De mythe van oneindige actieradius: Waarom windmolens op je dak averechts werken

De video oogt spectaculair. We zien een witte SUV over de Chinese snelweg zoeven met een dakconstructie waar menig windpark jaloers op zou zijn. De claim die erbij hoort is even simpel als verleidelijk: "Laad je auto op terwijl je rijdt en stop nooit meer bij een laadpaal." Het lijkt de oplossing voor range anxiety, maar wie zich ook maar twee minuten in de middelbare school natuurkunde verdiept, weet dat dit eindigt in een deceptie.

Sherlock en de wet van behoud van energie

De populaire wetenschaps-factchecker Sherlock Learn (@learnwithsherlock) nam de proef op de som. Hij analyseerde de beelden en kwam met een ontnuchterende rekensom die bewijst dat je hiermee niet oneindig ver komt, maar juist eerder langs de kant van de weg staat. Allereerst moest de snelheid worden vastgesteld. Op basis van de belijning op de Chinese snelweg — waarvan de maten vastliggen in overheidstandaarden — berekende Sherlock dat de auto ongeveer 80 kilometer per uur (22 m/s) rijdt. Een prima snelheid om wind te vangen, zou je zeggen.

De harde cijfers: Waarom je verliest

Bij die snelheid van 80 km/u vangen de vier turbines inderdaad flink wat wind. Maar de opbrengst valt tegen. Zelfs met de meest efficiënte turbines ben je beperkt door de zogeheten Wet van Betz, die stelt dat een windturbine maximaal 59,3% van de energie uit de wind kan halen. Uit de berekening blijkt dat de vier molens samen maximaal 3.000 Watt aan vermogen terugleveren aan de accu. Dat klinkt als 3 kW aan 'gratis' stroom, maar dan vergeten we voor het gemak de enorme luchtmuur die je hebt gecreëerd.

Om die molens te laten draaien, moet de auto ze namelijk door de lucht duwen. De elektromotor moet hierdoor aanzienlijk harder werken om de snelheid van 80 km/u vast te houden. Uit de berekening van de luchtweerstand (drag force) blijkt dat de motor maar liefst 4.500 Watt extra vermogen moet leveren om de weerstand van de turbines te overwinnen. De som is dan pijnlijk simpel: je wint 3.000 Watt, maar het kost je 4.500 Watt.

Een rijdende baksteen

Onder aan de streep ben je dus geen energie aan het winnen, maar aan het weggooien. Het nettoverlies is 1.500 Watt. In plaats van een perpetuum mobile, heb je je elektrische auto veranderd in een rijdende baksteen. Vertaald naar de praktijk betekent dit dat je elk uur 1,5 kWh aan energie 'verstookt' aan luchtweerstand die je zelf hebt gecreëerd. Met die energie had je in een gestroomlijnde auto ruim 9 à 10 kilometer kunnen rijden. Voor elk uur dat je met deze stellage op de snelweg rijdt, lever je dus 10 kilometer aan rijbereik in. Je staat niet later, maar juist ruim 10% eerder aan de lader.

Werken zonnepanelen dan wel?

Betekent dit dat energie opwekken op je auto altijd onzin is? Nee, zeker niet. Er is één cruciaal verschil tussen windmolens en zonnepanelen: zonne-energie is passief. Een zonnepaneel op je dak (zoals optioneel bij de Toyota Prius of Hyundai Ioniq 5) vangt energie op zónder dat het de luchtweerstand verhoogt. Bovendien laden zonnepanelen ook op als je geparkeerd staat. Aangezien auto's 95% van de tijd stilstaan, is dat pure winst.

Toch een flinke nuance Verwacht echter geen wonderen. Waar de folders soms pronken met 'tot 70 km per dag gratis rijden' (zoals het failliete Lightyear beloofde), is de praktijk weerbarstiger. Er zijn namelijk drie grote obstakels:

1. De Vorm: Zonnepanelen werken het efficiëntst als ze plat zijn en recht op de zon staan. Een autodak is echter bol voor de aerodynamica. Dat betekent dat je speciale, buigbare cellen moet gebruiken. Die zijn niet alleen veel duurder om te maken, maar hebben vaak ook een lagere opbrengst dan de stijve panelen op je huis.
2. De Kosten: Een zonnedak is een prijzige optie. Bij merken als Hyundai of Toyota betaal je al snel duizenden euro's extra voor zo'n dak, terwijl het je slechts een paar tientjes stroom per jaar oplevert. Economisch gezien kun je dat geld beter in panelen op je dakkapel steken.
3. De Locatie: In Nederland is de zonkracht in de winter te zwak om iets van betekenis te doen. Daarnaast parkeren we onze dure auto's graag in een garage, carport of onder bomen. In de schaduw doet zo'n paneel helemaal niets.

Conclusie: In de praktijk mag je in Nederland blij zijn met een jaargemiddelde van 5 tot 15 kilometer per dag. Dat is genoeg om je accu te conditioneren of een ritje naar de supermarkt te dekken, maar voor je vakantie naar Frankrijk heb je er niets aan.

De les van vandaag is simpel: als iets te mooi klinkt om waar te zijn, is het meestal natuurkundig onmogelijk. Investeer liever in dichte velgen en de juiste bandenspanning.