Elektrofahrzeug mit Solarzellen - Abschlussarbeit Philipp Holenstein

Der Klimawandel ist ein allgegenwärtiges Thema. Es lässt sich nicht restlos beweisen, aber es ist ein Fakt, dass im Laufe der Zeit mit steigender Mobilität, Elektrifizierung, Bevölkerungswachstum und die Umweltverschmutzung enorm zugenommen hat. 

Es stellt sich nun die Frage, was getan werden kann, um dieser Entwicklung entgegenzuwirken. Sicherlich hat ein Umbruch bereits stattgefunden, wenn man zum Beispiel das Thema Energieerzeugung anschaut. So sind Solarpanels auf Hausdächern mittlerweile ein vertrauter Anblick. Auch diese neuen «sauberen» Technologien wie Solarzellen und Energiespeicher gehen in der Herstellung auch zu Lasten der Umwelt, doch haben Untersuchungen mittlerweile gezeigt, dass über die gesamte Lebensdauer mehr CO2 und andere Emissionen eingespart werden als bei der Herstellung freigesetzt wurden. Gibt es nun die Möglichkeit das Smog-Problem in den Grossstädten in Angriff zu nehmen, und zugleich den CO2 Ausstoss drastisch zu senken?

 

Reduzieren sich die Nachteile mit Solarzellen auf Fahrzeugen?

Nebst all den Vor- und Nachteilen wollte Philipp Holenstein herausfinden, ob durch die Verwendung von integrierten Solarzellen auf dem Elektroauto, die Nachteile verringert werden können indem es Netz unabhängiger würde und somit konkurrenzfähiger zum Verbrennungsfahrzeug würde. Ihm war bewusst, dass der Energiegewinn aufgrund der knapp verfügbaren Fläche, die für Solarzellen zur Verfügung stehen würde, stark beschränkt sein wird. Zudem dient es nicht nur der Gewinnung von zusätzlicher Energie zum Fahren, sondern auch zur Eliminierung der Selbstentladung und zum Beitrag an eine verbesserte Gesamtökobilanz.

 
 

Selbsttest zur Ermittlung der Basiswerte

Zur Ermittlung der nötigen Basiswerte wurde das Thema Elektrofahrzeug breit recherchiert. So informierte man sich über die verschiedenen Arten von Elektrofahrzeugen, deren Aufbau (Antrieb, Akkumulatoren, Leistung) und über bestehende und verfügbare Modelle. Aus Gründen der Verfügbarkeit wurde zur Ermittlung des Energieverbrauchs ein E-Golf von Bühler+Scherler eingesetzt. Die Testergebnisse zeigen auf, dass mit einem Verbrauch von 13.8kWh pro 100km gerechnet werden muss.

 
 
 

Solarzellen-Selektion

Heute stehen grundsätzlich zwei Hauptgruppen an Solarzellen zur Wahl – die Silizium-Kristalline-Zellen und die Dünnschichtzellen. Aufgrund der vielen Vorteile wurde auf Dünnschichtzellen weiterrecherchiert und die Eigenschaften verschiedenster Solarzellen-Arten gegenübergestellt. Von den über 10 Arten entschied man sich für die CdTe Zelle, insbesondere deren Vorteile, wie z.B. einen Wirkungsgrad von 17%. Momentan liesse sich diese Zellenart noch nicht auf ein Autodach integrieren. Daher wurde die Annahme getroffen, dass dies technisch lösbar sein wird.

 
 

Schaltung – Die Verbindung zur Solarzelle

Das nachfolgende Blockschaltbild zeigt die Integration des Solarpanels in den Spannungsverlauf des Fahrzeugs

 
 
 

Philipp Holenstein, Project Engineer IP-E

Er hat sich in den vergangen 3 Jahren an der Höheren Fachschule zum Dipl. Techniker HF Elektrotechnik weitergebildet. In seiner Abschlussarbeit hat er sich dem Thema: «Solarzellen im Zusammenhang mit dem Elektrofahrzeug » gewidmet. Nachfolgend ein kurzer Abriss aus dem Konzept, das auch eingesehen werden kann.

Diplomarbeit als pdf (10MB) 

 
 

Stromgewinnung und Fazit

Mit einem Rechnungsmodell, das von der jährlichen Sonnen-Einstrahlung am Standort St. Gallen ausgeht, konnten verschiedenste Berechnungen erbracht werden, dass mit dem getesteten Modell und dem gewählten Solarpanel (ca. 1.7m2 auf E-Golf 2016) von einem Jahresertrag von 274.48kWh ausgegangen werden kann. Das ergibt zudem rund 11,34 Akku-Ladungen die rein aus Solarstrom erfolgen.

Mit der gewonnenen Energiemenge lassen sich knapp 2’000km (1'989) zurücklegen.