Il futuro dei trasporti pubblici è indubbiamente orientato verso la mobilità a zero emissioni. Le tecnologie alternative, in particolare quelle elettriche e a idrogeno, stanno guadagnando terreno in modo significativo nel settore del trasporto passeggeri su strada. In questo scenario in rapida evoluzione, Solaris, un'azienda con una lunga storia nell'innovazione nel settore degli autobus, si è posizionata all'avanguardia nella ricerca e nello sviluppo di soluzioni di propulsione sostenibile. La famiglia Solaris Urbino 18 Hybrid rappresenta un capitolo cruciale in questa transizione, incarnando un approccio pragmatico e tecnologicamente avanzato per ridurre l'impatto ambientale degli autobus urbani articolati.
La produzione di questi autobus a basso pianale, progettati per i servizi di comunicazione urbana, è iniziata nel 2006 presso Solaris Bus & Coach a Bolechowo, in Polonia. Fin dalle prime fasi di sviluppo, la collaborazione con partner industriali di spicco è stata una caratteristica distintiva, volta a integrare le migliori tecnologie disponibili sul mercato.
Le Origini e la Prima Generazione (2006-2008)
La prima generazione del Solaris Urbino 18 Hybrid, prodotta tra il 2006 e il 2008, segnò l'ingresso di Solaris nel campo dei veicoli ibridi commerciali. La presentazione mondiale del modello con propulsione ibrida avvenne nell'autunno del 2006, in occasione delle fiere di Hannover. Questo modello fu realizzato in collaborazione con le aziende americane Allison Transmission e Cummins. Allison Transmission forniva la parte elettrica, mentre Cummins si occupava del motore diesel. Già in precedenza, queste aziende avevano un'esperienza consolidata nello sviluppo di autobus ibridi in Nord America, il che conferiva una solida base di conoscenze al progetto.
Il prototipo di questo veicolo apparve a metà del 2006, con l'avvio della produzione nel 2007. Il primo Solaris Urbino 18 Hybrid fu venduto nel 2006 alla città tedesca di Dresda. Nel 2007, ulteriori consegne includevano tre autobus per Lipsia e Bochum in Germania (consegnati nel gennaio 2008) e uno per Lenzburg, nel cantone svizzero di Argovia. Nel 2008, modelli modernizzati arrivarono a Berna, Glonn, Hannover, Monaco e Poznań, indicando un interesse crescente e un'adozione sul mercato.
La prima consegna complessiva inclusa nell'ambito delle prime fasi di adozione di questo modello ammontava a 11 autobus, evidenziando l'impegno delle amministrazioni cittadine verso soluzioni di trasporto più ecologiche.
L'Architettura Ibrida: Motore Diesel, Motore Elettrico e Recupero Energetico
Il cuore del sistema ibrido Solaris Urbino 18 risiede nella sua architettura complessa, progettata per ottimizzare l'efficienza dei consumi e ridurre le emissioni. Generalmente, questi modelli utilizzano una configurazione di ibrido seriale. In questo schema, il motore diesel non è collegato direttamente alle ruote, ma funge principalmente da generatore per alimentare un motore elettrico o per ricaricare il sistema di accumulo energetico.
Il motore diesel impiegato variava nelle diverse versioni. Nei primi modelli, il motore Cummins ISLe4 da 8.9 litri generava una potenza di 248 kW (340 HP). Successivamente, con l'avanzare della tecnologia e le esigenze di maggiore efficienza, furono introdotti motori più compatti e leggeri. Ad esempio, il motore Cummins ISBe5 250B, con una cilindrata di 6.7 litri, erogava una potenza di 178 kW. Altre specifiche menzionano un motore Cummins ISB da 6.7 litri con una potenza di 162 kW o 250 HP.
Il motore elettrico, elemento cruciale del sistema ibrido, svolgeva diverse funzioni. In alcune configurazioni, si parlava di un motore elettrico trifase a corrente alternata da 44 kW di potenza. In altre, il sistema di Allison Transmission, denominato EP50 con motore Ev50, prevedeva l'uso di due motori elettrici, ciascuno con una potenza di 75 kW, che lavoravano in sinergia con il modulo Ev DRIVE.
L'innovazione principale nei sistemi ibridi risiede nella capacità di recuperare e riutilizzare l'energia cinetica. Durante le fasi di frenata e decelerazione, l'energia che altrimenti andrebbe persa in calore viene convertita in energia elettrica. Questa conversione poteva avvenire tramite sistemi come i retarder, che sfruttano l'energia cinetica prodotta in frenata. L'energia recuperata veniva poi immagazzinata per essere utilizzata durante le fasi di accelerazione, riducendo così il carico sul motore diesel e migliorando l'efficienza complessiva.
I Sistemi di Accumulo Energetico: Dalle Batterie ai Supercondensatori
Per immagazzinare l'energia recuperata durante la frenata, Solaris ha impiegato diverse tecnologie di accumulo nel corso delle varie generazioni e versioni dell'Urbino 18 Hybrid.
Una delle prime soluzioni adottate prevedeva l'utilizzo di batterie agli ioni di litio. Queste batterie, posizionate solitamente sul tetto dell'autobus, avevano il compito di immagazzinare l'energia elettrica generata dal motore elettrico che fungeva da generatore durante la frenata.
Parallelamente, in alcune configurazioni, sono stati impiegati supercondensatori (o ultracondensatori). Questi dispositivi offrono vantaggi in termini di velocità di carica e scarica, rendendoli particolarmente adatti per gestire i picchi di energia durante le manovre di frenata e accelerazione tipiche del traffico urbano. Un esempio specifico menziona supercondensatori composti da cinque moduli da 125 V ciascuno, capaci di accumulare un'energia totale di 0.5 kWh. Questa capacità era pensata per immagazzinare l'energia recuperata in frenata dalla velocità di circa 60 km/h, specialmente in discesa.
Altre versioni hanno fatto uso di batterie al nichel-metallo idruro (NiMH). Queste batterie, nel caso specifico citato, pesavano circa 410 kg e erano posizionate sul tetto, nella parte anteriore del veicolo. Esse immagazzinavano l'energia recuperata durante il processo di frenata e non richiedevano ricarica da fonti esterne. La vita utile di un set di batterie NiMH era stimata intorno ai 6 anni, a seconda delle caratteristiche di utilizzo dell'autobus.
La scelta del sistema di accumulo era strettamente legata alla filosofia di progettazione del sistema ibrido e alle esigenze operative. L'architettura del sistema ibrido seriale, alimentato da un motore diesel accoppiato a un generatore, era spesso integrata con questi sistemi di accumulo per ottimizzare l'efficienza.
Evoluzione e Modernizzazioni: La Seconda Generazione (dal 2008 in poi)
A partire dalla seconda metà del 2008, il modello Solaris Urbino 18 Hybrid è stato oggetto di significativi aggiornamenti, portando alla definizione di una "seconda generazione" da parte del produttore. La maggior parte delle modifiche ha riguardato il sistema di propulsione ibrida, con l'obiettivo di rendere il motore più piccolo, più leggero ed ancora più efficiente.
Un esempio concreto di questa evoluzione è l'adozione del motore Cummins ISBe5 250B, con una cilindrata di 6.7 litri e una potenza di 178 kW. Questa scelta ha comportato una riduzione notevole del consumo di carburante. Mentre il motore precedente aveva già ridotto il consumo del 15% rispetto alla propulsione puramente diesel, il nuovo motore ha permesso un risparmio del 23-24%. Solaris puntava ulteriormente a ridurre il consumo di carburante fino al 30% attraverso ottimizzazioni continue.
La riduzione del peso del motore e di altri componenti ha permesso ai sistemi di alimentazione ausiliari, come le batterie e il Dual Power Inverter Module (DPIM) posizionati sul tetto, di operare a un ritmo più elevato e di produrre maggiore potenza. Il DPIM, in particolare, era composto da due moduli AC/DC - DC/AC che pesavano complessivamente 75 kg ed erano raffreddati ad olio. L'unità di controllo era costituita da 2 moduli di controllo delle serie Allison 1000/2000.
Questi miglioramenti tecnici hanno portato anche a un restyling della carrozzeria. L'aerodinamica del veicolo è stata ottimizzata, consentendo, ad esempio, il posizionamento di un modulo di aria condizionata nella parte anteriore dell'autobus. L'architettura del sistema ibrido di seconda generazione, oltre al motore diesel, includeva quindi il sistema Ev (che svolgeva la funzione di trasmissione, realizzando la sommatoria di coppia tra motore a combustione interna e motore elettrico), le batterie, il DPIM e un modulo di controllo. Tutti gli assi utilizzati provenivano da ZF, un fornitore rinomato per i sistemi di trasmissione e assali.
Il concetto di "mild hybrid" comunemente associato a queste soluzioni, evidenziava una naturale evoluzione della tecnologia di recupero dell'energia, sfruttando l'energia generata durante la frenata. Il sistema si basava su tre elementi cruciali: una macchina elettrica, un sistema di accumulo di energia e un driver per la struttura che monitorava il funzionamento.
Innovazioni Specifiche: MetroStyle, Kiepe e Voith Turbo
Solaris ha continuato a sperimentare e sviluppare diverse soluzioni tecnologiche per i suoi autobus ibridi, introducendo varianti che rispondevano a specifiche esigenze di mercato o a richieste di prestazioni migliorate.
Solaris Urbino 18 Hybrid MetroStyle
Nel 2010, venne realizzato un prototipo del Solaris Urbino 18 Hybrid MetroStyle, concepito per l'impiego su sistemi di Bus Rapid Transit (BRT), noti in Francia come BHNS (Bus à Haut Niveau de Service). Questo modello era destinato a supportare reti di autobus dedicate e ad alta frequenza. Il prototipo fu presentato ufficialmente nel febbraio 2011, durante i test annuali di Transdev a Parigi. La sua anteprima commerciale avvenne nell'ottobre 2011, in occasione di fiere in Francia e Belgio.
Il modello MetroStyle si distingueva per un design completamente rinnovato, con pannelli anteriori e posteriori che richiamavano lo stile del tram Solaris Tramino. Questa scelta stilistica mirava a creare una coerenza visiva tra autobus e tram, rispondendo alle richieste dei committenti di un aspetto più "ferroviario". L'autobus, lungo 18 metri, presentava una configurazione delle porte 1-2-2-2. La parte anteriore e il tetto erano caratterizzati da uno stile più elegante e arcuato, conferendo all'autobus un aspetto più aerodinamico. Erano presenti anche coperture per le ruote, contribuendo all'estetica moderna.
Sistema Ibrido Vossloh Kiepe
Nell'autunno del 2010, debuttò un nuovo sistema ibrido sviluppato dalla società tedesca Vossloh Kiepe. Questo sistema era riconoscibile per la presenza di pannelli aggiuntivi a soffitto all'interno dell'autobus. Per ottimizzare il funzionamento in combinazione con il motore diesel, furono eliminati alcuni componenti convenzionali come il compressore dell'aria, i radiatori, una pompa aggiuntiva e la batteria di condizionamento dell'aria. I motori elettrici specifici per questo sistema erano integrati nelle porte, prodotte dall'azienda Bode, anziché essere posizionati sopra l'apertura delle porte.
Solaris Urbino DIWAhybrid con Sistema Voith Turbo
Alla fine del 2010, un'ulteriore variante, denominata Solaris Urbino DIWAhybrid, fu equipaggiata con un sistema ibrido sviluppato da Voith Turbo. La prima consegna di un autobus con questo specifico sistema avvenne nella seconda metà del 2011, alla compagnia di trasporto passeggeri Bogestra a Bochum, in Germania. La prima commessa comprendeva 10 unità di questo modello.
Il veicolo era alimentato da un motore Cummins ISB con una cilindrata di 6.7 litri e una potenza massima di 250 HP, conforme agli standard sulle emissioni EEV. La peculiarità del sistema DIWAhybrid risiedeva nella sua integrazione con la trasmissione, dove il recupero dell'energia in frenata convertiva l'energia cinetica in energia elettrica. Questa veniva poi accumulata nei supercondensatori, posizionati sul tetto, che come precedentemente menzionato, erano composti da cinque moduli da 125 volt con una capacità di 0.5 kWh. Questo sistema rappresentava un'ulteriore evoluzione nella gestione dell'energia a bordo.
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Il Contesto Moderno: L'Evoluzione verso lo Zero Emissioni
Il panorama del trasporto pubblico è in una fase di profonda trasformazione, con una spinta sempre maggiore verso soluzioni a zero emissioni. Le tecnologie alternative, come quelle completamente elettriche e a idrogeno, stanno diventando sempre più centrali. Solaris, con la sua pluriennale esperienza nel campo delle tecnologie ibride, è attivamente impegnata anche in questo nuovo capitolo.
All'evento Busworld 2023, uno dei più importanti appuntamenti mondiali per il settore degli autobus e dei pullman, Solaris ha presentato l'ultima aggiunta al suo portafoglio di veicoli a zero emissioni: l'elettrico Urbino 18. Questo modello, pur essendo una diretta evoluzione della ricerca iniziata con gli ibridi, rappresenta un passo decisivo verso la mobilità completamente elettrica. L'autobus elettrico Urbino 18 si distingue per un nuovo design, che elimina la tradizionale "torre" del motore convenzionale. L'autobus articolato presenta una catena cinematica modulare con componenti disposti sul tetto e nella parte posteriore del veicolo. Questa disposizione massimizza la capacità passeggeri e facilita le operazioni di manutenzione. Dotato di un motore asincrono da 240 kW e delle batterie Solaris High Energy di ultima generazione, l'Urbino 18 elettrico vanta un'elevata densità energetica, che si traduce in un'autonomia maggiore mantenendo un peso contenuto delle batterie. Il produttore offre diverse configurazioni di capacità delle batterie, tutte montate sul tetto. L'autobus elettrico Urbino 18 rispetta tutte le normative di sicurezza, incluse i nuovi requisiti GSR2 e cybersecurity che entreranno in vigore nel luglio 2024 per i veicoli di nuova immatricolazione.
Sebbene l'attenzione si stia spostando verso soluzioni completamente elettriche, l'eredità del Solaris Urbino 18 Hybrid rimane significativa come ponte tecnologico e come dimostrazione della capacità di Solaris di innovare costantemente per un trasporto pubblico più sostenibile. La sua storia è quella di un percorso evolutivo che ha posto le basi per le future generazioni di autobus a emissioni zero.