Pour faciliter ces essais, Sharp a réalisé un panneau embarqué en assemblant des cellules solaires à haut rendement¹ (rendement de conversion supérieur à 34 %²), initialement conçues pour un projet³ dirigé par l’agence NEDO. Toyota a installé ces panneaux sur le toit, le capot, le hayon et d'autres parties de la Prius Rechargeable, ainsi transformée en démonstrateur pour des essais sur routes ouvertes. En augmentant le rendement et la surface des panneaux embarqués, Toyota a réussi à obtenir une puissance de sortie nominale d'environ 860 W⁴, soit environ 4,8 fois plus que celle de la Prius Rechargeable du commerce équipée d’un panneau solaire. Outre sa production d'électricité nettement supérieure, cette voiture de démonstration utilise un système qui recharge la batterie de traction en roulant et en stationnement, un progrès qui devrait considérablement améliorer l'autonomie électrique et la consommation de carburant.

Ces essais doivent se dérouler dans diverses conditions de conduite à Toyota City (Préfecture d'Aichi), ainsi qu’à Tokyo et dans d'autres régions. Après vérification, les données collectées sur la production d'électricité du panneau solaire, le niveau de recharge de la batterie de traction, etc. serviront au développement d'un système de recharge solaire embarqué. Toyota prévoit de partager certains des résultats de ces essais avec l’agence NEDO et Sharp. Le Comité stratégique pour les véhicules à panneaux photovoltaïques (PV-powered Vehicle Strategy Committee)⁵, parrainé par NEDO et d'autres entités, évaluera les avantages en termes d’émissions de CO₂ et de commodité – par exemple le nombre de recharges requises par le véhicule. Il s’agit pour lui de favoriser l’essor d'un nouveau marché des panneaux solaires, notamment dans le secteur des transports, et de trouver des solutions aux problèmes énergétiques et environnementaux.

Tableau 1 : Comparaison des performances entre la Prius Rechargeable du commerce et le modèle de démonstration

* Charge maximale produite par les panneaux solaires pendant que le véhicule roule ou est garé, convertie en kilométrage selon le cycle d’essais japonais JC08.

Calcul basé sur les directives d’étiquetage (2016) de la Japan Photovoltaic Energy Association, lesquelles tiennent compte des différentes pertes induites par les systèmes embarqués. Le calcul du niveau d’ensoleillement repose sur les chiffres quotidiens de la moyenne annuelle sur la période 1990-2009 dans le district de Nagoya (source : NEDO).

1.Contexte du projet

En avril 2016, l’agence japonaise NEDO – organisme public de recherche et développement – a mis sur pied le Comité stratégique pour les véhicules à panneaux photovoltaïques, composé d’industriels et d’universitaires. Pour trouver des solutions aux problèmes énergétiques et environnementaux dans le secteur des transports, ses recherches se concentrent sur la production d’électricité solaire. Sharp et Toyota sont des membres actifs du Comité. À ce jour, celui-ci a notamment réalisé des évaluations⁶ sur : la possibilité d’atteindre une puissance de sortie de 1 kW (malgré la place limitée d’installation de panneaux sur les véhicules) en employant un module solaire d’un rendement de conversion supérieur à 30 % ; l’absence de recharge sur l’année selon les habitudes d’utilisation ; les avantages attendus en termes de baisse des émissions de CO2.

2.Descriptif de la voiture de démonstration

Ce véhicule est équipé de panneaux solaires constitués de multiples cellules photovoltaïques ayant un rendement de conversion > 34 %. La forme du module, sa résistance aux agents climatiques, ses matériaux de surface et d’autres paramètres se fondent sur les caractéristiques techniques instaurées par Toyota pour les essais routiers. La cellule solaire elle-même est un film de 0,03 mm d’épaisseur. Sa minceur lui permet d’épouser les courbes du toit, du capot et du hayon où la place est comptée. La puissance de sortie nominale du démonstrateur est d’environ 860 W.

Pour l’instant, la Prius Rechargeable du commerce ne recharge la batterie de traction qu’en phase de stationnement. En revanche, grâce à sa production d'électricité plus importante, la Prius de démonstration peut la recharger tout en roulant, au grand bénéfice de l’autonomie électrique et la sobriété.

Tableau 2 : Présentation synthétique du panneau solaire

3.Calendrier des essais

Toyota prévoit de partager certains des résultats de ces essais avec l’agence NEDO et Sharp. Le Comité stratégique et d'autres entités évalueront les avantages en termes de réduction du CO₂ et de commodité, notamment le nombre de recharges demandées par le véhicule. Il se propose ainsi de favoriser l’essor d'un nouveau marché des panneaux solaires, notamment dans le secteur des transports, et de trouver des solutions aux problèmes énergétiques et environnementaux.

¹ Cellule solaire à haut rendement :

Développée dans le cadre d’un projet conduit par le NEDO. Les applications envisagées pour la production d'électricité ciblaient un coût de 7 ¥/kWh. Ce projet vise à obtenir un rendement de conversion élevé et à valider le potentiel de la cellule pour un usage automobile. https://www.nedo.go.jp/english/news/AA5en_100070.html

² Rendement de conversion supérieur à 34 % :

Calcul basé sur la puissance de sortie de la cellule (mesurée par Sharp), dans les conditions d’essai standard AM1,5 de panneaux solaires définies par les normes internationales.

³ Projet NEDO :

Nature : Développement de modules photovoltaïques fiables et très performants, afin de diminuer le coût moyen de l’électricité ; recherche et développement de cellules solaires à structure innovante ; recherche et développement de modules solaires à matériaux semi-conducteurs de type III-V, à très haut rendement et faible coût.

Durée : Années fiscales 2016 à 2020

⁴ 860 W environ :

Puissance totale du module basée sur le calcul de la puissance de sortie d’une cellule (mesurée par Sharp).

⁵ Comité stratégique pour les véhicules à panneaux photovoltaïques :

Créé par le NEDO en avril 2016 pour étudier les systèmes photovoltaïques automobiles et explorer leur potentiel ; objectifs : participer à la recherche de solutions aux problèmes énergétiques et environnementaux ainsi qu’à la création de nouveaux marchés.

⁶ Évaluations :

Le Comité a étudié (1) les avantages en termes de réduction des émissions de CO₂, (2) la commodité pour l’utilisateur (nombre de recharges demandées par le véhicule) et (3) la réduction de CO₂ à l’échelle de la société, après la généralisation des véhicules à panneaux photovoltaïques. Les résultats ont fait l’objet d’un rapport intermédiaire publié en janvier 2018. (https://www.nedo.go.jp/english/news/AA5en_100358.html)

⁷ Module de cellules solaires multicouche à triple jonction

Assemblage de couches de matériaux différents : phosphore d'indium-gallium (InGaP), arséniure de gallium (GaAs) et arséniure d'indium-gallium (InGaAs).