轻型汽车技术2021(3-4)科普论坛 63 m m m E
前瞻技术
Lightyear One太阳能汽车
李忠东编译
图1首款太阳能电动车Lightyear One
据彭博社引用的I D T e c h E x和T I M E国际市 场评估数据，全球电动汽车市场具有巨大的增长 潜力，到2027年预计将达到8000亿美元以上。为 了加速这一增长，电动汽车行业需要克服续航里 程有限和依赖电网的双重障碍。近10年来，许多 汽车商和高科技出行公司一直在为汽车寻替代 燃料，以摆脱化石燃料，而且将很多理念付诸实 践。
毋庸置疑，电动车有着诸多优点，比烧化石能 源的汽车对环境更友好，但仍然依赖于电能。电能 可以来自各种不可再生能源，其中利用太阳能发 电在很久早已被证实为一种可行方案。太阳能汽 车可以一边开车一边充电，续航不设限，能够解决 里程焦虑以及充电是否便捷等一系列问题，成为 许多人对新能源车的终极幻想。然而获取太阳能 是一种可行的发电手段，但是“制造一辆太阳能汽车”的计划并没有被任何一个汽车制造商所重视。随着荷兰光年创业公司(Lightyear)研制的“光年一 号”(Lightyear O n e)问世，情况才
有所改变。
Lightyear是从荷兰埃因霍温科技大学一工 程系学生组成的太阳能团队衍生出来的初创公 司，他们此前利用Stella和Stella L u x太阳能汽车 参加了 W o r l d Solar C h a l l e n g e挑战赛。据说，此类 汽车产生的能量比消费的能量还多。赢得比赛之 后，这学生应用为比赛打造太阳能汽车的经验，与L e a s e P l a n车辆服务公司合作，经过两年半的清 洁电力架构开发后，推出了世界上最具空气动力 学性能的Lightyear O n e(如图1)。该车型由意大利 汽车设计公司宾尼法利纳(Pininfarina)前首席设 计师罗威•维赫米斯赫执笔，为五座轿车，采用全 轮驱动动力系统，可应对崎岖地面条件。流线型的 设计使得其风阻系数小于0.20C d，成为目前风阻
64 科普论坛轻型汽车技术2021(3-4)
系数最低的纯电动汽车。
1充满电后可跑725公里
作为高科技出行创新者，Lightyear从一开始 就将L i g h t y e a r O n e的设计定位成拥有太阳能电池 板的插电式电动车。最引人注目的是车顶和引擎 盖由5平方米的集成太阳能电池板组成。为保护 其免受损害，由安全玻璃封装起来，坚固得成年人 在上面行走也不会引起凹陷。每块电池板都采用 独立设计，
电池芯在日光照射下独立工作。这意味 着即使一部分车顶位于阴影之下，也不会影响其 它电池板依然能高效地产生能量。
一般情况下，在电动汽车车身上添加太阳能 板是一件几乎没有任何意义的事情，因为大多数 车辆的重量都超过了两吨，太阳能板很难产生足 以驱动车辆前进的电量。充其量只是在考虑适度 的范围扩展行驶里程，无法提供足够的电量来对 电池进行充电。根据全球轻型车测试规程(W L T P)的标准测量结果，Lightyear O n e满电状态下的续 航里程可达725公里，超过了市场领先的特斯拉 M o d e l S的595公里续航里程。此外，M o d e l S在充 电时必须要用充电粧，而Lightyear O n e则不同，仅 其顶部的太阳能电池板在夏季为电池所提供的能 量就足以续航。据Li g hty e a介绍,Lightyear O n e能 在10秒内从0加速到100公里/小时。光伏电池 每年可以产生足够的能量，驱动汽车行驶长达2 万公里。
Lightyear O n e配备的太阳能电池板不仅可以 在汽车静止时充电，同时也能在行驶时进行充电。在4小时的驾驶过程中，能积累近50公里的额外 电能。如果在旅程过程中驾驶员出去吃个午饭，也 会继续通过太阳能进行充电。这意味着从太阳能 电池板中产生的能量实际上比消耗的更多，旅程 结束时可能会有比开始时更多的电量。太阳能电 池的效率比传统型号高出20%，能最大限度地提 高充电性能。虽然通过太阳能充电的方式获得的里程数会因气候和驾驶频率等诸多因素而有所不 同，但是Lightyear估计，在经常多云的荷兰，一辆 车平均每年行驶2万公里的全国平均里程将有 40%左右的能量来自太阳能。
虽然Lightyear O n e与一般认识的太阳能汽车 不同，但实际上还是一款纯电动汽车，可以通过普 通电动汽车充电站进行充电，电池系统可容纳60 千瓦的D C快速充电，充电一小时之后续航里程 达到507公里。同时它还可以兼容标准230V插座 充电，一小时增加400公里续航里程。它采用四门 轿跑的造型，每个车轮都内置小型定制电机，有效 减少了移动时的能源浪费。如果只是为了满足日 常通勤需要，在阳光灿烂的日子里，从太阳能车顶 和引擎盖可获得一小时12公里的额外行驶距离，车主几乎不用为车充电。
Lightyear O n e造型采用大流线型面，车身尺 寸为5057/1898/1426m m，后轮拱采用少见的半隐 藏式覆盖。外形看上去光而圆润，车顶的分是纯 粹为了功能(太阳能电池布置)考虑。内饰设计给 人一种温馨的舒适感，太阳能的新动力布局给了 设计师探索新内饰空间的可能性。车内空间宽敞，能够轻松容纳5个成年人，货物空间0.8立方米，折叠座椅后更可扩展到1.7立方米，比大多数轿车 的货物空间都要大。
2强强联手推动太阳能车顶的应用不久前，L i g h t y e a r和荷兰皇家帝斯曼集团(D S M)签署协议，旨在扩大Lightyear独特的太阳 能车顶在电动汽车市场的商业化规模，将太阳能 屋顶集成到各种电动汽车中，包括汽车，货车和公 共汽车，从而使用户能够直接用清洁能源为汽车 充电。Lightyear和D S M正在合作评估市场，首先 是针对汽车和公共交通领域的客户进行试点项 目。“充电是电动车主们最困扰的问题之一，不少 人都梦想过在车顶安装太阳能板来发电，提供给 车辆使用，达成能源永续。”Lightyear 战
略总监和
轻型汽车技术2021(3-4)科普论坛 65
联合创始人马丁•拉默斯展望道，“通过与D S M的合作，能扩大太阳能技术的可获得性，加快电动汽 车的大规模普及，彻底改变人们的旅行方式。”
Lightyear O n e通过与全球晶硅组件龙头企业 S u n P o w e r达成战略合作，将其M a x e o n太阳能电 池集成到D S M的“导电背板”技术中，在覆盖性、耐用性和安全性三个方面实现了“无缝和美学整 合”。多年来,D S M—直致力于提高背接触式光伏 太阳能组件的功率、可靠性、耐用性和成本效益。这种安装在光伏组件上的特殊背板可100%回收，比同类传统背板碳足迹降低了 30%，同时能实现 最佳的防护效果和长期功率增益。
“导电背板”是太阳能车顶的重要组成部分，背接触技术具有太阳能电池背面的所有电触点，使太阳能电池的所有连接都可放置在太阳能发电 模块的背面，从而给模块正面创造最大空间，每一 厘米都可用于捕获阳光太阳光。与此同时有助于 减少车辆的电力损耗（电池到模块），使功率输出 提高了 3%。它还具有附加的优势，可以为具有美 学吸引力的时尚天窗做出贡献。
“通过加强与Lightyear的合作，我们正在为 ‘无损’高功率背接点技术创造一个全新的市 场—
—
有可能改变清洁移动的面貌，并对气候变 化产生重大影响。”D S M先进太阳能副总裁帕斯卡 尔表示,“我们期待把十多年来在太阳能领域的市 场和科学领导地位带到这次合作中，D S M的目标 很简单：让清洁的太阳能成为所有人的现实。”
“Lightyear O n e 目前正在对 Lightyear O n e进 行优化，未来预计将生产946台。已预售超过100 台，首批量产车最早将在2021年交付给买家。”Light ye ar的首席执行长兼联合创始人莱克斯•霍 夫斯鲁特解释说，“除了预售价11.9万欧元，Lightyear O n e的起始价定在14.9万欧元。未来将 大幅降低下一代太阳能车开发计划的采购价格，且未来的车型将提供给自驾和共享车队，所以成本可分担给大量买家。结合车辆的低营运成本，我 们的目标是透过每公里的低廉价格提供优质的移 动性(mobility)。”
折叠电动汽车
3 “研究车辆”检验集成式太阳能电 池板附加价值
Light Y e a r清楚地认识到，要想打造全太阳能 车顶的电动车，达到全太阳能境界，关键在于大幅 提升太阳能电池板的效率，同时减少车辆能源消 耗，包括减重、减动力、更好的空气动力设计等。根 据Lightyear和D S M的合作协议,Lightyear计划部 署更多测试车辆，安装其自主研发的新型太阳能 技术，作为未来产品发展项目的一部分。
最近,Lightyear发布了特斯拉M o d e l3和大众 C r a f t e r L C V(轻型商用车）两款“研究车辆”（R e­search V e h i c l e)，以检验运用新型太阳能技术的 Lightyear O n e的可靠性、耐用性、安全性和使用
寿 命。“研究车辆”在荷兰东南部海尔蒙德市四处行 驶，展示集成式太阳能电池板的附加价值，测试太 阳能的发电产量，提供有关太阳能电池板振动冲 击、减震和防水等方面的真实数据，这些对于确保 Lightyear O n e以及其他采用该太阳能车顶车辆的 未来发展至关重要。
以特斯拉M o d e l 3为例，L i g h t y e a r与D S M、Lease plan (欧洲最大的汽车租赁和车队管理提供 商）以及M i j n d o m e i n n(荷兰域名管理公司）联手，用S u n p o w e r的M a x e o n太阳能电池板将其原来车 顶取而代之，开发出M o d e l3的Re se ar ch Vehicle 006(如图2)。M a x e o n太阳能电池板最好的发电效 率大约是每平方米220 W，差不多就是这部“研究 车辆”使用的面积。如果全车顶都装上太阳能电池 板，大概可以到2平方米，换句话说，它每小时能 产生的最高电量大约是440 W。M o d e l3行驶每公 里需要消耗的电量大约是160 W，如果这辆车在 烈日直射下曝晒一小时，可以帮助增加大概2.5公 里的续航力。到今年年底，Lig th ye ar 还将发布
66 科普论坛轻型汽车技术2021(3-4)
Research Vehicle007，配备自己研发的太阳能、轮 毂电机和电池技术。007在本地太阳能电动汽车 平台上开发，该平台将优化能源效率，以展示 Lightyear的电池管理系统、轮毂电机、逆变器以及 对常规E V平台的改进。
有趣的是，Ligthyear在M o d e l3上安装了太阳 能系统，而特斯拉此前差点也这么做了。2017年，特斯
拉首席执行官埃隆•马斯克曾敦促特斯拉工 程师研究将太阳电池集成到M o d e l3车型上，但是 最终结论是当时那么做不值得。两年后情况发生 了变化，他在推出C y b e r t r u c k车型时表7K，该款电 动皮卡将选配太阳能车顶，可以为每天的行驶里程延长24公里。除此之外，“可折叠的太阳能板 翼”还能够将额外的续航里程增加到每天48~64 公里。“希望C y b e r t r u d c车型能自动充电，这一充 电性能无疑在很大程度上将取决于云层、树木、白昼长度和汽车的方向。”马斯克在Twitter上提到 C y b e r t r u c k的太阳能充电功能时预测，“相信如果 定价合理，电动皮卡的太阳能续航里程提升会成 为许多驾驶者考虑的选择。”
(编译自c le a n te c h n ic a.c o m，M a y15th, 2020; w w w.d sm.c o m,14M a y2020；c le a n te c h n ic a.
c o m,J u n e21st, 2020
)