Nous n’allons pas aborder ici la viabilité économique, bien que ce soit un point important, comme en témoigne la faillite de projets de voitures solaires tels que Lightyear ou Sono Motors. Nous allons plutôt nous concentrer sur les limites techniques et technologiques.
La puissance limitée des panneaux solaires
Pour qu’une voiture puisse se déplacer uniquement grâce à l’énergie solaire, elle doit capter, convertir et stocker suffisamment d’énergie pour surmonter la résistance de l’air, la friction de la route, le poids du véhicule et l’accélération. Les panneaux solaires, même les plus performants, ont une capacité limitée à générer de l’énergie en raison de facteurs comme la surface disponible sur le véhicule, l’efficacité des cellules solaires et les conditions météorologiques.
Les panneaux solaires conventionnels en silicium monocristallin ont une efficacité moyenne d’environ 20 à 22 %, même si certaines des dernières générations peuvent atteindre 25 %. Cela signifie que sur l’énergie solaire qui leur parvient, seulement un quart ou un cinquième est converti en électricité, selon le type de panneau.
La quantité d’énergie totale captée dépend de la surface qu’ils peuvent couvrir sur la voiture. Ce qui nous amène à la question suivante : quelle quantité d’énergie peut-on réellement obtenir en couvrant toute la carrosserie de la voiture de panneaux solaires ?
L’énergie solaire captée lors d’une journée ensoleillée
Prenons l’exemple d’une voiture de taille moyenne avec des panneaux solaires sur le capot, le toit et les côtés de la carrosserie, pour une surface totale estimée à 7 mètres carrés. Pour ce cas théorique, nous allons laisser de côté les difficultés de production en série et la viabilité économique d’une telle voiture.
Les panneaux solaires photovoltaïques ayant un rendement d’environ 20 %, par une journée ensoleillée avec un rayonnement solaire direct d’environ 1 000 watts par mètre carré (W/m²), cette voiture pourrait recevoir environ 7 000 watts. Cependant, en considérant un rendement de 22 %, la puissance effective générée serait d’environ 1 540 W.
La quantité d’énergie disponible sur une journée complète d’exposition à la lumière directe (environ 6 à 7 heures de lumière intense) serait d’environ 9 240 à 10 780 Wh, soit 9,24 à 10,78 kWh. Prenons 10 kWh comme référence pour les calculs suivants. Pour comprendre à quel point cette énergie est utile, nous devons la comparer aux besoins énergétiques d’une voiture électrique typique.
Demande énergétique d’un véhicule électrique
L’une des voitures électriques les plus efficaces aujourd’hui, la Tesla Model 3, consomme environ 15 kWh pour parcourir 100 kilomètres dans des conditions réelles normales. Cependant, la plupart des voitures électriques consomment plutôt entre 18 et 20 kWh pour 100 kilomètres.
En prenant une demande énergétique de 18 kWh pour 100 km, l’énergie captée par les panneaux solaires (10 kWh) permettrait de parcourir environ 55 kilomètres par une journée ensoleillée, à condition que la voiture soit à l’arrêt pour maximiser l’absorption solaire. En pratique, l’apport solaire est plus faible en mouvement, en raison de facteurs tels que les angles changeants et les ombres, réduisant encore l’énergie captée.
Le projet Lightyear One, malgré son échec, est un exemple d’une telle tentative.
Dans un environnement urbain (avec des bâtiments, des véhicules plus grands ou des arbres fournissant de l’ombre) ou par temps nuageux, où la voiture ne reçoit pas autant de lumière directe, ce chiffre serait encore plus faible. Même dans des conditions idéales, une autonomie de 50 à 60 kilomètres est insuffisante pour assurer des trajets avec sérénité, sans parler de longs voyages.
Pour cette raison, la Lightyear One avait une capacité de batterie de 60 kWh, similaire à celle d’une Tesla Model 3 standard. Bien que présentée comme une voiture solaire, il s’agissait en réalité d’une voiture électrique à batterie avec un apport solaire complémentaire. L’Aptera, un autre projet, nécessite également des batteries, avec des capacités allant de 25 à 100 kWh.
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Autres facteurs limitant le potentiel des voitures solaires
Nous avons considéré des conditions idéales d’exposition au soleil, mais les conditions météorologiques varient selon la saison et la localisation géographique. L’Espagne bénéficie de nombreuses heures d’ensoleillement, mais dans d’autres régions du monde, ce chiffre est bien plus bas. En hiver, même en Espagne, il y a moins d’heures de lumière intense, ce qui réduit considérablement la captation d’énergie solaire.
L’angle d’incidence des rayons solaires est également un facteur clé. La production d’énergie solaire est plus efficace lorsque les rayons du soleil frappent directement les cellules. Or, dans une voiture en mouvement, cet angle optimal est rarement maintenu, et toute ombre ou angle non perpendiculaire réduit la quantité d’énergie captée.
Les premières livraisons du véhicule électrique solaire d’Aptera sont prévues pour 2025.
Enfin, il faut tenir compte de l’efficacité du stockage. L’énergie captée doit être stockée dans la batterie, mais les batteries actuelles ne sont pas 100 % efficaces, ce qui signifie qu’une partie de l’énergie est perdue lors du stockage et de la conversion.
Panneaux solaires sur les voitures électriques : une aide, pas une solution
Avec la technologie actuelle, une voiture purement solaire n’est pas viable, mais les panneaux solaires peuvent être utiles comme source d’énergie complémentaire pour les fonctions auxiliaires du véhicule, comme la climatisation, l’éclairage ou l’électronique interne.
En résumé…
Les limites de la production d’énergie avec des panneaux photovoltaïques, combinées aux besoins énergétiques élevés d’une voiture, font que les panneaux solaires installés sur le véhicule ne peuvent fournir que quelques dizaines de kilomètres d’autonomie par jour.
Bien que la technologie photovoltaïque solaire soit prometteuse pour produire de l’énergie propre à moindre coût, elle n’est pas encore une solution viable pour les voitures électriques en raison de limitations techniques et physiques. Du moins, pas aujourd’hui.
L’énergie captée par les panneaux solaires sur une voiture ne permet pas de la déplacer de manière soutenue, notamment dans des conditions de faible ensoleillement. À mesure que la technologie évolue, le rôle des panneaux solaires dans les véhicules électriques pourrait augmenter, mais pour l’instant, ils ne constituent pas une alternative.
