Гонки автомобилей с солнечной батареей

Захватывающие гонки солнцемобилей

Дата публикации: 6 марта 2016

Раз в два года в Австралии случается удивительное событие – Bridgestone World Solar Car Challenge, гонка автомобилей, работающих на солнечной энергии. Во время соревнования необычные транспортные средства должны проехать 3000 километров по малонаселенным районам Южного Континента.

В 2015 году команда гонщиков из Мичиганского университета заняла четвертое место по итогам общего зачета. Это значительное достижение – в соревновании участвовали 42 электромобиля из 20 стран. Быстрее их машины под названием Aurum оказались только солнцемобили из Нидерландов и Японии.

«Очень волнительно участвовать в гонке такого масштаба, соревноваться с талантливыми инженерами со всего мира», — говорит Пейван Наик, студент отделения промышленной инженерии и один из менеджеров команды Мичиганского университета.

Над созданием солнцемобиля Aurum в течение двух лет работала команда из 70 высококлассных специалистов Мичиганского университета. В рабочую группу вошли студенты различных специальностей, включая информатику, бизнес, маркетинг, авиакосмическую промышленность, машиностроение и электротехнику.

Аэродинамический легковесный автомобиль на солнечных батареях с усовершенствованным компьютером и технологией цифрового отслеживания может развивать скорость до 160 километров в час.

Солнцемобиль Aurum, созданный студентами Мичиганского университета

Во время гонки Aurum сопровождали шесть автомобилей обеспечения! Один из них – метеорологическая лаборатория на колесах, которая ехала впереди солнцемобиля, чтобы заранее определять направление и скорость ветра, следить за облачным покровом и другими погодными условиями. Также была разведывательная группа, которая расчищала дороги от сбитых животных и других препятствий.

Еще в одном автомобиле обеспечения находилась команда, отвечающая за все коммуникации. Конечно же, не обошлось и без транспорта для инженеров, способных осуществлять мелкий ремонт солнцемобиля. В замыкавшем колонну огромном полуприцепе перевозились инструменты, оборудование, еда для команды и принадлежности для кемпинга.

Водители, способные протиснуться в небольшую кабину солнцемобиля, сменялись каждые несколько часов. «Солнцемобиль похож на Porsche. Он очень компактный, легкий и маневренный», — говорит Клейтон Дейли, один из пилотов Aurum.

Рядом с Aurum всегда ехал сопровождающий автомобиль, который собирал и обрабатывал данные с датчиков солнцемобиля. Высокие технологии помогают принимать решения в реальном времени, а это экономит драгоценное время.

«Гонка устроена так, что у вас может быть отличный солнцемобиль, но его победа или поражение определяются тем, что происходит в сопровождающем автомобиле», — говорит главный стратег команды и студент инженерно-технической специальности в области компьютерных наук Леда Дэйлер.

Сопровождающий Aurum автомобиль был оснащен сервером Intel, который помогал обрабатывать все данные: от количества солнечной энергии, необходимой солнцемобилю для езды по холмам или извилистой дороге, до влияния скорости ветра на энергопотребление.

Это непростая трасса, так что команда должна быть готова к меняющимся условиям. Бесплодные земли австралийских малонаселенных районов очень суровы. Там жарко днем и холодно ночью. Там нет сотовой сети и интернета.

«Нам пришлось создать действительно надежную сеть для всей колонны, — продолжает Дэйлер, – У нас был собственный интернет вещей».

Гонка заканчивалась каждый день в 17:00. Члены команды устанавливали солнечные панели автомобиля под углом, чтобы поймать энергию лучей заходящего солнца и зарядить аккумулятор. Ребята спали в палатках и работали до поздней ночи, продумывая стратегию, настраивая электронику солнцемобиля и готовясь к продолжению заезда на следующий день. Из-за отсутствия достаточного времени на сон и длительного нахождения на жаре команда и техника работали на пределе своих возможностей.

«Не существует простого способа сделать это, — говорит Дэйлер. — Всегда можно что-то улучшить. Нужно стараться превзойти технологии, которые могут использовать другие команды».

К тому же, во время гонки случаются непредвиденные ситуации. Например, именно во время заезда в 2015 году на финальном участке трассы небо затянули густые тучи, из-за чего скорость солнцемобиля существенно снизилась. При полноценном солнечном освещении панели могут генерировать до 1100 ватт электроэнергии, но при появлении облаков их эффективность снижается почти в 4 раза.

«В последний день отказал один из двигателей, в результате сильно выросло энергопотребление, — говорит Дэйлер. – Но, несмотря ни на что, все смогли собраться и сохранить позитивный настрой и энтузиазм».

Перед выпуском из Мичиганского университета участники гонки готовят новое поколение студентов к следующему соревнованию Bridgestone World Solar Car Challenge, которое пройдет в 2017 году. Для Дэйлер и Наик, которые проходили летнюю практику в Ford, гонка на солнцемобилях — это только начало работы над энергоэффективными и беспилотными автомобилями.

Научное сообщество всегда играло важную роль в развитии технологий. Возможно, эти революционные разработки автомобилей, работающих от солнечной энергии, смогут изменить жизнь многих людей.

• Батареи просят солнца
• В мире бум солнечной энергетики. Почему Россия отстает?
• Гибкая солнечная панель заменит жалюзи или обои
• Яркое будущее солнечной энергетики

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

Источник

Австралийские гонки на «солнечных автомобилях» в фотографиях

Команды со всего мира соревнуются в большой трансконтинентальной гонке.

Автор фото, ALLSPORT/Getty Images

В Австралии стартовали соревнования World Solar Challenge, к участию в которых допускаются только автомобили на солнечных батареях. 40 команд из 30 стран, среди которых представители Японии, США, Южной Кореи, Ирана и многих других, должны преодолеть дистанцию в 3000 км между Дарвином на севере страны и Аделаидой на юге.

Автор фото, ALLSPORT/Getty Images

«Солнечная» гонка проводится раз в два года. В этом году она отмечает юбилей — 30 лет. Участвуют в забеге студенты инженерных специальностей, которые собственноручно мастерят себе автомобиль.

Автор фото, ALLSPORT/Getty Images

Предварительные забеги в субботу определили, кто выйдет на старт первым.

Автор фото, AFP/Getty Images

Бельгийская команда показала лучшую среднюю скорость 83,4 км в час и заняла поул-позишен

Автор фото, ALLSPORT/Getty Images

Правила таковы: машина мощностью 1000 ватт должна преодолеть необходимое расстояние за 50 часов. Участникам разрешается взять с собой аккумулятор емкостью 5 киловатт, на котором можно протянуть лишь 10-ю часть пути. Остальное машина должна проехать на солнечных батареях или за счет рекуперации собственной кинетической энергии

Автор фото, ALLSPORT/Getty Images

Выехав из Дарвина, команды каждый день будут пытаться преодолеть наибольшую дистанцию. После 17:00 отдых. Каждый устраивает привал в пустыне и располагается в том месте, куда доехал. Все команды должны быть полностью экипированы для подобной ночевки.

Автор фото, Getty Images

Семь команд столкнулись с техническими трудностями на самом старте, включая команду австралийского города Аделаида — конечной точки гонки

Автор фото, Getty Images

Некоторые австралийские, японские, немецкие, малайзийские и южнокорейские машины застряли на самом старте

Автор фото, ALLSPORT/Getty Images

На пути гонки семь обязательных проверочных пунктов

Источник

В Австралии началась гонка машин на солнечной тяге

Участники гонки перед стартом с центральной площади в Дарвине

В это году традиционные автогонки World Solar Challenge отмечают 30-летний юбилей. За прошлые годы это соревнование автомобилей на солнечных батареях стало настоящим технопарадом современных разработок в области солнечных батарей и электродвигателей. По словам прошлых участников — таких как сооснователь Google Ларри Пейдж или сооснователь и технический директор Tesla Джеффри Штробель — участие в этом мероприятии оказало влияние на их карьеру.

В этом году на старт вышли 42 автомобиля в трёх классах: Challenger, Cruiser и Adventure (вне конкурса). Класс Challenger — самые быстрые одноместные аэродинамические болиды, созданные для максимальной выносливости и энергоэффективности. Класс Cruiser — машины более традиционного дизайна на два и более пилотов. Эти автомобили лучше подходят для массового производства и повседневного использования, а победителя здесь определяют не только по времени, но и по количеству пилотов, энергоэффективности и по практичному дизайну, который наиболее близок к серийному автомобилю.

Участникам предстоит 8-15 октября преодолеть весь континент с севера на юг (3022 км). Маршрут начался в Дарвине, а закончится в Аделаиде. В данный момент, согласно онлайновому трекеру, лидеры ралли почти добрались до середины пути. Победителя ожидают на финише утром 12 октября.

Большинство автомобилей, участвующих в гонке, собрано университетскими командами.

Промежуточный лидер по состоянию на 9 октября: болид Nuna9 от команды из Делфтского технического университета (Нидерланды). Это учебное заведение побеждало на World Solar Challenge уже восемь раз

С самого своего создания в 1987 году целью конкурса было продемонстрировать возможности автомобилей на солнечных батареях, которые способны без капли бензина преодолевать огромные расстояния в тяжёлых условиях ралли на высокой скорости. Например, нынешний лидер в классе Challenger — болид Nuna9 — промчался по первым этапам с общей дистанцией 1210 км за 15 ч 54 мин 57 сек, показав среднюю скорость 81,1 км/ч. Это весьма достойный результат для солнечных панелей такой маленькой площади.

По условиям соревнования участникам разрешено стартовать с некоторым количеством заряда в аккумуляторах, а участникам класса Cruiser можно даже подзаряжаться от розетки по пути. Гонщики стартуют каждый день в 8:00 утра и обязаны заглушить электродвигатели в 17:00 и разбить лагерь именно в том месте, где они остановились. Победителем станет первый, кто пересечёт финишную черту в Аделаиде.

Почти сразу со старта некоторые машины разогнались более чем до 100 км/ч, а у других возникли технические проблемы. В первый день из гонки выбыло по техническим причинам семь автомобилей

На маршруте имеется семь контрольных точек, где гонщики могут узнать своё текущее положение относительно конкурентов, отставание или фору, узнать прогноз погоды, пройти быстрый техосмотр и получить базовое обслуживание — хотя бы очистить солнечные панели от пыли и подкачать шины.

Исторический рекорд по самому быстрому прохождению трассы установила в 2009 году команда Университета Токаи (Япония), которая преодолела трассу за 29 часов 49 минут со средней скоростью почти 100 км/ч.

Болид Tokai Challenger от Университета Токаи (2009 год)

Побить японский рекорд будет сложно, потому что с тех пор организаторы конкурса ограничили максимальную площадь солнечных батарей 4 квадратными метрами (в 2007-2015 годах ограничение составляло 6 м²). Вообще, с тех пор как к 2005 году болиды стали стабильно превышать скорость 130 км/ч, нарушая правила дорожного движения, начали вводить ограничения на их мощность ради безопасности самих пилотов (как в «Формуле-1»). Проблема в слишком быстром технологическом прогрессе: даже небольшой площади солнечных панелей теперь достаточно для движения машины.

Участники испытывают новые технические решения, которые в будущем могут найти применение в серийных коммерческих автомобилях. Возможно, в будущем никого не будет удивлять наличие солнечных панелей на крыше любого автомобиля, будь то гибрид или чистый EV, в любом случае такие панели не помешают.

Источник

Солнечные автомобильные гонки — Solar car racing

Гонки на солнечных батареях относятся к соревновательным гонкам электромобилей, которые питаются от солнечной энергии, получаемой от солнечных батарей на поверхности автомобиля ( солнечные автомобили ). Первой гонкой на солнечных батареях стал Тур де Соль в 1985 году, который привел к нескольким аналогичным гонкам в Европе, США и Австралии. Такие задачи часто решаются университетами для развития инженерных и технологических навыков своих студентов, но многие бизнес-корпорации принимали участие в соревнованиях в прошлом. Небольшое количество школьных команд участвует в гонках на солнечных батареях, предназначенных исключительно для старшеклассников.

СОДЕРЖАНИЕ

Гонки на дистанции

Двумя наиболее известными гонками на солнечные автомобильные дистанции (по суше) являются World Solar Challenge и American Solar Challenge . В них участвуют различные университетские и корпоративные команды. Корпоративные команды участвуют в гонках, чтобы дать своим дизайнерам опыт работы как с альтернативными источниками энергии, так и с современными материалами. Команды университетов участвуют, чтобы дать своим студентам опыт проектирования высокотехнологичных автомобилей и работы с экологическими и передовыми технологиями материалов. Эти гонки часто спонсируются правительством или образовательными учреждениями, а такие предприятия, как Toyota, стремятся продвигать возобновляемые источники энергии.

Служба поддержки

Автомобили требуют интенсивных групп поддержки, по размеру сопоставимых с профессиональными гоночными командами. Это особенно верно в отношении World Solar Challenge, где участки гонки проходят через очень удаленную страну. Автомобиль на солнечных батареях будет путешествовать в сопровождении небольшого каравана вспомогательных машин. В гонке на длинные дистанции каждой солнечной машине будет предшествовать ведущая машина, которая может определить проблемы или препятствия впереди гоночной машины. Позади солнечной машины будет машина управления полетом, с которой контролируется темп гонки. Здесь тактические решения принимаются на основе информации с солнечной машины и информации окружающей среды о погоде и местности. За центром управления полетами может находиться один или несколько других транспортных средств с запасными водителями и вспомогательными средствами, а также с припасами и туристическим снаряжением для всей команды.

Мировой солнечный вызов

В этой гонке принимают участие участники со всего мира, которые пересекают австралийский континент . Гонка, посвященная 30-летию World Solar Challenge, была проведена в октябре 2017 года. В июне 2006 года были внесены основные изменения в правила этой гонки, чтобы повысить безопасность и построить новое поколение солнечных автомобилей, которые с небольшими изменениями могут стать основой для практического применения. предложение по устойчивому транспорту и предназначено для замедления автомобилей в основном событии, которое могло легко превысить ограничение скорости (110 км / ч) в предыдущие годы.

В 2013 году организаторы мероприятия представили Cruiser Class на World Solar Challenge, призванном побудить участников разработать «практичный» автомобиль на солнечной энергии. Эта гонка требует, чтобы у транспортных средств были четыре колеса и вертикальные сиденья для пассажиров, и оценивается по ряду факторов, включая время, полезную нагрузку, пассажирские мили и внешнее потребление энергии. Голландская команда гонок на солнечных батареях TU Eindhoven стала первым победителем в круизер-классе со своим автомобилем Stella .

Американский солнечный вызов

В соревнованиях American Solar Challenge, ранее известных как «North American Solar Challenge» и «Sunrayce», участвуют в основном университетские команды, участвующие в гонках с определенными временными интервалами в США и Канаде. Ежегодная гонка на треке Formula Sun Grand Prix используется в качестве квалификации к ASC.

American Solar Challenge частично спонсировался несколькими небольшими спонсорами. Однако ближе к концу 2005 года финансирование было сокращено, и NASC 2007 был отменен. Сообщество гонщиков на солнечных батареях в Северной Америке работало над поиском решения, пригласив Toyota в качестве главного спонсора гонки 2008 года. С тех пор Toyota отказалась от спонсорства. Последний конкурс North American Solar Challenge проводился в 2016 году от Брексвилля, штат Огайо, до Хот-Спрингс, штат Южная Дакота. Гонку выиграл Мичиганский университет . Мичиган выигрывал гонку последние 6 раз.

Конкурс школьных автомобилей на солнечных батареях Dell-Winston

Конкурс Dell-Winston School Solar Car Challenge — это ежегодная гонка на солнечных батареях для старшеклассников. Событие привлекает команды со всего мира, но в основном из американских средних школ. Впервые гонка была проведена в 1995 году. Каждое мероприятие является конечным продуктом двухлетнего образовательного цикла, начатого Winston Solar Car Team. В нечетные годы гонка представляет собой дорожную трассу, которая начинается у Dell Diamond в Раунд-Роке, штат Техас; окончание курса меняется из года в год. В четные годы гонка представляет собой гонку на треке по автодрому Texas Motor Speedway. Dell спонсирует это мероприятие с 2002 года. [1]

Южноафриканский солнечный вызов

Южной Африки Solar Challenge двулетнее, две недели солнечной энергии гоночного автомобиля по длине и ширине Южной Африки. Первый вызов в 2008 году доказал, что это событие может заинтересовать публику и что оно пользуется необходимой международной поддержкой со стороны FIA. В конце сентября все участники вылетят из Претории и направятся в Кейптаун, затем проедут вдоль побережья в Дурбан, а 11 дней спустя поднимутся по откосу на обратном пути к финишу в Претории. Мероприятие (как в 2008, так и в 2010 году) было одобрено Международной федерацией солнечных автомобилей (ISF), Международной автомобильной федерацией (FIA), Всемирным фондом дикой природы (WWF), что сделало его первой гонкой Solar Race, получившей поддержку этих трех организаций. Последняя гонка состоялась в 2016 году. Компания Sasol подтвердила свою поддержку South Africa Solar Challenge, приняв права на название этого мероприятия, так что на время их спонсорства мероприятие было известно как Sasol Solar Challenge, Южная Африка.

Каррера Солар Атакама

Carrera Solar Atacama — первая автомобильная гонка на солнечных батареях в Латинской Америке; гонка охватывает 2600 км (1600 миль) от Сантьяго до Арики на севере Чили. Основатель гонки, La Ruta Solar, утверждает, что это самая экстремальная из автомобильных гонок из-за высокого уровня солнечной радиации, до 8,5 кВтч / м 2 / день, возникающей при пересечении пустыни Атакама, а также сложных команд-участниц. подняться на 3500 м (11500 футов) над уровнем моря. После гонки 2018 года La Ruta Solar организовала следующую гонку на 2020 год, но так и не состоялась. В конце 2019 года организация боролась с финансированием и решила отменить гонку. Через несколько месяцев они объявили о банкротстве.

Другие расы

• [ESVC] Чемпионат по электромобилям на солнечных батареях , Индия . Мероприятие для юниоров, инженеров и соревнование по солнечной энергии 3000 км для всей Индии.
• Formula-G , ежегодная гонка на треке в Турции .
• Bharat Solar Challenge , ежегодная гонка по легкой атлетике в Индии .
• Сузука , ежегодная гонка на треке в Японии .
• World Green Challenge (World Solarcar Rallye / World Solar Bicycle race), ежегодная гонка на треках в Японии .
• Фаэтон[2] , часть Культурной Олимпиады в Греции перед Олимпийскими играми 2004 года .
• Мировое солнечное ралли на Тайване .

Гонки на солнечном сопротивлении

Гонки на солнечной энергии — это еще одна форма гонок на солнечной энергии. В отличие от солнечных гонок на длинные дистанции, солнечные драгстеры не используют никаких батарей или предварительно заряженных устройств хранения энергии . Гонщики соревнуются друг с другом на дистанции в четверть километра. В настоящее время гонка за солнечным сопротивлением проводится каждый год в субботу, ближайшую к летнему солнцестоянию, в Уэнатчи, штат Вашингтон, США. Мировой рекорд для этого события — 29,5 секунды, установленный командой старшей школы Саут-Уидби 23 июня 2007 года.

Модельные и познавательные солнечные гонки

Солнечные автомобильные технологии могут применяться в небольших масштабах, что делает их идеальными для образовательных целей в области STEM . Некоторые события:

Модель Solar Vehicle Challenge Victoria

Конкурс «Викторианская модель солнечного автомобиля» — это инженерное соревнование, проводимое студентами с 1 по 12 год по всей Виктории. Студенты проектируют и конструируют свои собственные транспортные средства, будь то машины или лодки. Это мероприятие в настоящее время проводится в ScienceWorks ( Мельбурн ) ежегодно в октябре. Первое мероприятие было проведено в 1986 году. Цель испытания — дать студентам опыт работы в STEM и понять, чего можно достичь с помощью возобновляемых источников энергии .

Юниорский солнечный спринт

Программа Junior Solar Sprint была создана в 1980-х годах Национальной лабораторией возобновляемой энергии (NREL) для обучения детей младшего возраста важности и проблемам использования возобновляемых источников энергии . Проект также учит студентов, как применяется инженерный процесс и как солнечные панели , трансмиссия и аэродинамика могут быть использованы на практике.

Рекорды скорости

Международная автомобильная федерация (FIA)

FIA признает рекорд скорости для транспортных средств , работающих только с помощью солнечных батарей. Текущий рекорд был установлен командой Solar Team Twente из Университета Твенте на своей машине SolUTra. Рекорд 37,757 км / ч был установлен в 2005 году. Рекорд установлен на беге на 1000 м и представляет собой среднюю скорость 2 пробегов в противоположных направлениях.

В июле 2014 года группа австралийских студентов из команды UNSW Sunswift, занимающейся гонками на солнечных батареях в Университете Нового Южного Уэльса, побила мировой рекорд в своем автомобиле на солнечных батареях — самый быстрый электромобиль весом менее 500 кг (1100 фунтов), способный двигаться. путешествие 500 километров (310 миль) на одной зарядке аккумулятора. Этот конкретный рекорд контролировался Конфедерацией австралийского автоспорта от имени FIA и распространяется не только на автомобили с солнечной батареей, но и на любой электромобиль, поэтому во время попытки солнечные панели были отключены от электрических систем. Предыдущий рекорд в 73 километра в час (45 миль в час), который был установлен в 1988 году, был побит командой со средней скоростью 107 километров в час (66 миль в час) на расстоянии 500 километров (310 миль).

Мировой рекорд Гиннеса

В Книге рекордов Гиннеса установлен рекорд наземной скорости для транспортных средств, работающих только от солнечных батарей. Этот рекорд в настоящее время принадлежит Университету Нового Южного Уэльса с автомобилем Sunswift IV . Его 25-килограммовая (55 фунтов) аккумуляторная батарея была удалена, поэтому автомобиль питался только от солнечных батарей. Рекорд 88,8 км / ч (55,2 миль / ч) был установлен 7 января 2011 года на военно-морской авиабазе HMAS Albatross в Новре , побив рекорд, ранее установленный автомобилем Sunraycer компании General Motors — 78,3 км / ч (48,7 миль / ч). Рекорд установлен на участке полета 500 метров (1600 футов) и является средним значением двух пробегов в противоположных направлениях.

Разные записи

Австралийский трансконтинентальный (Перт — Сидней) рекорд скорости

Трансконтинентальный рекорд из Перта в Сидней имел определенную привлекательность в гонках на солнечных автомобилях. Ганс Толструп (основатель World Solar Challenge) впервые завершил это путешествие в The Quiet Achiever менее чем за 20 дней в 1983 году. Этот автомобиль находится в коллекции Национального музея Австралии в Канберре .

Рекорд был побит Диком Смитом и Aurora Solar Vehicle Association, участвующим в гонках на Aurora Q1.

Текущий рекорд был установлен в 2007 году командой UNSW Solar Racing Team на их автомобиле Sunswift III mk2.

Дизайн автомобиля

Солнечные автомобили сочетают в себе технологии, используемые в аэрокосмической , велосипедной , альтернативной энергетике и автомобилестроении . В отличие от большинства гоночных автомобилей, автомобили на солнечных батареях разработаны с жесткими ограничениями по энергопотреблению, налагаемыми правилами гонки. Эти правила ограничивают используемую энергию только энергией, собранной из солнечного излучения , хотя и начиная с полностью заряженной аккумуляторной батареи. Некоторые классы автомобилей также допускают использование энергии человеком. В результате оптимизация конструкции с учетом аэродинамического сопротивления, веса автомобиля, сопротивления качению и электрического КПД имеет первостепенное значение.

Обычная конструкция для современных успешных автомобилей — это небольшой навес в середине изогнутого крыловидного массива, полностью покрытый ячейками, с 3 колесами. Раньше более удачными были тараканьи фасоны с гладким обтекателем носа в панель. На более низких скоростях, с менее мощными массивами, жизнеспособны и проще сконструировать другие конфигурации, например, покрытие доступных поверхностей существующих электромобилей солнечными элементами или закрепление солнечных навесов над ними.

Электрическая система

Электрическая система контролирует всю мощность, поступающую в систему и выходящую из нее. В батарейный блок сохраняет избыток солнечной энергии производится , когда транспортное средство находится в неподвижном состоянии или путешествовать медленно или вниз. В автомобилях на солнечных батареях используется ряд батарей, включая свинцово-кислотные , никель-металлогидридные ( NiMH ), никель-кадмиевые ( NiCd ), литий-ионные и литий-полимерные батареи .

Силовая электроника может использоваться для оптимизации электрической системы. Устройство отслеживания максимальной мощности настраивает рабочую точку солнечной батареи на то напряжение, которое дает наибольшую мощность для данных условий, например температуры. Диспетчер батарей защищает батареи от перезарядки. Контроллер мотора регулирует желаемую мощность мотора. Многие контроллеры допускают рекуперативное торможение, т. Е. Энергия возвращается в аккумулятор во время замедления.

Некоторые солнечные автомобили имеют сложные системы сбора данных, которые контролируют всю электрическую систему, в то время как базовые автомобили показывают напряжение батареи и ток двигателя. Чтобы оценить доступный диапазон при различной выработке солнечной энергии и двигательном потреблении, счетчик ампер-часов умножает ток и скорость батареи, таким образом обеспечивая оставшийся запас хода транспортного средства в каждый момент в данных условиях.

Используются самые разные типы двигателей. Наиболее эффективные двигатели превышают КПД 98%. Это бесщеточные трехфазные двигатели постоянного тока с электронной коммутацией, колесные двигатели, с конфигурацией массива Хальбаха для неодим-железо-борных магнитов и лицевым проводом для обмоток. Более дешевыми альтернативами являются асинхронные двигатели переменного тока или щеточные двигатели постоянного тока.

Механические системы

Механические системы спроектированы так, чтобы свести трение и вес к минимуму, сохраняя при этом прочность и жесткость. Дизайнеры обычно используют алюминий, титан и композиты, чтобы создать структуру, которая отвечает требованиям прочности и жесткости, но при этом является довольно легкой. Сталь используется для изготовления некоторых деталей подвески на многих автомобилях.

Солнечные автомобили обычно имеют три колеса, но у некоторых есть четыре. У трехколесных транспортных средств обычно два передних колеса и одно заднее колесо: передние колеса управляются, а заднее колесо следует за ними. Четырехколесные транспортные средства устанавливаются как обычные автомобили или аналогично трехколесным транспортным средствам с двумя задними колесами, расположенными близко друг к другу.

Солнечные автомобили имеют широкий диапазон подвески из-за различных кузовов и шасси. Наиболее распространенная передняя подвеска — это подвеска на двойных поперечных рычагах . Задняя подвеска часто представляет собой подвеску на продольных рычагах, которая используется в мотоциклах.

Автомобили на солнечных батареях должны соответствовать строгим стандартам в отношении тормозов. Дисковые тормоза используются чаще всего из-за их хорошей тормозной способности и способности регулировать. Как механические, так и гидравлические тормоза широко используются. Тормозные колодки или колодки обычно предназначены для втягивания, чтобы минимизировать тормозное сопротивление ведущих автомобилей.

Системы рулевого управления для автомобилей на солнечных батареях тоже различаются. Основными конструктивными факторами систем рулевого управления являются эффективность, надежность и точность регулировки для минимизации износа шин и потерь мощности. Популярность автомобильных гонок на солнечных батареях привела к тому, что некоторые производители шин разработали шины для автомобилей на солнечных батареях. Это повысило общую безопасность и производительность.

Все ведущие команды теперь используют колесные двигатели , исключая ременные или цепные приводы.

Тестирование необходимо для демонстрации надежности автомобиля перед гонкой. Легко потратить сто тысяч долларов, чтобы получить преимущество в два часа, и так же легко потерять два часа из-за проблем с надежностью.

Солнечная батарея

Солнечная батарея состоит из сотен (или тысяч) фотоэлектрических солнечных элементов, преобразующих солнечный свет в электричество. В автомобилях могут использоваться различные технологии солнечных батарей; чаще всего поликристаллический кремний, монокристаллический кремний или арсенид галлия. Ячейки соединяются вместе в цепочки, в то время как струны часто соединяются вместе, образуя панель. Панели обычно имеют напряжение, близкое к номинальному напряжению батареи. Основная цель — получить как можно большую площадь ячеек на как можно меньшем пространстве. Дизайнеры инкапсулируют ячейки, чтобы защитить их от непогоды и поломки.

Создание солнечной батареи — это больше, чем просто соединение нескольких ячеек. Солнечная батарея действует как множество очень маленьких батарей, соединенных последовательно. Полное создаваемое напряжение является суммой всех напряжений ячеек. Проблема в том, что если одна ячейка находится в тени, она действует как диод , блокируя ток для всей цепочки ячеек. Чтобы противостоять этому, разработчики массивов используют обходные диоды параллельно с меньшими сегментами цепочки ячеек, пропуская ток вокруг нефункционирующих ячеек. Еще одно соображение заключается в том, что сама батарея может проталкивать ток обратно через массив, если на конце каждой панели не установлены блокирующие диоды.

Мощность, производимая солнечной батареей, зависит от погодных условий, положения солнца и мощности массива. В полдень в ясный день хороший массив может производить более 2 киловатт (2,6 л.с.). Массив 6 м 2 из 20% ячеек будет производить примерно 6 кВт · ч (22 кДж) энергии в течение обычного дня на WSC.

В некоторых автомобилях используются отдельно стоящие или встроенные паруса для использования энергии ветра. Гонки, в том числе WSC и ASC , считают энергию ветра солнечной энергией, поэтому их правила проведения гонок допускают такую ​​практику.

Аэродинамика

Аэродинамическое сопротивление — главный источник потерь гоночного автомобиля на солнечных батареях. Аэродинамическое сопротивление транспортного средства является произведением площади лобовой части и ее C _d . Для большинства автомобилей на солнечных батареях фронтальная площадь составляет от 0,75 до 1,3 м 2 . Хотя сообщалось, что C _{d составляет} всего 0,10, более типичным является 0,13. Это требует особого внимания к деталям.

Масса

Масса автомобиля также является важным фактором. Легкий автомобиль имеет меньшее сопротивление качению и потребует более легких тормозов и других компонентов подвески меньшего размера . Это благоприятный круг при проектировании легких транспортных средств.

Сопротивление качению

Сопротивление качению можно минимизировать, используя правильные шины, накачанные до нужного давления, правильно выровненные и уменьшив вес автомобиля.

Уравнение производительности

Конструкция автомобиля на солнечных батареях регулируется следующим уравнением работы:

η < η б E + п Икс v >знак равно < W C р р 1 + N C р р 2 v + 1 2 ρ C d А v 2 >Икс + W час + N а W v 2 2 грамм <\ displaystyle \ eta \ left \ <\ eta _ E + <\ frac > \ right \> = \ left \ + NC_ v + <\ frac <1 ><2>> \ rho C_ Av ^ <2>\ right \> x + Wh + <\ frac > <2g>>>

которое можно упростить до уравнения производительности

η < η б E v / Икс + п >знак равно < W C р р 1 v + 1 2 ρ C d А v 3 > <\ displaystyle \ eta \ left \ <\ eta _ Ev / x + P \ right \> = \ left \ v + <\ frac <1><2>> \ rho C_ Av ^ <3>\ right \>>

для гонок на длинные дистанции и значения, увиденные на практике.

Вкратце, левая сторона представляет собой энергию, подводимую к автомобилю (аккумуляторы и энергия от солнца), а правая сторона — энергия, необходимая для движения автомобиля по маршруту гонки (преодоление сопротивления качению, аэродинамическое сопротивление, подъем в гору и ускорение. ). В этом уравнении можно оценить все, кроме v . Параметры включают:

Символ	Описание	Форд Австралия	Аврора	Аврора	Аврора
Год	1987 г.	1993 г.	1999 г.	2007 г.
η	КПД двигателя, контроллера и трансмиссии (десятичный)	0,82	0,80	0,97	0,97
η b	Эффективность батареи в ватт-часах (десятичная дробь)	0,82	0,92	0,82	1,00 (LiPoly)
E	Энергия, доступная в батареях (джоули)	1.2e7	1,8e7	1,8e7	1,8e7
п	Расчетная средняя мощность от массива (1) (Вт)	918	902	1050	972
Икс	Расстояние маршрута гонки (метры)	3e6	3.007e6	3.007e6	3.007e6
W	Масса автомобиля с учетом полезной нагрузки (ньютоны)	2690	2950	3000	2400
C rr 1	Первый коэффициент сопротивления качению (безразмерный)	0,0060	0,0050	0,0027	0,0027
C rr 2	Второй коэффициент сопротивления качению (ньютон-секунды на метр)	0	0	0	0
N	Количество колес на транспортном средстве (целое число)	4	3	3	3
ρ	Плотность воздуха (килограммы на кубический метр)	1,22	1,22	1,22	1,22
C d	Коэффициент лобового сопротивления (безразмерный)	0,26	0,133	0,10	0,10
А	Фронтальная площадь (квадратных метров)	0,70	0,75	0,75	0,76
час	Общая высота, на которую поднимется автомобиль (в метрах)	0	0	0	0
N a	Сколько раз автомобиль будет ускоряться за день гонки (целое число)	4	4	4	4
грамм	Местное ускорение из-за переменной силы тяжести (метры на секунду в квадрате)	9,81	9,81	9,81	9,81
v	Расчетная средняя скорость по маршруту (метры в секунду)	16,8	20,3	27,2	27,1
Расчетная средняя скорость в км / ч	60,5	73,1	97,9	97,6
Фактическая гоночная скорость км / ч	44,8	70,1	73	85

Примечание 1 Для WSC средняя мощность панели может быть приблизительно равна (7/9) × номинальная мощность.

Решение длинной формы уравнения для скорости приводит к большому уравнению (примерно 100 членов). Используя уравнение мощности в качестве арбитра, конструкторы транспортных средств могут сравнивать различные конструкции автомобилей и оценивать сравнительные характеристики на заданном маршруте. В сочетании с CAE и системным моделированием уравнение мощности может быть полезным инструментом при проектировании автомобилей на солнечных батареях.

Рекомендации по маршруту гонки

Направленная ориентация маршрута гонок на солнечных батареях влияет на видимое положение солнца в небе в течение дня гонки, что, в свою очередь, влияет на поступление энергии в транспортное средство.

• Например, при трассе гонок с юга на север солнце поднимается над правым плечом водителя и финиширует над левым (из-за видимого движения солнца с востока на запад).
• При выравнивании маршрута гонки с востока на запад солнце поднимается позади транспортного средства и, кажется, движется в направлении движения транспортного средства, садясь перед ним.
• Трасса гибридного маршрута включает вместе значительные участки маршрутов юг-север и восток-запад.

Это важно для дизайнеров, которые стремятся максимизировать подвод энергии к панели солнечных элементов (часто называемой «массивом» ячеек), проектируя массив так, чтобы он был направлен прямо на солнце как можно дольше в течение дня гонки. Таким образом, конструктор гоночных автомобилей с юга на север мог бы увеличить общее количество потребляемой автомобилем энергии, используя солнечные элементы по бокам автомобиля, куда на них будет падать солнце (или создав выпуклый массив, коаксиальный движению автомобиля). Напротив, выравнивание гонок восток-запад может уменьшить выгоду от наличия ячеек сбоку от транспортного средства и, таким образом, может способствовать разработке плоского массива.

Поскольку автомобили на солнечных батареях часто строятся специально, и поскольку массивы обычно не перемещаются относительно остальной части автомобиля (за заметными исключениями), этот компромисс между плоской панелью и выпуклой конструкцией, управляемый гоночным маршрутом, является одним из наиболее значительных. решения, которые должен принять дизайнер автомобилей на солнечных батареях.

Например, в соревнованиях Sunrayce USA в 1990 и 1993 годах выиграли автомобили со значительно выпуклыми рядами, соответствующими гонкам юг-север; к 1997 году, однако, большинство автомобилей в этом случае имели плоские массивы, чтобы соответствовать изменению маршрута с востока на запад.

Стратегия гонки

Потребление энергии

Оптимизация энергопотребления имеет первостепенное значение в гонках на солнечных батареях. Поэтому полезно иметь возможность постоянно контролировать и оптимизировать энергетические параметры автомобиля. Учитывая переменные условия, у большинства команд есть программы оптимизации скорости, которые постоянно обновляют команду о том, с какой скоростью должна двигаться машина. Некоторые команды используют телеметрию, которая передает данные о характеристиках транспортного средства следующему вспомогательному транспортному средству, что может предоставить водителю транспортного средства оптимальную стратегию.

Маршрут гонки

Сам маршрут гонки будет влиять на стратегию, потому что видимое положение солнца в небе будет варьироваться в зависимости от различных факторов, которые зависят от ориентации транспортного средства (см. «Рекомендации по маршруту гонки» выше).

Кроме того, изменение высоты на маршруте гонки может резко изменить количество энергии, необходимое для прохождения маршрута. Например, маршрут North American Solar Challenge 2001 и 2003 годов пересекал Скалистые горы (см. График справа).

Прогноз погоды

Успешная гоночная команда на солнечных батареях должна будет иметь доступ к надежным прогнозам погоды, чтобы предсказать мощность, потребляемую автомобилем от солнца в течение каждого дня гонки.

Источник