E-Auto, nie wieder laden?

Das wird wohl immer ein Traum bleiben...

Einfache Rechnung:
Um ein E-Auto halbwegs zügig zu bewegen, benötigt man für 100 km oder knappe 2 Stunden Fahrt mindestens 10 kWh.
Unterstellte ich Mal, man kann diesen Energiebedarf noch um 30% senken (was schon sehr utopisch anmutet, zumal die 10 kWh schon sehr optimistisch angesetzt sind), so landen wir bei 7 kWh.
Wenn ich weiterhin unterstelle, dass nicht mehr als diese 100 km am Tag gefahren wird, muss so ein Auto also mindestens diese Energiemenge über PV-Module aufnehmen können. Dafür benötigen die aktuell besten Solarzellen bei 7 Stunden nahezu idealer Sonneneinstrahlung eine effektive Fläche von mehr als 4 m².
Für einen schönen, sonnigen Sommertag mag man das noch darstellen können - aber in 8-9 Monaten des Jahres wird das schon an einem sonnigen Tag schwierig, Mal abgesehen davon, ob man sein Auto auch immer so ideal parken kann. Und an truben Tagen eine blanke Illusion - aber gerade an schlechten Tagen möchte ich vielleicht lieber das Auto nehmen als das Fahrrad

Die Rechnung ist eigentlich gar nicht so schwer...
In Deutschland haben wir eine solare Strahlung von nicht mal 960 Watt pro Quadratmeter. Diese Leistung wird nur erreicht wenn, die Sonne im rechten Winkel eintrifft.
Dafür ist die Auto Fläche viel zu klein.

Man sollte niemals NIE sagen.
Schaut Euch mal die Autos der ersten Stunde an, oder wie euer erstes Auto war und welche Entwicklung es gemacht hat!
In ein paar Jahren wird es viel kleinere und efizientere Solarzellen geben, Windräder, die ein vielfaches an Leistung bringen, als die heutigen. Ein weiteres Beispiel ist das Handy.
Ich bin sehr zuversichtlich, dass die Entwickliung rasant voran gehen wird.
Ich hoffe, dass ich als "Grüner" noch sehr viel davon miterleben darf.

Und von der Glühlampe zur LED!

Innovationen gibt es immer dann wenn wir bereit sind einen Paradigmenwechsel durchzuführen ein Beispiel gibt es in diesem Set sogar: das Paradigma ist, dass man auf einem Dach entweder einen wärmekollektor oder eine PV-Anlage drauf tun kann. Jetzt zeigt sich aber das PV-Anlagen umso geringen Wirkungsgrad haben je höher die Temperatur ist. Die meisten Entwicklungen Paradigmen Wechsel wann kombiniert einen Wärmetauscher mit einer PV-Anlage und erhöht die Wirkung der PV-Anlage drastisch

Nun, der interne Wirkungsgrad eines E-Autos liegt bei ca 90%. Da ist also nicht mehr viel Entwicklungspotential. Der Energieaufwand hängt hauptsächlich von Luftwiderstand ab. Auch da sind große Sprünge nicht mehr zu erwarten.
Und die Energieausbeute der PV-Anlage läge bei 100%iger Ausbeute bei ca 1kW pro m² - leider schaffen wir aktuell nicht einmal 25% davon unter Idealbedingungen.

Aber selbst bei einer utopischen Ausbeute von 80% bei PV würde das nicht einmal ansatzweise ausreichen, um selbst ein Fahrzeug von Größe und Komfort eines SMART auch nur mit halbwegs akzeptabler Geschwindigkeit zu bewegen.

Da sind einfach technische Grenzen - aus einem 10-Liter-Eimer kann man auch keine 20 Liter Wasser kippen.

Und zum Vergleich Glühlampe zyr LED: Bei der Glühlampe war das Licht, das wir genutzt haben, physikalisch gesehen das "Abfallprodukt"

Die Solarkonstante, also das, was von der Sonne an Strahlung ankommt, liegt am Rand der Atmosphäre bei 1361W/m². Mehr gibt's nicht.
Hier in kommen im Sommer davon im besten Fall mittags ohne Wolken und wenig Staub in der Luft 1000W/m² auf einer senkrecht auf die Sonne ausgerichtete Fläche an, meist aber nur <300W/m² ... >650W/m². Morgens und abends ist der Projektionswinkel schlechter. Im bebauten Bereich ist auf Fahrbahnhöhe noch dazu mit deutlicher Abschattung durch Gebäude etc. zu rechnen.
Das ist die Energie der Lichtstrahlung. Dann müssen die Photonen von der Solarzelle noch in Strom umgewandelt werden. Je nach Material der Solarzelle und Frequenz des Lichtes bestimmt sich daraus der max. Wirkungsgrad der Umwandlung. Das Max-Planck-Institut hat - wird der violette Anteil mit genutzt - eine theoretische Grenze beim Wirkungsgrad von 43% ermittelt. Handelsübliche Solarzellen schaffen heute etwa 16%, Prototypen kommen auf ein bißchen mehr als 20%.
Etwas mehr kann man erreichen, wenn die Glasabdeckung Prismen enthält, die etwas mehr Licht einfangen.
Ggf. lassen sich durch Kombination mit anderen Halbleitermaterialien noch gewisse Steigerungen erzielen. Das Fraunhofer-Institut hat eine Prototyp-Mehrfachsolarzelle mit 46% unter Laborbedingungen hergestellt.

Wir haben also die aktuell am jeweiligen Ort und zur jeweiligen Uhrzeit verfügbare Einstrahlung und die Fläche des Autos, senkrecht projiziert auf den Winkel der Sonnenstrahlen. Dann kommt der Wirkungsgrad der Solarzelle, dann der Wirkungsgrad des Antriebs (>90% bei Direktverbrauch; bei Zwischenspeicherung in der Batterie schnell bei ca. 80%) und dann der Fahrwiderstand (stark geschwindigkeitsabhängig) und die geografische Lage der Straße (ebenes Land oder Steigungen).

Mal sehen, welche Materialien ggf. noch gefunden werden, aber über den Tag (24h) gemittelt sehe ich bei bestmöglichen Wirkungsgraden aktuell einen täglichen Ertrag von max. 6kWh ... 8kWh pro genutztem Auto (also nicht nur rumstehend).

So sieht meine Rechnung auch aus - und da braucht man auch nicht auf Wunder der Technik zu setzen. Ein Wirkungsgrad von 100% ist nicht erreichbar und darüber schon gar nicht. Praktisch werden wir bei der Umsetzung von Sonnenlicht in Fortbewegung beim Auto vermutlich nicht einmal im Mittel über 30% an sonnigen Tagen kommen, das wäre schon das Doppelte des aktuell Machbaren. Also ca 300 Watt aus einem m² ideal ausgerichteter PV-Fläche zur Mittagszeit. Da ergibt sich schon das nächste Problem: ideal ausgerichtete PV-Module widersprechen in den meisten Fahrtrichtungen einer günstigen Aerodynamik, was den Energieverbrauch massiv steigert. Auch hier muss ein Kompromiss gefunden werden.

Um es kurz zu machen: Für Fahrstrecken im höheren zweistelligen Kilometerbereich an einem sonnigen Sommertag mag das mit zukünftigen Technologien umsetzbar sein (darüber hinaus gibt es einfache physikalische Grenzen aufgrund der von der Sonne auf der Erde eintreffenden Energiemengen). In den Monaten von September bis März wird es in unseren Breiten an sonnigen Tagen nur für Strecken Reichen, die man bei schönem Wetter auch zu Fuß oder mit dem Fahrrad absolvieren kann. Und an trüben Tagen würde so ein Auto ohne Laden an der Steckdose einfach Mal stehen bleiben.

Alles Andere gehört ins Reich der Träume - ähnlich dem Reisen mit Überlichtgeschwindigkeit.

Da wäre eher ein Auto praktikabel, wie es Ford vor über 60 Jahren Mal konzipiert hatte: mit einem Kernreaktor als "ewige" Energiequelle. Zumindest für 20-30 Jahre Laufzeit und ca. 1 Mio gefahrene Kilometer wäre so ein Antrieb technisch denkbar