태양광 자동차

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1. 개요

태양광 자동차는 태양 에너지를 전기로 변환하는 태양 전지를 사용하여 전기 모터를 구동하는 차량이다. 1950년대부터 개념이 존재했으며, 1980년대부터 태양광 자동차 경주 대회가 개최되면서 기술 발전을 이루었다. 현재는 경주용 차량뿐만 아니라 일반 자동차, 버스, 트럭 등 다양한 육상 운송 수단에 적용되고 있으며, 우주에서도 위성 및 탐사 로버에 사용된다. 태양광 자동차는 친환경적인 에너지 사용과 기술 발전을 보여주지만, 출력 밀도, 비용, 수명 등의 한계도 존재한다.

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태양광 자동차
개요
정의	태양 에너지를 동력원으로 사용하는 자동차
다른 이름	솔라카 (Solar car)
관련 기술	태양광 발전, 전기 자동차
역사
초기 모델	1955년 제너럴 모터스 "선모바일" 쇼카 (https://www.chicagofilmarchives.org/collections/index.php/Detail/Object/Show/object_id/6772) 1976년 "어글리 더클링" (https://www.alamy.com/oct-18-1976-the-ugly-duckling-makes-its-debut-the-worlds-first-civilian-image69486820.html)
상용화 노력	현대자동차 솔라루프 시스템 (https://news.hmgjournal.com/Tech/mycar-solar-roof?null) Aptera의 솔라 전기차 개발 기타 태양광 전기차 개발 시도 (https://biz.chosun.com/site/data/html_dir/2019/10/28/2019102801688.html, http://www.hani.co.kr/arti/economy/car/815197.html)
디자인 및 기술적 특징
에너지원	태양광 패널을 이용한 태양 에너지
구동 방식	전기 모터
효율성	경량화 설계 공기역학적 디자인 고효율 태양광 패널 효율적인 에너지 관리 시스템
종류	태양광 자동차 솔라 버스 솔라 트럭 솔라 기차 솔라 비행기 솔라 보트
장점 및 단점
장점	재생 에너지 사용 환경 오염 감소 연료비 절감
단점	날씨에 따른 성능 변화 높은 초기 비용 제한적인 주행 거리 태양광 패널의 효율성 및 내구성 문제
활용 분야
미래 전망	개인용 차량 대중 교통 특수 목적 차량 (예: 탐사 차량) 지속 가능한 운송 시스템 구축 기여
기타
관련 대회	World Solar Challenge American Solar Challenge
참고
관련 용어	전기 자동차 태양광 발전 지속 가능한 교통

2. 역사

태양광을 동력으로 사용하는 자동차에 대한 개념은 오래전부터 있었다. 반도체를 이용한 광전 변환 기술이 실용화되기 전에는, 태양열을 이용하는 방식이 여러 나라에서 시도되었다. 그러나 포물면 거울이나 렌즈와 같은 집광 장치가 필요했고, 작동 유체로는 물이나 암모니아처럼 끓는점이 낮은 물질이 사용되어야 했다. 스털링 엔진을 이용하는 방식도 있었지만, 이러한 방식들은 모두 실용성이 떨어져 연구가 활발히 진행되지 못했다.

이후 제1차 오일 쇼크를 겪으면서 태양광 이용이 다시 주목받기 시작했다. 20세기 후반에는 인공위성 등에 사용되는 반도체 기반 광기전력 태양 전지가 점차 실용화되었다. 1955년 시카고에서 열린 제너럴 모터스사의 모토라마(Motorama)에서는 셀렌 광전지로 움직이는 40cm 크기의 모형 자동차 선 모빌이 시연되기도 했다. 이는 훗날 콰이어트 애치버라는 실제 크기의 태양광 자동차로 오스트레일리아 대륙 횡단에 성공한 한스 토스트럽(Hans Thostrup)과 래리 퍼킨스(Larry Perkins)에게 영감을 주었다.

1987년, 한스 토스트럽은 월드 솔라 챌린지를 개최하여 전 세계 솔라카 레이스 발전에 기여했다. 최근에는 지구 온난화, 산성비, 대기 오염 등 환경 문제에 대한 관심이 높아지면서 남아프리카 공화국이나 칠레 등에서도 솔라카 레이스가 개최되고 있다.

일본에서는 1990년대에 태양광 자동차 경주가 인기를 얻었으나, 사고와 경제 불황으로 인해 관심이 줄어들었다. 현재는 아키타현의 월드 솔라카 랠리와 미에현 스즈카시의 스즈카 서킷에서 열리는 드림컵 스즈카 등 일부 대회만 정기적으로 개최되고 있다.

2. 1. 초기 역사

태양광을 동력으로 주행하는 차량의 개념은 오래전부터 존재했다. 반도체로 광전 변환이 실용화되기 전에는 태양광을 태양열로 이용하는 방법이 여러 나라에서 시도되었다. 태양열을 제한된 면적에서 이용하기 위해서는 포물면 거울이나 렌즈 같은 집광 장치가 필수적이었고, 작동 유체에는 물이나 암모니아 등 비점이 낮은 물질이 사용되었다. 또한 저온차로 작동하는 스털링 엔진을 이용하는 방법도 있었다. 이러한 방법들은 모두 실용성과는 거리가 멀었고, 관련 연구도 시들해졌다.

이후, 제1차 오일 쇼크가 일어나면서 태양광 이용이 주목받게 되었다. 20세기 후반에는 인공위성 등, 용도는 한정적이지만 반도체를 이용한 광기전력 태양 전지가 점차 실용화되었다. 태양광을 전력으로 변환하여 동력으로 주행하는 자동차 개념은 이미 1950년대부터 존재했다. 1955년, 시카고에서 개최된 제너럴 모터스사의 모토라마(Motorama)에서는 셀렌 광전지에서 발전되는 전력으로 주행하는 전장 약 40cm의 모형 자동차 선 모빌 주행이 시연되었다. 이는 후에 실물 크기의 솔라카 콰이어트 애치버로 오스트레일리아 대륙을 횡단한 Hans Thostrup과 파트너 Larry Perkins에게 영향을 주었다.^[59]

2. 2. 발전 과정

1955년, 시카고에서 개최된 제너럴 모터스 사의 모토라마(Motorama)에서는 셀렌 광전지에서 발전되는 전력으로 주행하는 전장 약 40cm의 모형 자동차 선 모빌의 주행이 시연되었다. 이는 후에 실물 크기의 솔라카 콰이어트 애치버로 오스트레일리아 대륙을 횡단한 한스 토스트럽(Hans Thostrup)과 그의 파트너 래리 퍼킨스(Larry Perkins)에게 영향을 주었다.

1982년 콰이어트 애치버로 오스트레일리아 대륙 횡단에 성공한 한스 토스트럽은 1987년에 월드 솔라 챌린지를 개최한다.^[1] 이후 이 레이스는 전 세계 솔라카 레이스의 최고봉으로 주목받으며, 최첨단 기술이 도입되고 각국의 팀들이 경쟁하는 무대로 발전하여 현재에 이른다. 한편, 일본 국내에서의 레이스 개최 상황은 1990년대에 일시적으로 관심이 높아져 각지에서 레이스가 개최되어 대학이나 고등학교를 포함한 참가자들에 의해 활기를 띠었지만, 일부 솔라카 레이스에서 사고가 발생한 점과 불황으로 경제 상황이 악화된 점이 겹쳐 점차 시들해졌다.^[1]

3. 종류

태양광 자동차는 넓은 의미로 태양광 에너지만으로 움직이는 전기 자동차를 말한다.^[59] 이 정의에는 설치형 태양 전지로부터 전원을 공급받는 경우도 포함된다. 일반적으로 태양광 자동차는 기존 가솔린 자동차의 기본 구조에 전기 자동차와 태양 전지 기술을 결합한 자동차를 말한다.^[59]

태양광 자동차의 종류는 다음과 같다.

차체 표면에 태양 전지를 장착하여 거기서 얻는 전기를 즉시 사용하며 주행하는 태양광 자동차.^[60] 보조 축전지를 차체에 탑재하는 경우도 있다.^[60]
차체와 별도로 설치한 설치형 태양 전지에서 얻는 전기를 차체에 탑재한 축전지에 저장하여 주행하는 태양광 자동차.^[60] 보조 태양 전지를 차체에 탑재하는 경우도 있다.^[60] 설치형 태양 전지로 모든 가전 제품의 전기를 충당하는 태양광 주택의 경우, 태양광 자동차는 태양 전지로부터 전기를 공급받는 가전 제품 중 하나라고 할 수 있다.^[61]

실제로는 태양 전지에서 주행용 전력을 얻지만, 보조적으로 부족한 전력을 상용 전원 등에서 충당할 수 있도록 한 것도 종종 태양광 자동차라고 불린다. 좁은 의미로는 차체에 탑재된 태양 전지만으로 필요한 전력을 모두 충당하는 것을 가리킨다.

최근에는 태양광과 풍력으로부터 전력을 얻는 시판품(Venturi사의 Eclectic)도 등장하고 있다.

4. 기술적 특징

태양광 자동차는 항공기 공학, 자전거, 대체 에너지, 자동차 산업의 기술을 결합하여 만든다. 대부분의 경주용 차량과 달리 태양광 자동차는 에너지 사용에 엄격한 제한을 받는다. 사용할 수 있는 에너지는 태양광으로 제한되지만, 완전히 충전된 배터리를 가지고 출발할 수 있으며, 일부 차량은 인력 사용을 허용하기도 한다. 따라서 공기 저항, 차량 무게, 구름 저항, 전기 효율을 최적화하는 것이 매우 중요하다. 주행 중 차체에 양력이 발생할 경우 구름 저항은 줄지만, 공기 저항이 증가하므로 트레이드 오프 관계가 되며, 차량이 떠오르면서 고속 주행 시 주행 특성이 불안정해진다.

전기 시스템은 전력의 입출력을 제어하며, 정지, 저속 주행, 내리막길 주행 시 남는 전력을 축전지에 저장한다. 태양광 자동차는 납축전지, 니켈 수소 배터리, 니켈 카드뮴 축전지, 리튬 이온 배터리, 리튬 폴리머 배터리를 사용한다. 최대 전력점 추적 장치(Maximum Power Tracker)는 태양 전지에서 발전 전력이 최대가 되는 전압으로 전력을 추출하며, 축전지 감시 장치는 과충전을 방지한다. 전동기 제어 장치는 전동기의 원하는 출력을 제어하고, 많은 제어 장치는 감속 시 축전지로 전력을 반환하는 회생 제동을 갖추고 있다.

일부 태양광 자동차는 전기 시스템을 감시하기 위해 복잡한 데이터 획득 시스템을 갖추고 있다. 기본적으로 축전지 전압과 전동기 전류를 감시하며, 더 나아가 태양 전지의 발전량과 소비 전류를 판단할 수 있다. 적산 전력계를 통해 축전지에서 나오는 전류를 곱하여 그 시점에서의 주행 거리를 표시하기도 한다.

다양한 형태의 모터가 사용되는데, 가장 효율이 높은 것은 98% 이상인 무정류 삼상 직류 휠 인 모터로 네오디뮴 자석과 리츠선이 감겨 있다.^[62] 더 저렴한 비동기 교류 모터나 정류자 직류 모터도 사용된다.

기계 시스템은 진동을 억제하는 동시에 강도와 강성을 확보하기 위해 최소 중량이 되도록 설계된다. 설계자는 극히 가볍게 해야 한다는 요구와 강도 및 강성을 겸비하는 구조를 제공하기 위해 일반적으로 알루미늄 합금, 티타늄, 복합 재료를 사용한다. 철은 많은 태양광 자동차에서 서스펜션 부품 등에 사용된다. 태양광 자동차는 일반적으로 3륜이지만 4륜도 있다. 3륜차는 전면 2륜, 후면 1륜 형태이며, 앞바퀴로 방향을 바꾸고 뒷바퀴는 구동륜인 경우가 많다. 4륜 태양광 자동차는 일반 승용차와 같은 형태이거나, 뒷바퀴 2개가 서로 접근한 3륜 태양광 자동차와 유사한 휠 레이아웃을 가지고 있다.

태양광 자동차는 차체와 섀시가 변화하는 데 대응하기 위해 넓은 가동 범위를 가진 서스펜션을 가진다. 가장 일반적인 프론트 서스펜션은 더블 위시본 서스펜션이다. 리어 서스펜션은 오토바이에 보이는 트레일링 암 서스펜션이 많다. 태양광 자동차는 엄격한 기준을 충족하는 브레이크를 갖추어야 한다. 디스크 브레이크는 높은 제동 능력과 조정 능력 때문에 가장 일반적으로 사용된다. 기계식과 유압식 브레이크는 둘 다 널리 사용된다. 최상위 태양광 자동차에서는 브레이크 패드와 브레이크 슈는 최소한의 브레이크 저항이 되도록 설계되어 있다.

태양광 자동차의 스티어링 장치는 다양하다. 주요 설계 요소는 효율, 신뢰성 및 최소의 타이어 마모와 힘 손실을 위한 정밀한 정렬이다. 태양광 자동차 레이스에서는 타이어 제조 회사에서 태양광 자동차용으로 설계된 타이어의 사용을 권장하고 있으며, 이는 전반적인 안전과 성능 향상을 가져온다. 현재는 모든 상위 팀은 구동 벨트나 체인을 폐지하고 휠 모터를 사용한다. 시험은 실질적으로 레이스 전의 신뢰성 실증이다.

태양광 자동차의 설계는 다음 에너지 방정식으로 표현할 수 있다.^[63]

::

\eta \left\{\eta_bE + \frac{Px}{v}\right\} = \left\{W C_{rr1} + N C_{rr2} v + \frac{1}{2}\rho C_D A v^2\right\}x +Wh + \frac{N_a W v^2}{2g}

이 식은 다루기 쉬운 동력 방정식으로 간소화할 수 있다.

::

\eta \left\{\eta_bEv/x + P\right\} = \left\{W C_{rr1} v + \frac{1}{2}\rho C_D A v^3\right\}

장거리 경주에서는 이러한 값을 실험적으로 구할 수 있다. 여기서 좌변은 태양광 자동차에 대한 에너지 입력(배터리와 태양으로부터의 동력)을, 우변은 경주 구간을 운전하는 데 필요한 에너지(구름 저항, 공기 저항, 경사 저항, 가속 저항)를 나타낸다. 이 식에서 속도 ''v''를 제외한 모든 값은 추정할 수 있다.

기호	주석	Ford Australia	Aurora	Aurora	Aurora
	년도	1987	1993	1999	2007
η	모터 효율(컨트롤러와 모터의 종합 효율)	0.82	0.80	0.97	0.97
η_b	배터리의 충방전 에너지 효율	0.82	0.92	0.82	1.00 (LiPoly)
E	배터리 에너지(J: 줄)	1.2e7	1.8e7	1.8e7	1.8e7
P	추정되는 태양 전지 어레이로부터의 평균 전력(1)(W)	918	902	1050	972
x	레이스 루트의 거리(m)	3e6	3.007e6	3.007e6	3.007e6
W	배터리나 드라이버를 포함한 총 중량(N)	2690	2950	3000	2400
C_rr1	제1 구름 저항 계수(단위 없음)	0.0060	0.0050	0.0027	0.0027
C_rr2	제2 구름 저항 계수(N*s/m)	0	0	0	0
N	휠 수	4	3	3	3
ρ	공기 밀도(kg/m³)	1.22	1.22	1.22	1.22
C_D	공기 저항 계수(단위 없음)	0.26	0.133	0.10	0.10
A	전방 투영 면적(m²)	0.70	0.75	0.75	0.76
h	차가 오르는 총 높이(m)	0	0	0	0
N_a	차가 1일에 가속하는 횟수	4	4	4	4
g	중력 가속도(m/s²)	9.81	9.81	9.81	9.81
v	루트 전체의 계산된 평균 속도(m/s)	16.8	20.3	27.2	27.1
	계산된 평균 속도(km/h)	60.5	73.1	97.9	97.6
	실제 레이스 속도(km/h)	44.8	70.1	73	85

※주 1 WSC에서 태양 전지의 평균 출력은 정격 출력의 7/9로 근사할 수 있다.

4. 1. 경주용 태양광 자동차

경주용 태양광 자동차는 태양 전지에서 얻은 전력을 최대한 효율적으로 사용하기 위해 여러 기술을 적용한다.

고효율 전력 제어: 태양광 패널에서 생산되는 전력을 최대한 활용하기 위해 최대 전력점 추종(MPPT) 기술을 사용한다.
경량 고효율 모터: 모터를 바퀴 안에 넣어 무게를 줄이고 효율을 높인다. 회생 제동 시스템을 통해 감속할 때 에너지를 회수하여 다시 사용한다.
최적화된 태양광 패널 배치: 차량의 공기역학적 디자인과 태양광 발전량 사이의 균형을 맞추기 위해 태양 전지 배치를 최적화한다.
고성능 배터리: 납 축전지, 리튬 이온 이차 전지, 리튬 이온 폴리머 이차 전지 등 고성능 배터리를 사용하여 에너지 밀도와 출력을 높이고, 에너지 관리 기술을 적용하여 효율적으로 사용한다.
낮은 공기 저항 및 구름 저항: 유선형 차체와 낮은 구름 저항 타이어를 사용하여 공기 저항과 구름 저항을 최소화한다.
경량화: 듀랄루민, 탄소 섬유 강화 플라스틱 등 가벼운 소재를 사용하여 차체 무게를 최소화한다.

태양광 자동차는 항공기 공학, 자전거, 대체 에너지 및 자동차 산업의 기술을 결합하여 만든다. 대부분의 경주용 차량과 달리 태양광 자동차는 에너지 사용에 엄격한 제한을 받는다. 사용할 수 있는 에너지는 태양광으로 제한되지만, 완전히 충전된 배터리를 가지고 출발할 수 있다. 일부 차량은 인력 사용을 허용하기도 한다. 따라서 공기 저항, 차량 무게, 구름 저항, 전기 효율을 최적화하는 것이 매우 중요하며, 주행 중 차체에 양력이 발생할 경우 구름 저항은 줄지만, 공기 저항이 증가하므로 트레이드 오프 관계가 된다. 또한, 차량이 떠오르면서 고속 주행 시 주행 특성이 불안정해진다.

오늘날 가장 성공적인 차량은 날개처럼 굽은 차체에 태양 전지를 부착하고, 중심부에 작은 윈드 실드를 배치하는 삼륜 형태이다. 이전에는 바퀴벌레형 디자인이 더 성공적이었으나, 안전상의 이유로 규정이 바뀌면서 운전석이 전륜보다 앞에 위치했던 차종은 사라졌다. 또한, 착좌 자세의 각도도 이전보다 더 세워졌으며, 롤 케이지가 강화되었다.

전기 시스템은 전력의 입출력을 제어하며, 정지, 저속 주행, 내리막길 주행 시 남는 전력을 축전지에 저장한다. 태양광 자동차는 납축전지, 니켈 수소 배터리, 니켈 카드뮴 축전지, 리튬 이온 배터리, 리튬 폴리머 배터리를 사용한다. 최대 전력점 추적 장치(Maximum Power Tracker)는 태양 전지에서 발전 전력이 최대가 되는 전압으로 전력을 추출하며, 축전지 감시 장치는 과충전을 방지한다. 전동기 제어 장치는 전동기의 원하는 출력을 제어하고, 많은 제어 장치는 감속 시 축전지로 전력을 반환하는 회생 제동을 갖추고 있다.

일부 태양광 자동차는 전기 시스템을 감시하기 위해 복잡한 데이터 획득 시스템을 갖추고 있다. 기본적으로는 축전지 전압과 전동기 전류로, 더 나아가 태양 전지의 발전량과 소비 전류를 판단할 수 있으며, 적산 전력계를 통해 축전지에서 나오는 전류를 곱하여 그 시점에서의 상황 하에서의 주행 거리를 표시한다.

다양한 형태의 모터가 사용되는데, 가장 효율이 높은 것은 98% 이상인 무정류 삼상 직류 휠 인 모터로 네오디뮴 자석과 리츠선이 감겨 있다.^[62] 더 저렴한 비동기 교류 모터나 정류자 직류 모터도 사용된다.

기계 시스템은 진동을 억제하는 동시에 강도와 강성을 확보하기 위해 최소 중량이 되도록 설계된다. 설계자는 극히 가볍게 해야 한다는 요구와 강도 및 강성을 겸비하는 구조를 제공하기 위해 일반적으로 알루미늄 합금, 티타늄, 복합 재료를 사용한다. 철은 많은 태양광 자동차에서 서스펜션 부품 등에 사용된다.

태양광 자동차는 일반적으로 3륜이지만 4륜도 있다. 3륜차의 전면은 2륜, 후면은 1륜을 가지며, 앞바퀴로 방향을 바꾸고 뒷바퀴는 구동륜인 경우가 많다. 4륜 태양광 자동차는 일반 승용차와 같은 형태이거나, 뒷바퀴 2개가 서로 접근한 3륜 태양광 자동차와 유사한 휠 레이아웃을 가지고 있다.

태양광 자동차는 차체와 섀시가 변화하는 데 대응하기 위해 넓은 가동 범위를 가진 서스펜션을 가지고 있다. 가장 일반적인 프론트 서스펜션은 더블 위시본 서스펜션이다. 리어 서스펜션은 오토바이에 보이는 트레일링 암 서스펜션이 많다.

태양광 자동차는 엄격한 기준을 충족하는 브레이크를 갖추어야 한다. 디스크 브레이크는 높은 제동 능력과 조정 능력 때문에 가장 일반적으로 사용된다. 기계식과 유압식 브레이크는 둘 다 널리 사용된다. 최상위 태양광 자동차에서는 브레이크 패드와 브레이크 슈는 최소한의 브레이크 저항이 되도록 들어가도록 보통 설계되어 있다.

태양광 자동차의 스티어링 장치는 다양하다. 주요 설계 요소는 효율, 신뢰성 및 최소의 타이어 마모와 힘 손실을 위한 정밀한 정렬이다.

태양광 자동차 레이스에서는 타이어 제조 회사에서 태양광 자동차용으로 설계된 타이어의 사용을 권장하고 있다. 이는 전반적인 안전과 성능 향상을 가져온다.

현재는 모든 상위 팀은 구동 벨트나 체인을 폐지하고 휠 모터를 사용한다.

시험은 실질적으로 레이스 전의 신뢰성 실증이다. 수백 달러를 투자하여 2시간의 우위를 얻는 것은 쉽지만, 마찬가지로 신뢰성으로 인해 2시간을 잃는 것도 쉽다.

thumb

태양광 자동차의 설계는 다음 에너지 방정식으로 표현할 수 있다.^[63]

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\eta \left\{\eta_bE + \frac{Px}{v}\right\} = \left\{W C_{rr1} + N C_{rr2} v + \frac{1}{2}\rho C_D A v^2\right\}x +Wh + \frac{N_a W v^2}{2g}

이 식은 다루기 쉬운 동력 방정식으로 간소화할 수 있다.

::

\eta \left\{\eta_bEv/x + P\right\} = \left\{W C_{rr1} v + \frac{1}{2}\rho C_D A v^3\right\}

장거리 경주에서는 이러한 값을 실험적으로 구할 수 있다. 여기서 좌변은 태양광 자동차에 대한 에너지 입력(배터리와 태양으로부터의 동력)을, 우변은 경주 구간을 운전하는 데 필요한 에너지(구름 저항, 공기 저항, 경사 저항, 가속 저항)를 나타낸다. 이 식에서 속도 ''v''를 제외한 모든 값은 추정할 수 있다.

기호	주석	Ford Australia	Aurora	Aurora	Aurora
	년도	1987	1993	1999	2007
η	모터 효율(컨트롤러와 모터의 종합 효율)	0.82	0.80	0.97	0.97
η_b	배터리의 충방전 에너지 효율	0.82	0.92	0.82	1.00 (LiPoly)
E	배터리 에너지(J: 줄)	1.2e7	1.8e7	1.8e7	1.8e7
P	추정되는 태양 전지 어레이로부터의 평균 전력(1)(W)	918	902	1050	972
x	레이스 루트의 거리(m)	3e6	3.007e6	3.007e6	3.007e6
W	배터리나 드라이버를 포함한 총 중량(N)	2690	2950	3000	2400
C_rr1	제1 구름 저항 계수(단위 없음)	0.0060	0.0050	0.0027	0.0027
C_rr2	제2 구름 저항 계수(N*s/m)	0	0	0	0
N	휠 수	4	3	3	3
ρ	공기 밀도(kg/m³)	1.22	1.22	1.22	1.22
C_D	공기 저항 계수(단위 없음)	0.26	0.133	0.10	0.10
A	전방 투영 면적(m²)	0.70	0.75	0.75	0.76
h	차가 오르는 총 높이(m)	0	0	0	0
N_a	차가 1일에 가속하는 횟수	4	4	4	4
g	중력 가속도(m/s²)	9.81	9.81	9.81	9.81
v	루트 전체의 계산된 평균 속도(m/s)	16.8	20.3	27.2	27.1
	계산된 평균 속도(km/h)	60.5	73.1	97.9	97.6
	실제 레이스 속도(km/h)	44.8	70.1	73	85

※주 1 WSC에서 태양 전지의 평균 출력은 정격 출력의 7/9로 근사할 수 있다.

4. 2. 일반 태양광 자동차

일반적으로 태양광 자동차는 기존 가솔린 자동차의 기본 구조에 전기 자동차와 태양 전지 기술을 결합한 자동차를 말한다.^[59]

태양광 자동차는 다음과 같이 분류할 수 있다.

차체 표면에 태양 전지를 장착하여 거기서 얻는 전기를 즉시 사용하며 주행하는 태양광 자동차.^[60] 보조 축전지를 차체에 탑재하는 경우도 있다.^[60]
차체와 별도로 설치한 설치형 태양 전지에서 얻는 전기를 차체에 탑재한 축전지에 저장하여 주행하는 태양광 자동차.^[60] 보조 태양 전지를 차체에 탑재하는 경우도 있다.^[60] 설치형 태양 전지로 모든 가전 제품의 전기를 충당하는 태양광 주택의 경우, 태양광 자동차는 태양 전지로부터 전기를 공급받는 가전 제품 중 하나라고 할 수 있다.^[61]

실제로는 태양 전지에서 주행용 전력을 얻지만, 보조적으로 부족한 전력을 상용 전원 등에서 충당할 수 있도록 한 것도 종종 태양광 자동차라고 불린다. 좁은 의미로는 차체에 탑재된 태양 전지만으로 필요한 전력을 모두 충당하는 것을 가리킨다.

일본 국내에서 번호판을 취득하여 공도를 달릴 수 있는 것으로는 니혼 TV 계열(NNN)에서 방송되는 『더! 철완! DASH!!』에 등장하는 중고 경차(8대 하이젯)의 태양광 자동차 개조차 단키치와 토요타의 RaRa II가 알려져 있다. 단키치는 컨버트 EV(전기 자동차)에 태양광 패널을 장착한 것으로, 주행 전력의 대부분이 콘센트로부터의 충전에 의한 것으로 전기 자동차로 분류할 수 있다.

최근에는 태양광과 풍력으로부터 전력을 얻는 시판품(Venturi사의 [http://www.venturi.fr/electric-vehicules-eclectic-design.html Eclectic])도 등장하고 있다.

벤츄리 아스트롤라브(Venturi Astrolab)는 2006년에 발표된 세계 최초의 상업용 전기-태양광 하이브리드 자동차였으며, 원래 2008년 1월에 출시될 예정이었다.^[13]

2007년 5월, 하이모션(Hymotion)이 주도하는 캐나다 기업 컨소시엄은 토요타 프리우스를 개조하여 햇빛이 쨍쨍한 날씨에 최대 240W의 전력을 생산하는 태양 전지를 사용하도록 했다. 이는 전기 모터만 사용하여 맑은 여름날에 최대 15km의 추가 주행 거리를 허용하는 것으로 보고되었다.^[14]

미국 미시간주 출신의 한 발명가는 2005년에 도로 주행이 가능하고, 면허, 보험을 갖춘 태양광 충전 전기 스쿠터를 제작했다. 이 스쿠터는 최고 속도가 48km/h로 제한되었고, 주차 중 배터리를 충전하기 위해 접이식 태양광 패널을 사용했다.^[15]

5. 경주용 차량 설계

오늘날 가장 성공적인 차량의 경향은 날개처럼 굽은 차체에 태양 전지를 부착하고, 중심부에 작은 윈드 실드를 배치하는 삼륜 형태이다. 이전에는 바퀴벌레형 디자인이 매끄러운 선단에서 패널로 이어지는 방식이 더 성공적이었다. 안전상의 이유로 규정이 개정되어, 과거 운전석이 전륜보다 앞에 위치했던 차종은 사라졌다. 또한, 착좌 자세의 각도도 이전보다 더 세워졌으며, 롤 케이지가 강화되었다.^[62]

전기 시스템은 전력의 입출력을 제어한다. 정지 시, 저속 주행 시, 내리막길 주행 시 남는 전력을 축전지에 저장한다. 태양광 자동차는 납축전지, 니켈 수소 배터리, 니켈 카드뮴 축전지, 리튬 이온 배터리, 리튬 폴리머 배터리를 탑재한다. 전기 시스템에 최적화된 전력 전자가 사용된다. 최대 전력점 추적 장치(Maximum Power Tracker)는 태양 전지에서 발전 전력이 최대가 되는 전압으로 전력을 추출한다. 태양 전지의 출력은 태양의 조도 및 기온에 따라 변화한다. 축전지 감시 장치는 과충전되지 않도록 보호한다. 전동기 제어 장치는 전동기의 원하는 출력을 제어한다. 많은 제어 장치는 감속 시 축전지로 전력을 반환하는 회생 제동을 갖추고 있다.^[62]

일부 태양광 자동차는 전기 시스템을 감시하기 위해 복잡한 데이터 획득 시스템을 갖추고 있다. 기본적으로는 축전지 전압과 전동기 전류로, 더 나아가 태양 전지의 발전량과 소비 전류를 판단할 수 있으며, 적산 전력계를 통해 축전지에서 나오는 전류를 곱하여 그 시점에서의 상황 하에서의 주행 거리를 표시한다.^[62]

다양한 형태의 모터가 사용된다. 가장 효율이 높은 것은 98% 이상이다. 이들은 무정류 삼상 직류 휠 인 모터로 네오디뮴 자석과 리츠선이 감겨 있다.^[62] 더 저렴한 비동기 교류 모터나 정류자 직류 모터도 사용된다.

기계 시스템은 진동을 억제하는 동시에 강도와 강성을 확보하기 위해 최소 중량이 되도록 설계된다. 설계자는 극히 가볍게 해야 한다는 요구와 강도 및 강성을 겸비하는 구조를 제공하기 위해 일반적으로 알루미늄 합금, 티타늄, 복합 재료를 사용한다. 철은 많은 태양광 자동차에서 서스펜션 부품 등에 사용된다.^[62]

태양광 자동차는 일반적으로 3륜이지만 4륜도 있다. 3륜차의 전면은 2륜, 후면은 1륜을 가지며, 앞바퀴로 방향을 바꾸고 뒷바퀴는 구동륜인 경우가 많다. 4륜 태양광 자동차는 일반 승용차와 같은 형태이거나, 뒷바퀴 2개가 서로 접근한 3륜 태양광 자동차와 유사한 휠 레이아웃을 가지고 있다.^[62]

태양광 자동차는 차체와 섀시가 변화하는 데 대응하기 위해 넓은 가동 범위를 가진 서스펜션을 가지고 있다. 가장 일반적인 프론트 서스펜션은 더블 위시본 서스펜션이다. 리어 서스펜션은 오토바이에 보이는 트레일링 암 서스펜션이 많다.^[62]

태양광 자동차는 엄격한 기준을 충족하는 브레이크를 갖추어야 한다. 디스크 브레이크는 높은 제동 능력과 조정 능력 때문에 가장 일반적으로 사용된다. 기계식과 유압식 브레이크는 둘 다 널리 사용된다. 최상위 태양광 자동차에서는 브레이크 패드와 브레이크 슈는 최소한의 브레이크 저항이 되도록 들어가도록 보통 설계되어 있다.^[62]

태양광 자동차의 스티어링 장치는 다양하다. 주요 설계 요소는 효율, 신뢰성 및 최소의 타이어 마모와 힘 손실을 위한 정밀한 정렬이다.^[62]

태양광 자동차 레이스에서는 타이어 제조 회사에서 태양광 자동차용으로 설계된 타이어의 사용을 권장하고 있다. 이는 전반적인 안전과 성능 향상을 가져온다.^[62]

현재는 모든 상위 팀은 구동 벨트나 체인을 폐지하고 휠 모터를 사용한다.^[62]

6. 태양 전지

태양광 자동차의 태양 전지 어레이는 수백, 수천 개의 태양 전지 셀로 구성된다.^[62] 솔라 카에는 다결정 실리콘, 단결정 실리콘, 갈륨 비소 등 다양한 태양 전지 기술이 사용될 수 있다.^[62] 태양 전지 셀은 서로 연결되어 한 줄이 되고, 이 줄들이 다시 연결되어 태양 전지 모듈(태양 전지 패널)을 형성한다.^[62] 태양 전지 모듈은 배터리의 정격 전압과 가깝게 하기 위해 태양 전지 셀을 직렬로 연결한다.^[62]

태양 전지 어레이 설계의 주요 목적은 가능한 한 작은 공간에 최대한 많은 태양 전지 셀을 수용하고, 날씨와 파손으로부터 태양 전지를 보호하기 위해 밀봉하는 것이다.^[62]

태양 전지 어레이는 많은 작은 전지가 직렬로 연결된 것처럼 작동한다.^[62] 만약 하나의 태양 전지 셀이 그늘에 가려지면, 그 셀은 정류 다이오드처럼 작동하여 전체 전류를 막을 수 있다.^[62] 이를 방지하기 위해 태양 전지 어레이 설계자는 작동하지 않는 태양 전지 셀 주변을 전류가 우회할 수 있도록 태양 전지 셀 열의 작은 부분에 병렬로 바이패스 다이오드를 연결한다.^[62] 또한 배터리가 역방향으로 전류를 흘리는 것을 막기 위해 각 태양 전지 모듈 끝에 역류 방지 다이오드를 삽입한다.^[62]

태양 전지 어레이가 생성하는 전력은 날씨, 태양의 위치, 태양 전지 어레이의 성능에 따라 달라진다.^[62] 맑은 날 정오에 좋은 태양 전지 어레이는 2kWh 이상의 전력을 생산할 수 있다.^[62] 변환 효율이 20%이고 면적이 6m²인 태양 전지 어레이는 월드 솔라 챌린지의 일반적인 하루 동안 약 6kWh (22kJ)의 에너지를 발생시킬 수 있다.^[62]

7. 공기역학, 무게, 구름 저항

공기 저항은 태양광 자동차의 주요 주행 저항 원인이다. 차량의 공기 저항은 공기 저항 계수 × 정면 투영 면적 ''C''_''D''''A''이며, 대부분의 태양광 자동차의 정면 투영 면적은 0.75m²에서 1.3m²이다. ''C''_''D''값은 최고 수준에서는 0.10이 보고되고 있지만, 실제로는 0.13 정도인 경우가 많다. 중급자가 만든 태양광 자동차는 0.15~0.2 정도이다.^[63]

태양광 자동차의 무게는 중요한 요소이다. 가벼운 차량은 구름 저항을 줄이고, 작은 브레이크와 적은 구조 부재를 사용할 수 있게 한다. 이는 경량 차량 설계에서 순환 논법에 해당한다.^[63]

구름 저항은 적절한 타이어, 적정 공기압, 적절한 정렬 및 차량 경량화를 통해 최소화할 수 있다.^[63]

태양광 자동차 설계는 다음 에너지 방정식으로 주어진다.^[63]

:: $\eta \left\{\eta_bE + \frac{Px}{v}\right\} = \left\{W C_{rr1} + N C_{rr2} v + \frac{1}{2}\rho C_D A v^2\right\}x +Wh + \frac{N_a W v^2}{2g}$

위 식은 다루기 쉬운 동력 방정식으로 간소화할 수 있다.

:: $\eta \left\{\eta_bEv/x + P\right\} = \left\{W C_{rr1} v + \frac{1}{2}\rho C_D A v^3\right\}$

장거리 경주에서, 이 값들은 실험으로 구할 수 있다.

여기서 좌변은 태양광 자동차 에너지 입력(배터리와 태양으로부터 동력)이고, 우변은 경주 구간을 운전하기 위해 필요한 에너지(구름 저항, 공기 저항, 경사 저항, 가속 저항)를 나타낸다. 속도 ''v''를 제외한 모든 값은 추정할 수 있다. 매개변수는 다음 표와 같다.^[63]

기호	주석	Ford Australia	Aurora	Aurora	Aurora
	년도	1987	1993	1999	2007
η	모터 효율(컨트롤러와 모터 종합 효율)	0.82	0.80	0.97	0.97
η_b	배터리 충방전 에너지 효율	0.82	0.92	0.82	1.00 (LiPoly)
E	배터리 에너지(J: 줄)	1.2e7	1.8e7	1.8e7	1.8e7
P	태양 전지 어레이에서 오는 평균 전력(1)(W)	918	902	1050	972
x	경주 구간 거리(m)	3e6	3.007e6	3.007e6	3.007e6
W	배터리, 운전자 포함 총 중량(N)	2690	2950	3000	2400
C_rr1	제1 구름 저항 계수(단위 없음)	0.0060	0.0050	0.0027	0.0027
C_rr2	제2 구름 저항 계수(N*s/m)	0	0	0	0
N	바퀴 수	4	3	3	3
ρ	공기 밀도(kg/m³)	1.22	1.22	1.22	1.22
C_D	공기 저항 계수(단위 없음)	0.26	0.133	0.10	0.10
A	전방 투영 면적(m²)	0.70	0.75	0.75	0.76
h	차가 오르는 총 높이(m)	0	0	0	0
N_a	차가 하루에 가속하는 횟수	4	4	4	4
g	중력 가속도(m/s²)	9.81	9.81	9.81	9.81
v	구간 전체 평균 속도(m/s)	16.8	20.3	27.2	27.1
	계산된 평균 속도(km/h)	60.5	73.1	97.9	97.6
	실제 경주 속도(km/h)	44.8	70.1	73	85

※주 1 WSC(월드 솔라 챌린지)에서 태양 전지 평균 출력은 정격 출력의 7/9로 근사할 수 있다.

8. 육상 운송 수단

태양광을 동력으로 사용하는 육상 운송 수단은 다양하게 개발되어 왔다.

'''태양광 자동차''': 태양광 발전(PV) 전지를 사용하여 햇빛을 전력으로 변환, 자동차 배터리를 충전하고 전기 모터를 구동하는 전기 자동차이다. 2013년 네덜란드에서 개발된 최초의 태양광 가족용 자동차 스텔라는 한 번 충전으로 약 885.14km를 주행할 수 있었다.^[2] 후속 모델인 스텔라 룩스는 약 1499.90km의 단일 충전 주행 거리 기록을 세웠다.
'''태양광 버스''': 태양 에너지로 추진되며, 애들레이드 시 의회의 주도로 무료 대중교통 서비스로 운영되는 틴도 버스가 대표적이다.^[9]
'''태양광 세미 트레일러''': 세미 트레일러에 태양광 패널을 설치하는 시험이 진행 중이며, 53피트 박스 트레일러의 상단과 측면에는 100m² 이상의 태양광 설치 면적이 확보된다.^[11]^[12]
'''단일 트랙 차량''': 최초의 태양광 "자동차"는 자전거 기술로 제작된 세발자전거 또는 쿼드사이클이었다. 오늘날에는 전력 소비가 적어 태양광 발전으로 충당 비용이 적은 전기 자전거가 많이 사용된다.
'''철도''': 헝가리의 키스마로스-키랄레트 협궤 노선에는 '빌리(Vili)'라는 태양광 철도 차량이 운행된다. 빌리는 9.9m²의 PV 패널, 회생 제동이 가능한 7kW 모터 2개로 구동되며 최고 속도는 25km이다.^[24] 임페리얼 칼리지 런던과 10:10은 선로 옆 태양광 패널을 사용하는 재생 트랙션 전력 프로젝트를 발표했다.^[29]

8. 1. 태양광 자동차

존 케리 미국 국무장관이 2013년 4월 14일 일본 도쿄에서 토모다치 이니셔티브 청소년 참여 프로그램 회원들이 제작한 태양광 자동차를 살펴보고 있다.

태양광 자동차는 태양광 발전(PV) 전지를 사용하여 햇빛을 전력으로 변환, 자동차 배터리를 충전하고 전기 모터를 구동하는 전기 자동차의 일종이다.

태양광 자동차는 태양광 자동차 경주와 일반 대중의 사용을 위해 설계되었다. 제한된 전력으로 최대 주행 거리를 확보하려면 가볍고 효율적이어야 한다. 약 1360.78kg 또는 약 907.18kg 차량은 제한된 태양광 발전으로는 멀리 갈 수 없어 실용성이 떨어진다. 대부분의 학생이 제작한 태양광 자동차는 기존 차량의 안전 및 편의 기능을 갖추지 못해 도로 주행이 불가능하다.

최초의 태양광 가족용 자동차 스텔라는 2013년 네덜란드 학생들에 의해 제작되었다.^[2] 이 차량은 햇빛 아래에서 한 번 충전으로 약 885.14km 주행이 가능하며, 무게는 약 385.55kg, 1.5 kWh 태양광 어레이를 갖추고 있다.

스텔라 룩스는 스텔라의 후속 모델로, 약 1499.90km의 단일 충전 주행 거리 기록을 세웠다. 경주 중 스텔라 룩스는 낮 동안 약 1126.54km를 주행할 수 있으며, 시속 45mph에서 무한정 주행이 가능하다. 이는 0.16의 항력 계수를 포함한 높은 효율성 때문이다.

하루 약 321.87km 이상 운전하지 않는 일반적인 가족은 전원 콘센트에서 충전할 필요가 없으며, 전력을 전력망에 다시 공급하고 싶을 때만 플러그를 꽂는다.^[3]^[4]^[5]^[6]

태양광 경주용 자동차에는 차량의 에너지 소비, 태양 에너지 흡수 등을 모니터링하기 위한 게이지 및/또는 원격 측정(무선 원격 측정) 장치가 장착되는 경우가 많다. 운전자가 운전에 집중할 수 있도록 무선 원격 측정이 일반적으로 선호된다. 안전 기능이 없는 자동차에서는 위험할 수 있다. 솔라 전기 자동차 시스템은 맞춤형 저 프로파일 태양광 모듈, 보조 배터리 팩 및 충전 제어 시스템을 갖춘 설치가 용이한(2~3시간) 통합 액세서리 시스템으로 설계 및 엔지니어링되었다.

스텔라 룩스를 제작한 학생 중 일부는 이 기술을 상용화하기 위해 라이트이어라는 회사를 설립했다.

미국 회사 압테라 모터스도 일반인을 위한 효율적인 태양광 전기 자동차를 만들기 위해 설립되었다. 2023년 1월 현재, 첫 고객 인도는 2024년으로 예상된다.^[7]

독일 소노 모터스는 2023년 시장 출시 예정인 태양광 전기 자동차 소노 모터스 시온을 개발 중이었으나, 2023년 2월 시온 프로그램을 종료하고 태양 기술 회사에만 집중할 것이라고 발표했다.

8. 2. 태양광 버스

태양광 버스는 태양 에너지로 추진되며, 이는 전부 또는 일부가 고정식 태양광 패널 설치로부터 수집된다. 틴도 버스는 100% 태양광 버스로 애들레이드 시 의회의 주도로 무료 대중교통 서비스로 운영된다.^[9] 버스 지붕에 설치된 태양광 패널로 부분적으로 전력을 공급받는 전기 버스를 사용하는 버스 서비스는 에너지 소비를 줄이고 전기 버스의 충전식 배터리 수명을 연장하기 위해 중국에서 시행되었다.^[10]

8. 3. 태양광 세미 트레일러

테슬라 세미 트럭 태양광 트레일러 3D 스케치. 약 15kW의 태양광 설치 잠재력

세미 트레일러에 태양광 패널을 설치하는 시험이 진행되었다. 53피트 박스 트레일러의 상단과 측면에는 100m² 이상의 태양광 설치 면적이 있다.^[11]^[12]

8. 4. 단일 트랙 차량

최초의 태양광 "자동차"는 실제로는 자전거 기술로 제작된 세발자전거 또는 쿼드사이클이었다. 1985년 스위스에서 열린 최초의 태양광 레이스인 투르 드 솔에서 이들을 솔라모빌이라고 불렀다. 참가자 72명 중 절반은 태양광만을 사용했고, 나머지 절반은 태양광-인력 하이브리드를 사용했다. 몇몇 진정한 태양광 자전거는 큰 태양광 지붕, 작은 후면 패널 또는 태양광 패널이 있는 트레일러를 갖추고 제작되었다.

이후 주차 중에만 설치할 수 있도록 접이식 패널을 갖춘 실용적인 태양광 자전거가 제작되었다. 더 나아가 패널을 집에 두고 전기를 공급하여 자전거를 전원에서 충전하는 방식도 개발되었다. 오늘날에는 고도로 개발된 전기 자전거가 출시되었으며, 전력 소비가 매우 적어 태양광 발전으로 충당하는 비용이 적게 든다. "태양광"은 실제 하드웨어에서 간접적인 회계 시스템으로 발전했다. 이 시스템은 투르 드 솔에서 처음 개발된 전기 오토바이에도 적용된다.

8. 5. 철도

철도는 계획된 여정과 정차에 유리한 낮은 구름 저항 옵션을 제공한다.^[21] PV 패널은 EU 프로젝트 PVTRAIN에 따라 이탈리아 철도 차량에서 보조 전원 장치(APU)로 테스트되었다. DC 그리드로 직접 공급하면 DC-AC 변환으로 인한 손실을 피할 수 있다.^[22] DC 그리드는 철도, 전차, 무궤도 전차와 같이 전기 추진 교통 수단에서만 발견된다. PV 패널에서 그리드 교류(AC)로의 DC 변환은 전기의 약 3%를 낭비하는 것으로 추정되었다.^[23]

PVTrain은 철도 운송에서 PV에 대한 가장 큰 관심은 온보드 전력이 새로운 기능을 허용하는 화물차에 있다는 결론을 내렸다.

GPS 또는 기타 위치 지정 장치: 차량 관리를 개선하고 효율성을 높이기 위해.
전기 잠금 장치, 슬라이딩 도어가 있는 차량용 비디오 모니터 및 원격 제어 시스템: 귀중품 도난 위험을 줄이기 위해.
ABS 브레이크: 화물차의 최고 속도를 160km로 높여 생산성을 향상시킨다.

헝가리 키스마로스-키랄레트 협궤 노선에는 '빌리(Vili)'라는 태양광 철도 차량이 운행된다. 최고 속도 25km의 '빌리'는 9.9m²의 PV 패널로 전력을 공급받고 회생 제동이 가능한 7kW 모터 2개로 구동된다. 전기는 온보드 배터리에 저장된다.^[24] 온보드 태양광 패널 외에도 운송에 사용하기 위해 특별히 정지된(차외) 패널을 사용할 가능성이 있다.^[25]

"Heliotram" 프로젝트의 틀 내에서 하노버 라이넨하우젠^[26] 및 제네바(바체 드 페세이)와 같은 몇 가지 파일럿 프로젝트도 구축되었다.^[27] 150kW 제네바 사이트는 1999년 개장 시 제네바 교통 네트워크에서 사용되는 전기의 약 1%를 제공하는 600V DC를 전차/무궤도 전차 전기 네트워크에 직접 주입했다. 2017년 12월 16일, 호주 뉴사우스웨일스에서 완전 태양광 기차가 출시되었다.^[28] 기차는 온보드 태양광 패널과 온보드 충전식 배터리를 사용하여 전력을 공급받는다. 이 기차는 3km 여정에 100명의 좌석 승객을 수용할 수 있다.

최근 임페리얼 칼리지 런던과 환경 자선 단체 10:10은 선로 옆 태양광 패널을 사용하여 기차에 전력을 공급하는 연구를 위한 재생 트랙션 전력 프로젝트를 발표했다.^[29] 한편, 인도 철도는 철도 객차의 에어컨 시스템을 구동하기 위해 온보드 PV를 사용할 의향을 발표했다.^[30] 또한 인도 철도는 2016년 5월 말까지 시험 운행을 실시할 것이라고 발표했다.^[31] 연간 기차당 평균 90800L의 디젤을 절약하여 239톤의 CO₂를 줄일 수 있기를 희망한다.

9. 수상 운송 수단

PlanetSolar는 세계 최대의 태양광 보트이자 2012년 세계 일주를 한 최초의 태양광 전기차이다.

태양광 보트는 주로 강과 운하로 제한되었지만, 2007년에는 14m의 실험적인 쌍동선인 Sun21호가 세비야에서 마이애미, 그리고 뉴욕까지 대서양을 횡단했다.^[32] 이는 태양광만으로 대서양을 횡단한 최초의 사례였다.^[33]

일본 최대 해운 회사인 일본우선과 닛폰 오일사는 토요타 자동차가 사용할 60,213톤의 자동차 운반선 상단에 40kW의 전력을 생산할 수 있는 태양광 패널을 설치할 것이라고 밝혔다.^[34]^[35]^[36]

2010년에는 470제곱미터의 태양광 패널로 구동되는 길이 30m, 폭 15.2m의 쌍동선 요트인 Tûranor PlanetSolar가 공개되었다. 이 보트는 지금까지 건설된 가장 큰 태양광 보트이다.^[37] 2012년 PlanetSolar는 최초로 태양광 전기 차량으로 세계 일주를 달성했다.^[38]

다양한 시연 시스템이 제작되었다. 흥미롭게도 아직까지 물 냉각이 가져다주는 막대한 전력 이득을 활용하는 시스템은 없다.

현재 태양광 패널의 낮은 전력 밀도는 태양광 추진 선박의 사용을 제한하지만, (내연 기관과 달리) 전기를 생성하지 않는 돛을 사용하는 보트는 전기 기기(냉장, 조명 및 통신 등)에 배터리 전원을 사용한다. 여기서 태양광 패널은 소음을 발생시키지 않고 연료를 필요로 하지 않으며 기존 데크 공간에 매끄럽게 추가할 수 있으므로 배터리 재충전에 널리 사용된다.^[39]

10. 항공 운송 수단

스위스 태양광 항공기 솔라 임펄스(Solar Impulse)는 2016년에 세계 일주 비행을 완료했다.

무인 항공기(UAV)는 군사적으로 많은 관심을 받고 있다. 태양광 발전은 무인 항공기가 몇 달 동안 공중에 머물 수 있게 하여, 오늘날 위성이 수행하는 일부 작업을 훨씬 저렴한 비용으로 수행할 수 있게 한다.^[41] 2007년 9월에는 UAV가 지속적인 동력 하에 48시간 동안 첫 비행에 성공했다고 보고되었다.^[41] 이는 비행에서 광전지 기술이 처음으로 상업적으로 사용될 가능성이 높은 사례이다.

에어로바이론먼트(AeroVironment)를 비롯한 여러 회사에서 시범용 태양광 항공기를 제작했다.^[42]

11. 우주

태양 에너지는 연료 질량 증가 없이 오랫동안 에너지를 공급할 수 있어, 태양계 내에서 작동하는 위성과 우주선에 전력을 공급하는 데 자주 사용된다. 통신 위성은 수명 동안 지속적으로 작동하는 여러 개의 무선 송신기를 포함한다. 이러한 차량(수년 동안 궤도에 있을 수 있음)을 1차 배터리 또는 연료 전지로 작동시키는 것은 비경제적이며, 정지 궤도에서 재급유하는 것은 실용적이지 않다. 그러나 태양 에너지는 일반적으로 위성의 위치를 조정하는 데는 사용되지 않으며, 통신 위성의 유효 수명은 탑재된 궤도 유지 연료 공급에 의해 제한된다.

몇몇 화성 궤도 내에서 운용되는 우주선들은 추진 시스템의 에너지원으로 태양 에너지를 사용해 왔다. 현재 태양광 우주선은 모두 태양 전지와 전기 추진을 함께 사용하며, 일반적으로 이온 엔진과 같은 전기 추진 방식을 사용하는데, 이는 매우 높은 배기 속도를 제공하고 로켓에 비해 추진제를 10배 이상 줄여준다. 추진제는 일반적으로 많은 우주선에서 가장 큰 질량을 차지하므로, 이는 발사 비용을 절감한다.

태양광 우주선의 다른 제안으로는 추진제, 일반적으로 수소 또는 때로는 물을 태양열로 가열하는 것이 있다. 전기역학적 밧줄은 위성의 방향을 바꾸거나 궤도를 조정하는 데 사용할 수 있다. 우주에서 태양 추진의 또 다른 개념은 광자 돛이다. 이는 빛을 전기 에너지로 변환할 필요 없이, 대신 미세하지만 지속적인 복사압에 직접 의존한다.

가장 성공적인 태양광 추진 차량은 달과 화성의 표면을 탐사하는 데 사용된 "로버"일 것이다. 1977년 루노호트 계획과 1997년 화성 탐사선은 태양 에너지를 사용하여 원격 제어 차량을 추진했다. 이 로버의 작동 수명은 기존 연료로 작동했을 경우 부과되었을 지구력의 한계를 훨씬 넘어섰다. 두 대의 화성 탐사 로버 또한 태양 에너지를 사용했다.

12. 한계

태양광(PV) 전지를 차량에 사용하는 데에는 다음과 같은 제한이 있다.

출력 밀도: 태양광 어레이의 출력은 차량의 크기와 햇빛에 노출될 수 있는 면적에 의해 제한된다. 이 문제는 평판을 추가하여 자동차에 연결함으로써 극복할 수 있으며, 이는 자동차에 전력을 공급하기 위한 패널 면적을 더 넓게 제공한다. 에너지는 어레이의 최대 수요를 낮추고 햇빛이 없는 조건에서도 작동하도록 배터리에 축적될 수 있지만, 배터리는 차량의 무게와 비용을 증가시킨다. 전력 제한은 전력망에서 배터리를 연결하고 재충전함으로써 완화될 수 있다.
비용: 햇빛은 무료이지만, 그 햇빛을 포착하는 PV 전지는 그렇지 않다. 하지만 태양 전지 비용은 40년 만에 99% 감소했으며,^[56] 그 비용은 계속 하락할 것으로 예상된다.^[57]
설계 고려 사항: 햇빛은 수명이 없지만, PV 전지는 수명이 있다. 1980년대에 태양광 모듈의 수명은 약 30년이었다.^[58] 고정식 태양광 패널은 일반적으로 10년 후에는 90%(공칭 전력 기준), 25년 후에는 80%의 보증을 제공했다. 이동형 애플리케이션은 건물 통합 PV 및 태양광 발전소만큼 긴 수명을 요구하지 않을 것이다. 이동형 애플리케이션에서 성공하려면 PV 패널은 진동을 견딜 수 있도록 설계되어야 한다.

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