Koppeling van ontwerp en schaalbare productie van op maat gemaakte PV-modules voor voertuiggeïntegreerde PV

Momenteel wordt in ontwikkelde, maar ook in toenemende mate ook in ontwikkelingslanden, de mobiliteitsbehoeften meestal gedekt door prive- of bedrijfsvoertuigen. Aangezien transport verantwoordelijk is voor een significant deel van zowel directe als indirecte emissies die klimaatverandering aandrijven, kostbare ruimte in beslag nemen en lawaai, geur en lichtvervuiling veroorzaken, is er een groeiende vraag naar een duurzamere mobiliteit-op-maat om deze effecten in huidige en toekomstige samenlevingen te verzachten. Hierbij zouden elektrische voertuigen een deel van de oplossing kunnen zijn, als ze fossiele brandstoffen vervangen door elektriciteit uit hernieuwbare energie, op voorwaarde dat hun stilstandtijd tot een minimum kan worden beperkt in vergelijking met de huidige situatie waarin auto's het grootste deel van hun levensduur geparkeerd staan. Dit kan worden bereikt door de auto's tussen gebruikers te delen, wat aanzienlijk kan worden verbeterd met voertuigen die autonoom kunnen rondrijden. Behalve brandstofcellen zal ook elektrische energie uit batterijen een belangrijke rol spelen bij het leveren van energie aan de elektrische motoren van deze auto's. Daarom is fotovoltaische (PV) elektriciteitsopwekking een interessante technologie om in een dergelijke toepassing te overwegen, omdat het duurzame en mobiele elektriciteit kan leveren, onafhankelijk van het net. Berekeningen en vroege experimenten in de literatuur wijzen erop dat PV energie zou kunnen leveren voor het rijden van 20-60 km / dag, afhankelijk van de regio en de omstandigheden, en dus een aanzienlijke uitbreiding van het bereik en de autonomie van het voertuig zou kunnen opleveren. Binnen het PV-domein zijn toenemende prestaties en productievolumes de belangrijkste drijfveren geweest voor voortdurende kostenreductie, en ze zijn onmisbaar gebleken voor hun brede, en nog steeds toenemende, inzet. Imec heeft op dit gebied bijgedragen door verbeteringen in celprestaties en geavanceerde module-interconnectie- en inkapselingstechnologieën. In dit onderwerp willen we de mogelijkheden verkennen en onze moduletechnologieën verder uitbreiden en aanpassen om ook de uitdagingen voor voertuigintegratie aan te pakken. Hoewel fotovoltaische prestaties uiteraard belangrijk zullen blijven om de energieopwekking op het beschikbare (beperkte) gebied op voertuigen te maximaliseren, zijn het gewicht en uitzicht van het totaalplaatje uitdagingen die meer uitgesproken zullen zijn voor deze toepassing, en betrouwbaarheid zal een verschuiving van de focus vereisen (bv. vibratietesten). Een extra uitdaging zal zijn om de technologie te vertalen naar gebogen oppervlakken. Aan de andere kant zullen de kosten in eerste instantie veel minder belangrijk zijn dan voor standaard PV-modules. In dit doctoraatsonderwerp is het doel om verschillende opties te verkennen en te evalueren, uitgaande van welke concepten en materiaalcombinaties geschikt en/of vereist zouden zijn om te voldoen aan de behoeften op het gebied van ondersteuning en inkapseling (variërend van bestaande metalen autodakconstructies tot polymere vervangingen), met of zonder mechanische (honingraat) of composiet (koolstof / glasvezel) verstevigingen. Vervolgens moet de compatibiliteit met verschillende zonnecellen en bijbehorende interconnectietechnologieën zowel qua proces als qua materiaal worden gecontroleerd, met demonstratie op kleine schaal waar mogelijk. Dergelijke modules kunnen vervolgens worden geëvalueerd op hun performantie en betrouwbaarheid, waardoor mogelijk de ontwikkeling van nieuwe of aangepaste apparatuur ter karakterizatie nodig is. Dit geeft dan aanleiding tot feedback voor de verdere ontwikkeling van de fabricagetechnologie. Ten slotte kan de daadwerkelijke integratie van dergelijke PV-module(s) in een voertuig verder onderzoek mogelijk maken om de mogelijkheden te evalueren voor het daadwerkelijk uitrollen van dergelijke technologie in het veld.