Mặt trời tạo ra một lượng năng lượng cực kỳ lớn. Năng lượng này sẽ được chuyển đổi thành điện năng bởi các tấm pin mặt trời. Tuy nhiên, việc ứng dụng trên chưa thể tiếp cận mạnh mẽ được với các loại xe cộ hiện nay, nhất là xe điện. Bằng chứng là chúng ta vẫn chưa từng thấy bất kỳ chiếc ô tô điện chạy bằng năng lượng mặt trời nào, hiện hữu tại các showroom? Vậy tại sao ô tô điện chạy bằng năng lượng mặt trời lại chưa thể hiện thực hoá được?

Theo Jason Fenske, người dẫn chương trình của “Engineering Explained” đã nêu ra một vài lý do khiến những chiếc xe chạy bằng năng lượng mặt trời không thể phổ biến hiện nay.

1. Giả thuyết lý tưởng:​

Các tia nắng mặt trời cung cấp rất nhiều năng lượng. Trong trường hợp có ánh nắng tối ưu nhất (100%*), việc phủ các tấm pin mặt trời lên nóc xe điện (ví dụ: Tesla Model 3) có thể tạo ra lượng điện liên tục lên tới 12 kilowatt, theo J. Fenske tính toán. Miễn là có mặt trời chiếu sáng, ta có thể lái xe điện với tốc độ không đổi 100 km/h trong điều kiện lý tưởng nhất.

Theo nghiên cứu, những tấm pin mặt trời được sử dụng có thể sạc một bộ pin 75 kWh, mất khoảng 6,25 giờ. Năng lượng này sẽ cho phép ta có thể tiếp tục lái xe vào ban đêm. Tuy nhiên, đó chỉ là giả định ở các điều kiện lý tưởng.

2. Thực tế chứng minh:​

Ở điều kiện trong thế giới thực sẽ không được sự lý tưởng như các phép tính toán trên, chỉ có khoảng 55% năng lượng mặt trời* (thực tế chỉ đạt 250W so với 1360W) đi đến bề mặt Trái đất; phần còn lại bị phản xạ đi hoặc bị bầu khí quyển hấp thụ mất.


Độ hiệu quả của các tấm pin mặt trời cũng rất hạn chế. Các tấm pin phổ biến hiện nay chỉ có giới hạn chuyển đổi năng lượng mặt trời thành điện năng khoảng 33,7%. Điều đó có nghĩa là hầu hết ánh sáng mặt trời chiếu vào chúng đều không được chuyển hóa thành điện năng (mặc dù có nhiều cách để nâng cao giới hạn chuyển đổi này).

J. Fenske cho biết do Trái đất hình cầu, bề mặt cong sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả của các tấm pin năng lượng mặt trời. Chỉ một vùng nhỏ trên bề mặt Trái đất đối diện trực tiếp với Mặt trời tại bất kỳ thời điểm nào. Ở những nơi khác, các tấm pin mặt trời bị nghiêng ra khỏi hướng chiếu của Mặt trời phần nào. Do đó, nó hạn chế khả năng hấp thụ năng lượng của những tấm pin năng lượng mặt trời.

3. Sự kém hiệu quả nếu sử dụng ô tô chạy bằng năng lượng mặt trời:​

J. Fenske giải thích rằng nếu cứ chuyển đổi lượng năng lượng mặt trời kém hiệu quả đó khi sử dụng trên một chiếc Model 3, tối đa chỉ có thể đạt được 1,5 kW. Với tốc độ nạp như thế này, ta sẽ mất 8,3 ngày chỉ để sạc đầy pin cho chiếc Tesla Model 3.


Hiện nay, vẫn có một số công ty/hãng chuyên nghiên cứu xe điện chạy bằng năng lượng mặt trời vẫn đang cố gắng tung ra nhiều mẫu thử mới. Thế nhưng, trường hợp của hãng Aptera Motors đặc biệt hơn. Hãng tuyên bố xe ba bánh của họ có thể lấy tất cả năng lượng từ mặt trời (không có hao tổn) và do đó không phải mất thời gian chờ sạc.

J. Fenske cho biết bài toán cho điều đó đã được kiểm tra thực tế. Để không bao giờ sạc “never charge” phải đáp ứng ở điều kiện tối thiểu như sau: 3 mét vuông Pin năng lượng mặt trời, cung cấp được 100 wh/mile (mile: dặm) => Xe phải chạy tối thiểu 40 miles/ngày (64 km/ngày) để tự sạc và phải đáp ứng tối thiểu 4 kWh/ngày. Thực tế chứng minh, mẫu xe của Aptera Motors hoàn toàn có thể đáp ứng được với mức 4,5 kwh/ngày.


Nhưng nên biết rằng, chiếc xe Aptera này chỉ đủ rộng rãi cho hai người lớn và tải được ít hàng hóa trong cabin. Bên cạnh đó, độ tin cậy và an toàn trong trường hợp xảy ra va chạm vẫn còn là một dấu hỏi.

J. Fenske mặc dù thừa nhận chiếc xe này sẽ phổ biến trong tương lai nhưng anh cũng không phủ nhận rằng nó không thể là một chiếc xe “chính thống” như bao loại xe khác, bởi tính an toàn cho xe điện phải được đặt lên trên hàng đầu.

Tóm lại, chúng ta vẫn rất mong chờ trong tương lai những chiếc xe điện chạy bằng năng lượng mặt trời sẽ phổ biến hơn nữa, nhằm cứu lấy Trái Đất vốn đã rất ô nhiễm như hiện nay.

Nhiên liệu hydro có tốc độ đốt cháy nhanh hơn xăng và nhờ đó có thể cải thiện khả năng phản hồi của động cơ đốt trong. Cho đến nay thì hydro vẫn đang gặp nhiều khó khăn trong việc thay thế xăng, dầu trong vận tải đường bộ.


Sử dụng pin nhiên liệu hydro để tạo ra năng lượng điện vẫn đang cho thấy tiềm năng lớn, nhưng việc sử dụng nó cho động cơ đốt trong thì đang có xu hướng giảm. Tuy nhiên, vẫn có một số nhà sản xuất hiện quan tâm đến công nghệ này, ví dụ như Toyota phát triển động cơ đua 3 xy lanh chạy bằng hydro từ GR Yaris và được sử dụng để cung cấp năng lượng cho chiếc Corolla Sport tham gia Fuji 24 Hours.

Mặc dù là một nhiên liệu sạch so với xăng hoặc dầu, hydro chỉ hoàn toàn không thải khí khi được chuyển đổi trong hệ thống pin nhiên liệu (để tạo ra điện). Khi bị đốt cháy trong động cơ đốt trong thì điều này không còn đúng. Mặc dù không tạo ra hydrocacbon (HC), cacbon monoxit (CO) và khí carbonic CO2, nhiên liệu hydro khi cháy lại tạo ra nitơ oxit (NOx). 78% không khí là khí nitơ, và trong quá trình cháy, nó bị oxy hóa để tạo ra các khí NOx độc hại. Tuy nhiên, mức độ độc hại phụ thuộc vào nhiệt độ cao trong buồng đốt. Đây là lý do vì sao động cơ hydro có thể chiếm lợi thế.

Phân tử hydro có cấu trúc đơn giản hơn so với xăng hoặc dầu, nhờ đó được hòa trộn và đốt cháy hoàn toàn trong dải AFR (tỷ lệ không khí - nhiên liệu) rộng hơn nhiều. Do đó, động cơ hydro có thể hoạt động tốt ở tình trạng hỗn hợp nhiên liệu rất nghèo (lean, tức thiếu nhiên liệu) và vẫn tạo ra mức NOx thấp hơn nhiều. Ngoài ra, lượng khí thải từ ống xả có thể được giảm thiểu tối đa bằng cách sử dụng các công nghệ thải khí hiện đại.


Tuy nhiên, để hoạt động tốt thì động cơ hydro cũng cần đáp ứng một số yêu cầu. So với nhiên liệu dạng lỏng, hydro có mật độ năng lượng cao nhưng lại "loãng"hơn, vì thế tạo ra ít năng lượng hơn khi được sử dụng trên loại động cơ phun xăng ở cửa nạp (port-injected). Công nghệ phun trực tiếp cùng với bộ tăng áp hình học biến thiên (variable-geometry turbocharger) có thể giải quyết vấn đề này và làm cho động cơ hydro trở nên khả thi hơn.

Thế nhưng được cái này lại mất cái kia. Động cơ hydro tăng áp phun nhiên liệu trực tiếp hiện đại có thể cho ra công suất cao hơn một động cơ xăng tương đương về dung tích bằng cách làm giàu (enrich) hòa khí, tuy nhiên mức NOx theo đó cũng tăng lên. Về bản chất, động cơ hydro cũng chỉ là một động cơ xăng được biến đổi với một số thành phần cứng hơn và hệ thống phun trực tiếp hydro. Bên cạnh đó, hydro có thể được lưu trữ trong bình khí nén ở áp suất lên đến 700 bar.

Với sự tương đồng với các công nghệ và kỹ thuật sản xuất hiện nay, động cơ chạy khí hydro có thể sẽ là bước đệm để xe hơi được điện hóa hoàn toàn.