RANGE SOLARE DELLA SION – SIMULAZIONE DELLA RESA SOLARE
Nel gruppo FB tedesco dedicato alla Sion, Tjarko Tjaden – assistente ricercatore nell’ambito dei sistemi di accumulo solare del Dipartimento di Ingegneria dell’Università di Scienze Applicate di Berlino – ha postato un articolo molto interessante in cui ha stimato quanti chilometri la Sion può raggiungere con i suoi pannelli solari.
Di seguito si riportato i dettagli della sua analisi.
Come spiegato da Tjaden, si tratta di una semplice simulazione della resa solare della Sono Motors Sion ottenuta con il più recente software di simulazione open source PVlib (sviluppato da Sandia National Laboratories), utilizzato in ricerca e sviluppo oltre che da vari istituti ed università.
Un set di dati di Oldenburg (città tedesca della Bassa Sassonia) – con valori misurati delle radiazioni dirette, delle radiazioni diffuse e della temperatura ambiente – funge da base di dati di riferimento per le informazioni meteorologiche.
Ecco i pezzi di codice sorgente (in Python) utilizzati per la simulazione.
Caricamento di PVlib Toolbox
1 2 | path = pwd; addpath(genpath(path)); |
Caricamento dei dati di input e generazione di serie temporali di 1 minuto
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 | load('Weather_Oldenburg_2014.mat'); G_hor_1min = changeRes(G_h,60); % Radiazione orizzontale globale in W / m² G_dir_norm_1min = changeRes(G_dn,60); % Radiazione normale diretta in W / m² G_diff_hor_1min = changeRes(G_dh,60); % Diffusione radiazione orizzontale in W / m² v_wind = max(changeRes(w_spd,60),0); % Velocità del vento in m / s T_luft = changeRes(T_amb,60); % Temperatura dell'aria in °C time = datetime(datevec(datenum(2014,1,1,0,0,30):1/1440:datenum(2015,1,1,0,0,0))); clearvars G_dh G_h w_spd T_amb path t w_dir G_dn Eventlabel save('input.mat') load('input.mat') |
Definizione del sistema e calcolo dei parametri di input
Sulla base dei dati di ingresso di un minuto, è stata simulata la potenza elettrica delle celle solari della Sion suddivise in:
- sopra (‘oben’)
- davanti (‘vorne’)
- dietro (‘hinten’)
- sinistra (‘links’)
- destra (‘rechts’).
Sono state applicate le seguenti ipotesi:
- Posizione del veicolo con cofano rivolto a sud
- Nessuna ombreggiatura sul veicolo
- Fattore di riflessione dell’ambiente (albedo) = 0,2
- Ogni lato della Sion ha il proprio tracker MPP
- Caratteristiche elettriche delle celle del modulo “SunPower SPR-343J-WHT-D”: 3,57 W per cella
- Fattore di correzione 3,66 / 3,57 = 1,025
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 | sim_location = pvl_makelocationstruct(Koordinaten(1),Koordinaten(2),altitude); sim_time = pvl_maketimestruct(datenum(time),1); dayofyear = pvl_date2doy(sim_time.year, sim_time.month, sim_time.day); % Posizione del sole: [SunAz, SunEl, AppSunEl, SolarTime] = pvl_ephemeris(sim_time,sim_location); % DNI e DHI e AirMass DNI = pvl_disc(G_hor_1min,90-SunEl, dayofyear); DHI = G_hor_1min - cosd(90-SunEl).*DNI; AMa = pvl_absoluteairmass(pvl_relativeairmass(90-AppSunEl),101325); % Modulo PV di SunPower load('CECModuleDatabaseSAM2015.6.30.mat'); Module = CECModuleDB(11120); % SunPower SPR-343J-WHT-D clear CECModuleDB ModuleNames % Personalizzazione su architettura Sono Anzahl_Zellen_Seite = [65,65,44,136,20]; % sinistra, destra, davanti, sopra, dietro f_korr_power = 3.66 / 3.57; % Fattore di correzione della cella, poiché il modulo è già un po' vecchio Anzahl_Zellen_Modul = [96,96,96,96,96]; f_korr_seite = Anzahl_Zellen_Seite ./ Anzahl_Zellen_Modul; Array.Tilt = [90,90,20,0,90]; % Inclinazione a sinistra, a destra, davanti, sopra, dietro (gradi) Array.Azimuth = [90,270,180,0,0]; % Allineamento a sinistra, a destra, davanti, sopra, dietro (gradi) Array.Ms = 1; % Numero di moduli in serie Array.Mp = 1; % Numero di stringhe paralelle Array.a = -2.81; % Parametro temperatura 1 Array.b = -0.0455; % Parametro temperatura 2 |
Calcolo elettrico per ogni lato
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 | Pmp = zeros(length(DHI),5); for i=1:5 % Angolo di incidenza AOI = pvl_getaoi(Array.Tilt(i), Array.Azimuth(i), 90-AppSunEl, SunAz); % Radiazione diretta sull'area fotovoltaica Eb = 0*AOI; Eb(AOI<90) = DNI(AOI<90).*cosd(AOI(AOI<90)); % Radiazione diffusa sulla superficie fotovoltaica Ed = pvl_isotropicsky(Array.Tilt(i),DHI); Albedo = 0.2; % Radiazione totale incl. Albedo Ed_ground = pvl_grounddiffuse(Array.Tilt(i),G_hor_1min, Albedo); E_seite = Eb + Ed + Ed_ground; % Irradiamento totale incidente (W / m ^ 2) E_seite(isnan(E_seite))=0; % Imposta qualsiasi NaN a zero Ed = Ed + Ed_ground; % Irradianza incidente totale diffuso (W / m ^ 2) % Di temperatura della cella E0 = 1000; % Irradianza di riferimento (1000 W / m ^ 2) celltemp = pvl_sapmcelltemp(E_seite, E0, Array.a, Array.b, v_wind, T_luft, 3); celltemp = min(celltemp,100); % Caratteristica elettrica [IL, I0, Rs, Rsh, a] = pvl_calcparams_CEC(E_seite, celltemp, Module); [IVResult] = pvl_singlediode(IL, I0, Rs, Rsh, a); Pmp(:,i) = IVResult.Pmp .* f_korr_seite(i) .* f_korr_power; end Pmp_summe = sum(Pmp,2); save('output.mat') load('output.mat') |
Due giornate soleggiate di esempio (estate e inverno)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 | f1 = figure; p1a = plot(time,Pmp); hold on; p1b = plot(time,Pmp_summe); xlim(datetime(2014,7,[19 20])) ylim([0,800]) set(gca,'XGrid','on','YGrid','on') legend({'links','rechts','vorne','oben','hinten','SUMME'}) title('Elektrisch Leistung am 19. Juli') ylabel('Leistung in W') set(p1b,'DisplayName','SUMME','LineWidth',2,'Color',[0 0 0]); |
Potenza generata (in W) in una soleggiata giornata di luglio (SUMME = Totale)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 | f2=figure; p2a=plot(time,Pmp);hold on;p2b=plot(time,Pmp_summe); xlim(datetime(2014,12,[26 27])) ylim([0,800]) set(gca,'XGrid','on','YGrid','on') legend({'links','rechts','vorne','oben','hinten','SUMME'}) title('Elektrisch Leistung am 26. Dezember') ylabel('Leistung in W') set(p2b,'DisplayName','SUMME','LineWidth',2,'Color',[0 0 0]); |
Potenza generata (in W) in una soleggiata giornata di dicembre (SUMME = Totale)
Rendimento elettrico giornaliero
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 | for i=1:5 E_day(:,i) = mean(reihe2anno(Pmp(:,i))) .* 24/1000; end f3 = figure; ax1 = axes; hold(ax1,'on'); b1 = bar(E_day,'EdgeColor','none','BarLayout','stacked'); set(b1(1),'DisplayName','links)'); set(b1(2),'DisplayName','rechts'); set(b1(3),'DisplayName','vorne'); set(b1(4),'DisplayName','oben'); set(b1(5),'DisplayName','hinten'); xlabel('Tag des Jahres'); title('Tageserträge in kWh (aufaddiert)'); ylabel('Ertrag in kWh pro Tag'); box(ax1,'on'); legend('show') |
Resa in kWh al giorno
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 | E_day_sum = sum(E_day,2); E_day_sum_sort = sort(E_day_sum,'descend'); f4 = figure; p4 = plot(E_day_sum_sort); ylim([0,9]) set(gca,'XGrid','on','YGrid','on') legend({'SUMME'}) title('Sortierte Tageserträge für ein Jahr') ylabel('Ertrag in kWh pro Tag') xlabel('Tage') |
Rendimento giornaliero in ordine decrescente in un anno
1 2 | E_gesamt = sum(E_day_sum) E_gesamt = 982.4698 |
La Sion può rifornirsi di circa 982 kWh all’anno attraverso il sole, il che corrisponde ad una resa fotovoltaica specifica di 813 kWh/kWp. Considerando un consumo medio di 15 kWh/100 km, la Sion potrebbe coprire grazie al sole una distanza di quasi 6.550 km all’anno, che si traducono in un risparmio annuo di circa 295 € (con una tariffa di 30 cents/kWh).
Il rendimento reale potrebbe inoltre essere influenzato dai seguenti fattori:
- Ulteriori perdite dell’elettronica di ricarica (convertitori DC/DC) e dei cavi, che tuttavia non dovrebbero superare il 10% del rendimento.
- Può accadere che la Sion non riesca ad assorbire completamente il rendimento in alcuni giorni perché la batteria è già “piena”.
- L’effetto potrebbe essere simulato meglio qualora si fornisse un profilo di consumo concreto.
- Ultimo punto, ma non per questo meno importante: l’ombreggiatura sarà sempre un problema nella pratica. In linea di principio, l’ombreggiatura potrebbe essere simulata; ma poiché le situazioni di ombreggiatura possono variare completamente da auto a auto e da giorno a giorno, non è possibile fare previsioni.
In conclusione, afferma Tjaden, 4mila km annui di “rifornimento solare gratuito” dovrebbero essere fattibili, purché si presti attenzione ad evitare luoghi ombreggiati e a parcheggiare sempre bene la vettura con il “muso” rivolto a sud 🙂
Confronto con i dati pubblicati da Sono Motors
Di seguito i dati – raggruppati per mese – della cosiddetta “gamma solare” giornaliera, considerando che le perdite dell’elettronica siano dell’ordine del 10% (confrontati con quelli pubblicati da Sono Motors nella homepage del loro sito).
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 | sono = [4,6,13,21,28,29,26,26,17,9,6,4]; idx_month = month(time); for i=1:12 idx = idx_month==i; simu(i) = mean(Pmp_summe(idx).*0.9) * sum(idx)/60 / 1000 / 14 * 100 / (sum(idx)/1440); end figure data = [simu',sono']; bar(data) xlabel('Monat') title('mittlere "solar" range') ylabel('km pro Tag') legend({'Simulation','Angabe Sono'}) |
Range solare giornaliero della Sion per ciascun mese dell’anno
Per finire, considerato che gli automobilisti italiani coprono in media 12mila km l’anno, la Sion – se i calcoli di Tjaden dovessero rivelarsi giusti – potrebbe permettere di viaggiare per un terzo della percorrenza a costo zero grazie all’energia pulita catturata dal sole con i propri pannelli fotovoltaici.
Insomma, questa Sion ci intriga tantissimo… Qualora le promesse sul prezzo (20mila euro compresa la batteria) venissero mantenute, i dati previsti sul range solare (4mila chilometri all’anno) dovessero avvicinarsi a quelli reali e il costruttore dovesse riuscire ad allestire una rete di assistenza affidabile in tutti i Paesi, questa vettura elettrica potrebbe rappresentare una vera RIVOLUZIONE del panorama mondiale della mobilità sostenibile!
E voi, cosa ne pensate?
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