Los cálculos son tercos y apuntan a que todavía estamos muy lejos de ver circulando por la carretera un camión solar.

La movilidad del futuro se presenta fascinante y llena de novedades. En los últimos años hemos visto emerger nuevos actores y viejos conocidos con ímpetus renovados. En el extremo ligero de las soluciones de transporte encontramos los patinetes y las bicicletas eléctricas. Para desplazarnos más rápidamente disponemos de turismos eléctricos en diferentes configuraciones y con distintos resultados al respecto de la reducción de emisiones de gases: motorizaciones híbridas, híbridas enchufables y cien por cien eléctricas. En el horizonte inmediato esperan las pilas de combustible, con el potencial de crear un nuevo sector de la economía con el hidrógeno como vector energético. Quizá más allá se encuentren sistemas pesados basados en el ciclo de oxidación-reducción del hierro, con usos prospectivos en el campo naval. Y en el aire encontramos los combustibles de origen vegetal de segunda generación que prometen ciclos casi cerrados y, por tanto, una gran reducción en las emisiones de CO₂. La electrificación en el aire espera aún un gran salto en las capacidades de almacenamiento de energía de las baterías eléctricas, que está tardando en darse y no está, bajo ningún concepto, garantizado.

Vehículos con apoyo fotovoltaico

La movilidad solar ha sido tradicionalmente una curiosidad, limitada a ejemplos experimentales. La realidad es tozuda y se muestra inflexible por lo que respecta a permitir que un vehículo sea independiente de cualquier infraestructura de carga o repostaje. Las aventuras ingenieriles que han buscado derivar toda su capacidad motriz de la energía del sol mediante paneles fotovoltaicos embarcados han fallado una y otra vez. Incluso conseguir que parte de la energía consumida sea de origen solar supone, por lo general, mucha más molestia de la que merece la pena a la luz (exigua) de los resultados.

Sin embargo, entre las propuestas de movilidad que aparecen prácticamente a diario en las noticias tecnológicas empiezan a verse ejemplos de coches solares. Destacan, por su cercanía al mercado, dos modelos: el Sono Sion y el Lightyear 0 (el número cero, no la letra o mayúscula). Ambos utilizan superficies cubiertas de paneles solares poco o nada frecuentes en un vehículo. Capó, techo y portón trasero en el caso del Lightyear [1], una berlina de casi 5,10 metros de longitud, con un total de 5 metros cuadrados de paneles curvados según la aerodinámica de la carrocería. El Lightyear 0 promete nada menos que 70 kilómetros diarios de movilidad solar sin coste, aunque la letra pequeña afirma que el cálculo está hecho para una ubicación no especificada del sur de España y solo es válido durante el 10 por ciento del año más favorable, alrededor del solsticio de verano. Este dato sin duda será interesante para los potenciales compradores de la berlina que vivan más cerca de la sede de la marca, en Eindhoven (Países Bajos).

En cuanto al Sono Sion [2], un monovolumen de 4,47 metros de longitud, ofrece ocho metros cuadrados de paneles fotovoltaicos integrados en todas las superficies expuestas de la carrocería. No solo capó y techo, sino también puertas y aletas. El cálculo de la autonomía solar que permite sus paneles está dado por el fabricante en 35 kilómetros diarios en el mes de junio, suponiendo días perfectamente soleados. A su favor hay que decir que esta estimación no corresponde a la Costa del Sol: el fabricante Sono Motors está radicado en Múnich (Alemania), y esa es precisamente la ubicación a la que se refieren. Las tablas con el histórico meteorológico de Múnich indican que un mes de junio normal tiene 11 días soleados. Sin embargo; esta información no aparece en la web de Sono Motors.

Está por ver que estos turismos con apoyo solar —llamarlos coches solares es, a todas luces, engañoso— resulten rentables a largo plazo. La integración de los paneles fotovoltaicos en la carrocería, a pesar de intentar aprovechar las superficies de menor curvatura, resulta compleja y hace una verificación independiente de sus capacidades reales, cuanto menos, difícil. No obstante, sería interesante disponer de una idea de la magnitud del apoyo que puedan proporcionar unos paneles solares en un vehículo electrificado capaz de llevarlos. Para lograr este objetivo, es interesante centrarse en un caso de cálculo particularmente favorable: el camión con apoyo solar. Han aparecido propuestas de camiones electrificados, total o parcialmente, que obtienen cierto apoyo en su autonomía de paneles fotovoltaicos montados sobre las paredes laterales y superior de su zona de carga. Esta disposición permite disponer de grandes espacios, en principio diáfanos, para la instalación de los colectores solares. Espacios que, además, son planos. Se evita de este modo un problema común que aumenta el coste de los paneles en techos u otras superficies de turismos: las curvaturas guiadas por la aerodinámica.

Modelo de cálculo de apoyo solar para camión

Para crear un modelo de cálculo simplificado [3] nos centraremos en un camión con semirremolque de cinco ejes al que dotaremos de paneles fotovoltaicos en los laterales y techo de su semirremolque. El primer paso será calcular las superficies disponibles dadas unas dimensiones típicas.

A partir de las medidas de la superficie disponible, procedemos a calcular la superficie total expuesta, lo que para un semirremolque típico excede los 110 metros cuadrados. En el siguiente paso, seleccionamos una ubicación y preparamos una consulta a la base de datos PVGIS de la Comisión Europea [4]. Usaremos el cálculo para el sistema más sencillo, el de un panel fotovoltaico conectado a la red, ya que no vamos a tener en cuenta datos de las baterías montadas en el vehículo.

Como quiera que el dimensionamiento de una instalación solar en PVGIS se realiza con su potencia en vatios-pico (los vatios que puede producir una instalación solar fotovoltaica bajo condiciones óptimas de iluminación solar, sin cobertura de nubes y a una temperatura de panel de 25 °C), utilizamos un parámetro común para ligar esta unidad a la superficie unitaria de paneles: un metro cuadrado de panel fotovoltaico ofrece 0,2 kilovatios-pico.

Avanzando en las características del modelo, calcularemos por un lado la energía producida para la ubicación dada por la superficie de paneles del techo de la caja del semirremolque, cuya inclinación, que asumiremos siempre cenital, es fija e igual a cero grados, y su acimut es indiferente. Por otro, tendremos en cuenta un movimiento aleatorio del vehículo a lo largo del año. Computaremos el valor de la energía producida por uno de los laterales, considerando su inclinación como 90 grados y su acimut como una variable aleatoria de distribución uniforme. orientado en cuatro direcciones perpendiculares (–90°, 0°, 90° y 180°, es decir, este, sur, oeste y norte); el resultado será la media aritmética de estos cuatro valores, multiplicada por dos para tener en cuenta ambos lados de la caja.

Para que este valor de energía producida sea correcto, tendremos que imponer la condición de que el camión no visite recintos cerrados ni se encuentre en zonas sombreadas nunca; esto anularía o reduciría significativamente la producción de energía durante el tiempo en el que se viera afectado por esta reducción de la iluminación ambiental. Esta suposición, fácil de hacer para un camión, es mucho más aventurada para un vehículo más pequeño como un turismo. Con todo esto, podemos ya intentar estimar la producción de energía anual del sistema. Los cálculos anuales permiten uniformizar el impacto de la variación día-noche y estacional en la radiación solar incidente.

Estimación del consumo de energía en un camión eléctrico

Podemos comprobar que, en el centro de la península Ibérica, instalar paneles fotovoltaicos en las superficies disponibles de un semirremolque de las medidas consideradas permitirá producir más de 19 megavatios-hora en un año. Parece mucho, pero para estar seguros tendremos que comparar esa cifra con cuánta energía consumiría ese mismo camión en su funcionamiento normal, y comprobar que fracción representa la producción solar. ¿El problema? Que, hoy, no existen camiones eléctricos de ese tamaño en producción con los que poder ofrecer cifras fiables. Tanto el Tesla Semi como el Mercedes eActros LongHaul están, según las noticias recientes, a uno y dos años respectivamente de estar disponibles en el mercado.

Sin embargo, sí es posible comparar con el consumo de camiones actuales de motorización térmica, bajo el supuesto de que la energía necesaria para su movimiento será aproximadamente la misma. Un camión del tipo que estamos considerando puede consumir, bajo condiciones de conducción económica y recorridos mayoritariamente sin pendientes, 32 litros de combustible diésel cada cien kilómetros [5]. Este consumo responde al uso total, primario, de energía del camión, pero no nos está dando la información que necesitamos. Hay que ponerlo en términos de energía neta. Para ello, habrá que minorar la parte de la energía que se pierde por las limitaciones termodinámicas de los motores de combustión; con ello tendremos la energía neta que llega finalmente a las ruedas y sistemas auxiliares. Después, imaginaremos que la energía ha sido extraída de una fuente compatible con los paneles solares, de manera que podamos compararla. Por último, añadiremos la parte de pérdidas de un motor eléctrico, que, como veremos, es mucho menos significativa que en el caso del motor de combustión.

Los valores que emplearemos para realizar el cálculo serán:

Densidad energética del combustible diésel: 36,05 MJ/L

En kilovatios-hora/litro: 10,01 kW·h/L

Rendimiento del motor térmico: 45 %

Rendimiento del motor eléctrico equivalente: 90 %

Consideraremos además un kilometraje anual típico de 120000 kilómetros. El camión diésel considerado consumirá 375000 litros de combustible, mientras que un hipotético camión eléctrico equivalente deberá usar del orden de 210 megavatios-hora, arrojando un gasto de energía por kilómetro de 1,75 kilovatios-hora por kilómetro. Como comparación, Tesla afirma que su futuro Tesla Semi tendrá un consumo de 1,24 kilovatios-hora por kilómetro [6], un 29 por ciento menos, lo que es consistente con las diferencias habituales observadas entre consumos declarados y reales en otros vehículos.

Los paneles, según el cálculo de nuestro modelo, ofrecerán algo menos de 20 megavatios-hora, del orden del 9 por ciento de la energía requerida. En términos de distancia, más de 11000 kilómetros «gratuitos». Ahora bien, ¿compensa el montaje? ¿En cuánto tiempo se recuperará la inversión necesaria?

Plazo de retorno de la inversión

En este momento, sin una disponibilidad real de camiones para modificar, solo es posible hacer estimaciones. La instalación de los paneles fotovoltaicos sobre las superficies de la caja de un semirremolque no se antoja como especialmente compleja, pero es un problema diferente al de un montaje sobre el tejado de un edificio. El sistema no necesitará estar dotado de un inversor, un componente que habitualmente justifica aproximadamente el veinte por ciento del coste de un sistema fotovoltaico de esta magnitud; las baterías de un camión eléctrico almacenan corriente continua. Será necesario, naturalmente, instalar la circuitería necesaria para realizar la adaptación del voltaje de las placas al de las baterías, así como todos los elementos de control necesarios. Al tratarse de una instalación en movimiento, es de prever que los requisitos mecánicos y normativos de seguridad serán más onerosos de cumplir.

Entre factores que disminuyen el precio y otros que lo aumentan, vamos a simplificar considerando que el coste unitario por metro cuadrado de instalación del sistema será similar al disponible hoy para edificios, cuyo límite inferior se encuentra alrededor de los 600 euros. Esto fijaría el coste del sistema fotovoltaico en unos 67000 euros, una magnitud comparable a la de los costes típicos de la cabeza tractora. Una cifra habitual de referencia en las motorizaciones diésel sería 100000 euros, pero con seguridad el coste final será superior para los futuros camiones eléctricos de gran tonelaje). Por su parte, es casi el doble que el coste del propio semirremolque, para el que una cifra típica podría ser 36000 euros.

Ahora estamos en condiciones de calcular un tiempo de retorno de la inversión, si tenemos en cuenta el coste del kilovatio-hora para la carga de las baterías del camión. Considerando un coste de 0,19 euros por kilovatio-hora, no se recuperaría la inversión hasta casi los dieciocho años. La vida media de un camión de gran tonelaje se estima en unos diez años, y aunque es de suponer que las mecánicas más sencillas de las motorizaciones eléctricas conllevarán un aumento considerable del tiempo útil de estos vehículos, dieciocho años parecen un plazo completamente inasumible.

Haciendo un análisis para diferentes escenarios considerando las dos variables clave en esta situación (el coste unitario de instalación de los paneles fotovoltaicos y el coste por kilovatio-hora de la energía de recarga, encontramos que, si establecemos de forma muy conservadora los diez años como el periodo mínimo de retorno aceptable para la inversión de instalar paneles fotovoltaicos en el semirremolque, encontramos que los costes de instalación unitarios deben disminuir hasta los 500 euros por metro cuadrado y el precio medio de la energía aumentar hasta los 0,3 euros por kilovatio-hora. Para costes de instalación unitarios más bajos, el precio medio de la energía aceptable en todo el periodo disminuye también. Para un valor similar al considerado inicialmente de 0,19 euros por kilovatio-hora, el coste unitario de instalación tendría que bajar a la mitad (300 euros por metro cuadrado) para que el tiempo de retorno bajara de los nueve años.

De modo un tanto alarmante, el precio por metro cuadrado del panel fotovoltaico, que ha mostrado un comportamiento histórico de disminución exponencial hasta 2019 [7], parece haberse estabilizado e incluso aumentado en los últimos tres años [8], a pesar del crecimiento constante en su capacidad productiva en todo el mundo.

El futuro del camión con apoyo fotovoltaico

En conclusión: no vemos paneles solares en camiones por un conjunto de razones. Para empezar, los camiones tienen que evolucionar en motorización: sin al menos una motorización híbrida con una capacidad suficiente de baterías, no tiene sentido la instalación de placas fotovoltaicas salvo para alimentar sistemas secundarios (la refrigeración aparece aquí como una oportunidad a considerar). Por otro lado, es necesario que el coste de las instalaciones fotovoltaicas disminuya de forma clara, algo que podría suceder aún pese al comportamiento reciente del mercado, achacable al menos en parte a las turbulencias logísticas inducidas por la crisis de la COVID-19. Y, por último, este tipo de instalaciones tienen más sentido cuanto mayor sea el coste del kilovatio-hora para la recarga. Lamentablemente, todas las señales apuntan en este sentido a corto y medio plazo.

El caso de negocio para empresas del tipo de Sono Motors, que ha propuesto adaptaciones para camiones de este estilo [9], está en el aire. Y esto, sin responder a una pregunta más: ¿aceptarán los operadores de camiones ceder el espacio de los laterales de los semirremolques para un fin diferente a anunciarse en letras de dos metros de altura?

Bibliografía

[1] Lightyear. (2022). Long Range Solar Electric Vehicle – Lightyear 0. Visitado el 29/09/2022 en

[2] Sono Motors. (2022). The Sion – the car that charges itself. Visitado el 29/09/2022.

[3] Rivera, I. (29/09/2022). Modelo de cálculo de apoyo solar para camiones. Google Spreadsheets.

[4] Comisión Europea. (01/03/2022). PVGIS Photovoltaic Geographical Information System. EU Science Hub. Visitado el 29/09/2022.

[5] Instituto para la Diversificación y el Ahorro de Energía. (2009). Guía para la gestión del combustible en las flotas de transporte por carretera. Centro de Publicaciones, Ministerio de Fomento. Visitado el 29/09/2022.

[6] García, G. (15/02/2021). Ya sabemos la capacidad del tesla semi: 500 KWH, ¿Escasa para un camión eléctrico? Híbridos y Eléctricos. Visitado el 29/09/2022.

[7] Oxford Martin School, University of Oxford. (2020). Solar PV module prices. Our World in Data. Visitado el 29/09/2022.

[8] Gifford, J. (04/01/2022). Higher PV module prices may point to stable demand and more sustainable pricing trends. PV Magazine International. Visitado el 29/09//2022.

[9] Sono Motors. (08/09/2022). Sono Motors presents financial results for the second quarter of 2022. Sono Motors. Visitado el 29/09//2022.

Sobre el autor: Iván Rivera es ingeniero especializado en proyectos de innovación de productos y servicios para ferrocarriles.