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Vernice fotovoltaica Mercedes da 12.000 km all’anno, realtà o fantasia?

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La vernice fotovoltaica sviluppata da Mercedes fa discutere. Poco ancora si sa, ma per il professor Abbotto le potenzialità della nuova tecnologia hanno un fondamento scientifico. 

                                           di Alessandro Abbotto

Cosa si sa della rivoluzionaria vernice fotovoltaica che sta sviluppando Mercedes? Diciamo subito, ben poco, almeno dal punto di vista scientifico.

Partiamo dall’inizio. L’idea di utilizzare la tecnologia fotovoltaica, capace di convertire l’energia del sole in energia elettrica, per auto elettriche non è affatto nuova. Anzi, è addirittura già commercializzata. Si chiama Vehicle Integrated Photovoltaics (VIPV), ovvero l’utilizzo di pannelli fotovoltaici integrati nelle automobili e altri mezzi di trasporto (ad esempio, furgoni e camion).

Auto più fotovoltaico: un sogno antico

Già dal 2022, alcuni modelli di automobili elettriche e ibride offrono, di serie o come optional, la possibilità di montare un tetto fotovoltaico per assistere i sistemi elettrici di bordo. L’elettricità generata viene conservata sia nella piccola batteria di avviamento che in quella principale ad alto voltaggio. Tra questi modelli ci sono la Hyundai Ioniq 5 e, solo in alcuni mercati, la Toyota Prius Prime.

Hyundai afferma che i pannelli fotovoltaici possono fornire energia sufficiente per circa
2.000 km/anno in zone con elevata irradiazione solare, come Spagna e Italia. In realtà, anche questa tecnologia non è una novità assoluta degli ultimi anni. Già negli anni Novanta il gruppo Volkswagen offriva un tetto fotovoltaico per alcuni modelli (Audi A4, A6, A8; Volkswagen Touareg e Passat).

Negli stessi anni anche Mercedes (Classe E) e, più recentemente, Nissan con la Leaf nel
2014, hanno sviluppato sistemi simili. In passato, però, le potenze in gioco erano molto basse e i costi elevati.

Per capire le potenzialità della tecnologia attuale si parte dalla superficie disponibile sul tetto. Ad esempio, la Tesla Model 3 ha una superficie disponibile di 2,5 m². Considerando una potenza del pannello fotovoltaico di 200 W/m² (quello più comune), si ottiene una potenza complessiva di 0,5 kW. Il Photovoltaic Geographical Information System della Commissione Europea calcola per la zona di Roma, considerando le perdite, una produzione annuale di 1.400 kWh per ogni kW di potenza fotovoltaica installata. Quindi, per la Tesla considerata, si avrebbe una generazione annuale di energia di 700 kWh, corrispondente a un’autonomia solare di circa 4.700 km/anno (considerando un consumo medio di 15 kWh/100 km).

Tuttavia, questa è una situazione ideale. L’energia generata sarà significativamente inferiore poiché dipende dall’angolo di irradiazione (non sempre ottimale), dai parcheggi in zone ombreggiate o al coperto e dalla curvatura del tetto. Hyundai dichiarava, come visto, 2.000 km/anno, troppo poco per compensare il costo (circa 2.000 euro, per un risparmio di soli 100 euro/anno di energia elettrica).

vernice fotovoltaica mercedes
Ecco come funziona la vernice fotovoltaica di Mercedes

Più efficienza e più superficie irradiata: si può fare

Con il nuovo sistema annunciato da Mercedes, invece, il discorso cambia radicalmente. Non si tratta più di pannelli, ma di una vernice, capace di sfruttare non solo il tetto ma tutta la superficie verniciabile dell’auto. Anche il concetto di vernice solare non è nuovo. Già da 20 anni molti studi scientifici si sono focalizzati su vernici solari di terza generazione, a base di materiali a basso prezzo (simili ai composti chimici che sono presenti nelle vernici per appartamenti o uffici o anche nelle stampanti a getto di inchiostro). Ma finora le efficienze erano bassissime, molto meno del
10%. Mercedes, invece, ha dichiarato un’efficienza del 20%, al livello dei migliori pannelli fotovoltaici a silicio per esterno.

Cosa sappiamo della tecnologia Mercedes? Come dicevamo, ben poco, per ora. Si sa che non è a base di silicio, ma di nanomateriali a basso costo, non tossici, facilmente riciclabili e riutilizzabili. Questo si tradurrebbe in costi molto più contenuti rispetto a un pannello in silicio tradizionale. Lo spessore è molto ridotto, di appena 5 millesimi di millimetro. Si tratta, quindi, di una tecnologia fotovoltaica di nuova generazione, la cosiddetta tecnologia a film sottile, che impiega molto meno materiale rispetto a un tipico wafer a silicio cristallino, molto più spesso (decine-centinaia di
micrometri).

Grazie allo spessore ultrasottile, il materiale può essere applicato alla carrozzeria dell’auto come una pasta sottilissima, ovvero una “vernice” o, più precisamente, una ricopertura di un film molto sottile. Questo film è compatibile con qualsiasi substrato, metallico o plastico, consentendo di sfruttare tutta la superficie esterna. Il film di Mercedes è molto trasparente e consente il passaggio di oltre il 90% della luce solare. Inoltre, è leggerissimo: appena 50 grammi per metro quadrato.

Mercedes sta lavorando per ottenere ricoperture estremamente flessibili, simili ai film per wrapping o per oscurare i vetri posteriori, in grado di coprire tutte le superfici esterne indipendentemente dalla forma o dall’angolazione. L’efficienza è straordinaria. Un dispositivo fotovoltaico con efficienza del 20% equivale a una potenza in uscita di 200 W/m² in condizioni ideali (mezzogiorno all’equatore).

vernice fotovoltaica mercedes
Quanti chilometri di percorrenza aggiuntiva può garantire la vernice fotovoltaica Mercedes alle diverse latitudini

Un SUV Mercedes di medie dimensioni può offrire una superficie esterna complessiva di circa 10 m², per una potenza complessiva di 2 kW. Per la zona di Roma, si avrebbe una produzione annuale di energia di 2.800 kWh/anno. Questa quantità è paragonabile al consumo annuale di elettricità di un appartamento di piccole-medie dimensioni!

Considerando un consumo di 22 kWh/100 km (dati Mercedes per il
SUV elettrico EQC 400 4MATIC), si ottiene una percorrenza “solare” di circa 12.700 km/anno.

Il sito ufficiale Mercedes riporta che una superficie di 11 m² di un tipico SUV Mercedes potrebbe produrre energia sufficiente per percorrere fino a 12.000 km/anno in condizioni ideali. L’energia generata dalle celle solari può essere utilizzata direttamente per la trazione elettrica o immagazzinata nella batteria ad alta tensione. Inoltre, il dispositivo fotovoltaico è attivo anche a vettura spenta, producendo energia quindi anche durante i parcheggi (al sole).

Una tecnologia che promette molto, ma…

In condizioni ideali, questa tecnologia promette molto, ma la quantità effettiva di energia prodotta dipende dall’uso del veicolo alla luce del sole, dal parcheggio (in un garage, ad esempio, l’energia prodotta sarebbe nulla) e da fattori geografici.

Mercedes afferma che, con una percorrenza media di 50 km al giorno, il pannello fotovoltaico potrebbe garantire fino al 60% dell’autonomia in città come Stoccarda, sede della casa automobilistica. In città con maggiore irradiazione solare, come nel Sud Italia (Mercedes usa come esempio Los Angeles), si potrebbe arrivare a coprire il 100% degli spostamenti e persino immettere energia nella rete domestica tramite la ricarica bidirezionale (V2G).

In conclusione, difficile dire se a Palermo o Cagliari si riuscirà a utilizzare un SUV Mercedes a energia solare in grado di coprire veramente il 100% della percorrenza. Probabilmente no. Tuttavia, è chiaro che la tecnologia della vernice fotovoltaica sviluppata da Mercedes rappresenta una soluzione estremamente promettente, e a costi limitati, per aumentare significativamente l’autonomia elettrica (almeno in estate) e ridurre il numero di soste per la ricarica. Nel prossimo futuro, potrebbe diventare veramente una rivoluzione per la mobilità sostenibile.

Dipartimento di Scienza dei Materiali Università di Milano – Bicocca
Presidente della Divisione di Chimica Organica della Società Chimica ItalianaCoordinatore Nazionale dei Giochi e Campionati Internazionali della Chimica della Società Chimica Italiana Borsa di studio per la chimica in Europa. Professore associato presso il Vellore Institute of Technology

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16 COMMENTI

  1. A me piacerebbe capire il principio fisico sul quale si basa una “pasta” fotovoltaica applicata come una vernice monostrato.

    Una cella fotovoltaica è alla fine un diodo, una giunzione PiN, il che significa avere dei contatti nella cella (chiaramente visibili guardandola da vicino). Ma in una vernice tra cosa e cosa fluiscono ioni ed elettroni? Mi immagino che vi siano vari altri strati, oltre a quello da 50 micron: isolante, protezione esterna che lasci passare i fotoni, etc. Ma elettronicamente come funziona in generale una vernice in Vorrei angrado di generare una vera e propria potenza da inviare all’inverter?

    Qualcuno sa spiegarmelo, grazie? Ho cercato su internet ma non ho trovato nulla di specifico.

    Mi piacerebbe anche capire se questo significa che il colore è fissato o può rimanere a scelta dell’acquirente (magari riflettente).

    • Aggiungo che il problema di capire il principio di funzionamento di base è cruciale anche per comprendere cosa succede in caso di urto, grandine, guasto in una zona di una delle placche di metallo che costuiscono la carrozzeria. Se si tratta di un unico grande diodo (che copre per esempio tutto il cofano) in caso di danno anche minimo (un graffio per esempio) non so se si possa procedere a ripristinare tutto o va cambiata tutta la parter, con costi estremamente elevati di riparazione.

      In tal caso si tratterebbe sicuramente di una soluzione per veicoli di lusso, non certo per utilitarie.

      • forse (?) pensano a film (multistrato già predisposti in fabbrica) di pellicola adesiva, tipo wrapping, invece che a vernici? pensavo anche a un’altra complicazione, la superficie totale che potrebbe/dovrebbe essere sezionata in più parti, ognuna con un suo circuito di raccolta/regolazione corrente

        • Le informazioni su questa ed altre innovazioni di Mercedes mi sembra derivino tutte da questa press release: https://mercedes-benz-media.co.uk/releases/1609 . E da quel poco che si capisce parlano proprio di “vernice”, non di pellicole adesive o celle stampate direttamente sulla carrozzeria.

          Interessanti anche le altre innovazioni su cui stanno lavorando.

  2. a me piacerebbe vedere utilitarie da città, con il tetto in vetro con pannelli solari

    per tenere i costi bassi, su una macchina da 3,7 metri tenendo il tetto un’ po squadrato nella parte posteriore, stile monovolume, potrebbe starci un unico pannello fotovoltaico in silicio e vetro, quelli standard da 2 mq per impianti fotovoltaici

    cioè misura 114 x 176 cm in vetro stratificato piatto (i bifacciali, che sono anche belli da vedere lasciando passare un po’ di luce tra le cellette, magari il tipo con i vetri rinforzati), la cornice di alluminio rimossa e incollato lungo bordi del vetro alle traverse del tetto dell’auto come fosse un normale tetto in vetro (stile Tesla, ma piatto, stile monovolume/minibus) o incollato come i parabrezza; Tesla mi pare sosteneva (?) che il loro tetto incollato in vetro (nel loro caso vetro curvo) costava uguale o meno che saldare un classico tetto in lamiera; e un pannello 114×176 bifacciale ora si trova anche a 70e, facciano 100e per averlo con i vetri rinforzati e già senza cornice

    con un unico grande pannello si avrebbero tutte le celle ugualmente esposte al sole sempre in orizzontale e un unico circuito di raccolta dell’energia (a circa 50 volt?); efficenza diciamo 23-25%, quello che è già disponibile ora con il silicio;
    a 24% sarebbero 480 watt nominali

    forse abbastanza per tenere carica la batteria anche con servizi che in parte si accendono (antifurto e climatizzazione anti temperature estreme), e per chi la usa in città per pochi km al giorno e non tutti i giorni, forse (?) anche a usarla ricaricando meno spesso?

    • No, purtroppo non è così. Il pannello orizzontale raccoglie il massimo d’energia a mezzogiorno del solstizio d’estate, ma durante il resto dell’anno è meglio avere il pannello inclinato. Solitamente quella considerata ottimale è la stessa inclinazione del valore della latitudine. È chiaro che d’inverno col sole basso sull’orizzonte il pannello orizzontale raccoglie poco. E poi un pannello rende il 23 % solo con una temperatura di 25% , col sole perfettamente perpendicolare e in condizioni di massimo irraggiamento, per ottenere il massimo bisogna esporlo a sud, niente ombre. Se tutto è perfetto, e solo per un’ora al giorno forse, abbiamo 230W ogni mq. A me pare un flop

      • si nominali sono in condizioni perfette, 240 watt per metro quadro, 480 watt su 2 metri quadri; provando un simulatore e puntandolo a Roma:
        https://pvgis.com/it

        tetto inclinato 35 gradi a sud:
        – 1500 ore anno
        – 88 ore a gennaio
        – 166 ore a luglio

        tetto orizzontale:
        – 1267 ore anno
        – 46 ore a gennaio -> 22 KW-h ricaricati al mese
        – 175 ore a luglio -> 84 KW-h ricaricati al mese

  3. A questo punto, se la notizia è confermata…non resta che “verniciare” tutti gli edifici… così almeno non avremo più condomini Senza fotovoltaico…
    Così come esistono finestre con “vetri fotovoltaici” trasparenti (con minima attenuazione della luminosità interna).

    Condivido con @ilario il dubbio su costi di riparazione in caso di incidente. Forse si attenuerà quando tutte le NEV ne saranno dotate .. almeno in parte (i tetti di colore diverso dalla carrozzeria almeno su plug-in ed altre con piccole batterie di accumulo)

    • In Nord europa con il sole più inclinato, hanno iniziato a testare concretamente facciate di edifici fotovoltaiche, e li hanno ipotizzati anche in Svizzera;
      per ora pannelli normali in vetro (pesanti) montati su guide in alluminio affrancate alla facciata.. ancora con costi di posa elevati, ma miglioreranno con mezzi attrezzati appositamente

      inziano a vedersi più spesso anche panneli commerciali in silicio ma incapsulati fogli plastici sottili e leggeri, senza vetro, come quelli che si usano per incollarli sulle barche o sui prototipi di auto solari, chissà se trovano il modo di metterli in facciata

      e si vedono prototippi anche in materiali diversi dal silicio, ma i materiali a film sottile dei tipi potenzialmente molto economici (pigmenti colorati organici o peroskiti) per ora pare che non abbiano ancora una buona durata, quando va bene resistono 3 anni, per ora finché non migliorano sembrano più gadget per oggetti di consumo

      • mi devo smentire, cercando vedo notizia di pochi giorni fa, pare trovato modo di produrre fotovoltaico organico (film sottili su supporto flessibile) con durata portata a 16 anni e resa 18%

        • Pure in Italia anni fa studiavano film sottili di origine organica (coi resti di coltivazioni, tipo le arance) e tentavano di superare i problemi di durata (anche se in Italia abbiamo sempre difficoltà a trovare giusti finanziamenti e portare a termine un brevetto commerciale internazionale).

  4. I calcoli mi sembrano davvero molto ottimistici, i 10mq dell’auto quali sono? Perché effettivamente utilizzabili sono tetto e cofano anteriore mentre le portiere essendo verticali produrrebbero da poco a niente.
    Detto questo bisogna capire il costo e fare i conti sul ritorno di investimento..

    • Ovviamente ci sono grossi margini di incertezza (come giustamente descritto in questo ottimo e completo articolo)

      Però non è del tutto vero che i lati dell’auto, essendo verticali, produrrebbero “da poco a niente”.

      Il Sole infatti trascorre la gran parte del tempo a bassa elevazione sull’orizzonte. Inoltre lo farebbe proprio quando in molti casi servirebbe, ovvero la sera prima del tramonto, e la mattina dopo l’alba, quando si può sfruttare la ricarica prima di prendere l’auto per le consuete attività quotidiane.

      Anche nelle abitazioni infatti può convenire inclinare i pannelli più dell’ottimale: si rinuncia ad un po’ di energia totale, ma la si ottiene quando serve, risparmiando sui costi delle batterie, e se possibile installando un paio di panelli in più. Così uno si ritrova con un po’ di kWh la mattina quando serve l’acqua calda o fare una lavatrice.

  5. Beh, il wafer a silicio cristallino dei pannelli non è spesso decine di mm…
    Poi voglio vedere cosa succede se l’auto prende una piccola botta, quanti sono disposti a lasciare l’auto per strada al sole invece che in garage,e quanto costerà questa verniciatura, visto che ormai un normale metallizzato costa 1000€

    • l’articolo parla di “decine-centinaia di micrometri”, o di “5 millesimi di millimetro”, non di decine di mm.

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