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Riscaldamento ibridi plug-in
Il potenziale degli ibridi plug-in e dei veicoli elettrici per frenare l'uso del petrolio ha attirato molta attenzione ultimamente. Ma c'è ancora un grosso ostacolo da superare prima che queste auto possano diventare i veicoli dominanti sulla strada: le case automobilistiche dovranno trovare un modo efficiente per rifornirle di riscaldamento e aria condizionata. Questo perché i sistemi di riscaldamento e raffreddamento convenzionali non funzionano o sono inefficienti in tali veicoli, riducendo notevolmente la loro autonomia in climi caldi e freddi.
Uno dei principali candidati per un sistema alternativo si basa su dispositivi termoelettrici, a semiconduttore che possono fornire calore o raffreddamento, a seconda della direzione in cui scorre la corrente elettrica. Le principali case automobilistiche, come GM e Ford, stanno ora sviluppando sistemi basati su semiconduttori termoelettrici esistenti e materiali sperimentali che utilizzano la nanotecnologia promettono di rendere tali sistemi ancora più attraenti.
Le prime auto ibride plug-in, che possono essere ricaricate collegandole a una presa elettrica, ma dotate di piccoli motori a benzina per estendere la loro autonomia, utilizzeranno riscaldatori elettrici. Quando inizieranno ad apparire dalle principali case automobilistiche verso la fine del 2010, costeranno migliaia di euro in più rispetto alle auto convenzionali, quindi le case automobilistiche sono alla ricerca di modi per renderle meno costose per ampliare il loro fascino. Un modo per farlo è trovare sistemi di riscaldamento e raffreddamento più efficienti, che permettano di utilizzare batterie più piccole e meno costose. Di conseguenza, i sistemi termoelettrici potrebbero iniziare a comparire nelle auto nel 2012.
I sistemi di riscaldamento delle auto di oggi si basano sul fatto che i motori a combustione interna sono terribilmente inefficienti: circa i due terzi dell'energia guadagnata dalla combustione della benzina non fanno nulla per azionare l'auto. Ma questa inefficienza genera enormi quantità di calore. Parte di quel calore viene utilizzato per riscaldare i passeggeri. Gli ibridi plug-in, che funzionano principalmente o interamente a elettricità per la guida locale, non generano tali quantità di calore disperso. Quindi, il calore deve essere generato utilizzando l'energia della batteria, consumando migliaia di watt che altrimenti avrebbero potuto essere utilizzati per azionare i veicoli. Mentre gli ibridi plug-in consumano notevolmente meno benzina rispetto alle auto convenzionali con tempo mite, con tempo freddo il vantaggio sarà molto inferiore, secondo Clay Maranville, ricercatore senior presso Ford Motor Company .
Un problema simile si verifica con l'aria condizionata: la gamma elettrica degli ibridi plug-in diminuirà quando fa caldo, sia perché il motore a benzina deve entrare in funzione per far girare un compressore convenzionale, sia perché un compressore elettrico scaricherà la batteria.
I termoelettrici sono attraenti per il riscaldamento perché sono più efficienti dei normali riscaldatori elettrici, che generano calore facendo scorrere una corrente attraverso un materiale che ha un'elevata resistenza elettrica. Inoltre, la termoelettrica consente di riprogettare completamente il sistema di raffreddamento e riscaldamento. Nella maggior parte dei veicoli di oggi, i sistemi di riscaldamento e raffreddamento sono progettati per riscaldare l'intero abitacolo. I termoelettrici sono dispositivi compatti che possono essere installati in punti dell'auto: nel poggiatesta, nel sedile, ai piedi di una persona e così via. Quindi, invece di riscaldare e raffreddare l'intera cabina, possono riscaldare o raffreddare i singoli passeggeri.
Il risparmio di energia elettrica che un tale sistema potrebbe fornire a un'auto ibrida plug-in potrebbe essere enorme. Laddove un sistema di riscaldamento e raffreddamento elettrico convenzionale richiede fino a 4.500 watt per mantenere la temperatura desiderata all'interno di un'auto, un sistema termoelettrico userebbe 3.000 watt se l'auto è piena di passeggeri o meno di 700 watt se il conducente è solo, secondo le stime dal Dipartimento dell'Energia. Le future generazioni di materiali termoelettrici che si basano sulla nanotecnologia ora in fase di dimostrazione nei laboratori accademici potrebbero migliorare ulteriormente questi risparmi. (Vedi Termoelettrico economico ed efficiente e Trasformazione del calore di scarto in energia .)
Sia Maranville che Jihui Yang, uno scienziato del personale presso GM , diciamo che è probabile che i termoelettrici vengano incorporati gradualmente man mano che diversi componenti diventano disponibili. Uno dei primi modi in cui può aiutare è il ridimensionamento dell'aria condizionata convenzionale per renderla più efficiente. Yang afferma che le auto di GM utilizzano condizionatori d'aria sovradimensionati per soddisfare il requisito di raffreddare l'abitacolo in due minuti, anche nelle giornate molto calde. I termoelettrici ben posizionati potrebbero far sentire i passeggeri più freschi immediatamente raffreddando il collo o il viso mentre un piccolo condizionatore d'aria convenzionale abbassa gradualmente la temperatura ovunque.
In generale, le case automobilistiche temono che la maggior parte dei consumatori non sarà disposta a sopportare gli inconvenienti per guidare auto più efficienti. Il riscaldamento e il raffreddamento termoelettrici potrebbero aiutare. La nostra grande sfida nella ricerca è rendere la tecnologia trasparente per il cliente, in modo che quando entrano in un veicolo, non importa se si trovano in un veicolo convenzionale o in un veicolo a tecnologia avanzata, afferma Maranville.