Tại sao xe điện mặt trời vắng mặt trên đường?

Những trở ngại trong việc sản xuất điện tại chỗ và giá thành lắp đặt khiến xe điện Mặt trời rất khó phổ biến ở hiện tại.

Xe điện Mặt trời có tồn tại và nơi dễ nhìn thấy chúng nhất là World Solar Challenge, một giải đua diễn ra hai năm một lần tại Australia. Những người thi đấu phải chạy xe khoảng 3.000km từ Darwin ở vùng ven biển phía bắc Australia tới Adelaide ở vùng ven biển phía nam, chỉ sử dụng năng lượng từ Mặt trời. Nhiều mẫu xe tham gia cuộc đua trông như cỗ xe trong công viên giải trí hoặc phim khoa học viễn tưởng hơn là loại xe thường gặp trên đường. Điều đó có thể giải thích tại sao xe điện Mặt trời không phải lựa chọn để di chuyển hàng ngày, ít nhất hiện tại chưa phải, theo Popular Science.

Xe điện Mặt trời tham gia giải đua World Solar Challenge. (Ảnh: Composite World).

Dù có nhiều ánh sáng Mặt trời chiếu xuống Trái đất trong ngày, nhưng bị phân tán khi truyền qua khí quyển, vì vậy chúng truyền đến mặt đất tương đối thấp. Tính trung bình một năm, sau khi loại bỏ ảnh hưởng của các mùa khác nhau, mức năng lượng từ ánh sáng Mặt trời vào khoảng 342 watt/m², đủ để chạy một chiếc tủ lạnh tiêu chuẩn. Xe hơi có kích cỡ đa dạng, nhưng một chiếc xe cỡ lớn ở Mỹ dài khoảng 5,5m và rộng 1,8m, vì vậy nó có diện tích bề mặt khoảng 9 - 10m², có thể thu thập năng lượng khoảng 3.420 watt, đủ để chạy tủ lạnh, máy rửa bát và lò vi sóng.

Những trang trại Mặt trời truyền điện tới các thành phố và thị trấn sử dụng hàng triệu tấm pin quang năng trên diện tích hàng nghìn hecta. Một số cơ sở ở khu vực sa mạc sử dụng gương xếp thành nhiều dãy để tập trung năng lượng Mặt trời. Nhưng một chiếc xe tiêu chuẩn không có đủ diện tích bề mặt để thu thập nhiều năng lượng Mặt trời.

Một vấn đề khác là pin quang năng hiện nay không hiệu quả lắm trong việc biến đổi ánh sáng Mặt trời thành điện. Thông thường, hiệu suất của chúng chỉ khoảng 20%, có nghĩa chúng biến đổi khoảng 1/5 năng lượng Mặt trời truyền đến thành dòng điện. Điều này có nghĩa 3.420 watt năng lượng Mặt trời chiếu đến một chiếc xe thông thường phủ kín pin quang năng chỉ cung cấp khoảng 684 watt điện để xe có thể sử dụng. Trong khi đó, một phương tiện điện cần 20.000 watt để chạy ở tốc độ 100km/h.

Những phương tiện tham gia World Solar Challenge thường rất lớn và có thiết kế giúp tối đa hóa diện tích bề mặt. Điều đó giúp xe thu thập nhiều ánh sáng Mặt trời hết mức có thể. Với một chiếc xe ở dạng ý tưởng, cách làm như vậy không có vấn đề gì, nhưng phần lớn mẫu xe không có cửa sổ hay không gian nào khác ngoại trừ chỗ dành cho lái xe.

Một vấn đề khác là vị trí địa lý, giờ chiếu sáng ban ngày và điều kiện thời tiết, tất cả đều ảnh hưởng tới mức năng lượng Mặt trời có thể tạo ra. Trái đất nghiêng theo trục, vì vậy không phải mọi khu vực đều nhận lượng ánh sáng Mặt trời như nhau ở bất kỳ thời điểm nào. Khi Bắc bán cầu nghiêng về phía Mặt trời, nửa trên của địa cầu phơi nắng nhiều hơn, ngược lại Nam bán cầu lạnh lẽo và tối tăm hơn. Khi nửa phía nam nghiêng về phía Mặt trời, các khu vực ở đó nhận nhiều ánh sáng Mặt trời hơn so với nửa trên hành tinh.

Những khu vực ở xích đạo nhận được nhiều ánh sáng Mặt trời quanh năm, vì vậy các vùng gần đó như Nam California hoặc sa mạc Sahara có năng lượng Mặt trời cao hơn so với nơi ở gần vùng cực của Trái đất như Alaska. Xe điện Mặt trời cũng gặp khó khăn để thu thập đủ ánh nắng trong ngày âm u hoặc nhiều mưa. Thậm chí nhiều trang trại Mặt trời khổng lồ phải lên kế hoạch cho thời gian Mặt trời không chiếu sáng. Lái xe cần di chuyển cả vào ban đêm. Để xe điện Mặt trời chạy sau khi trời tối, nó cần sử dụng năng lượng dư thừa thu thập vào ban ngày và lưu trữ bằng pin. Pin quang năng và pin làm tăng trọng lượng xe, và xe nặng hơn cần nhiều điện hơn để chạy hoạt động.

Giới nghiên cứu đang tìm cách thiết kế xe điện Mặt trời phù hợp hơn để sử dụng hàng ngày. Họ sẽ cần tạo ra loại pin quang năng biến đổi ánh sáng Mặt trời thành năng lượng hiệu quả hơn, đồng thời thích hợp với xe hơi. Việc tạo ra hệ thống giá thành rẻ cho xe hơi cũng rất quan trọng để người mua bình thường có thể chi trả.

Hiện nay, lựa chọn gần nhất với xe điện Mặt trời là phương tiện điện sạc tại nhà hoặc trạm sạc. Tùy vào cách sản xuất điện, một phần năng lượng nạp vào những chiếc xe này có thể đến từ pin quang năng, turbine gió, thủy điện hoặc nguồn tái tạo khác.