Nuna - Nuna
| słoneczna wyścigówka |
| Nuna |
|---|
Nuna to nazwa serii załogowych samochodów wyścigowych zasilanych energią słoneczną , które siedmiokrotnie wygrały World Solar Challenge w Australii : w 2001, 2003, 2005, 2007, 2013, 2015 i 2017 roku. Pojazdy są budowane przez studentów, którzy są częścią zespół „Vattenfall Solar Team” (dawniej Nuon Solar Team) na Politechnice w Delft w Holandii , sponsorowany przez Vattenfall (dawniej NV Nuon Energy ).
Nuna
Kryteria projektowe
Aby mieć duże szanse na wygraną, samochód musi:
- zebrać jak najwięcej energii słonecznej
- zużywać jak najmniej energii do jazdy z określoną prędkością. Oznacza to zwrócenie szczególnej uwagi na:
- sprawność przekazywania energii elektrycznej do kół, oraz
- minimalizacja tarcia, na którą składają się:
- tarcie powietrza (opór powietrza), oraz
- tarcie toczne , na które z kolei ma wpływ m.in. ciężar
Ogniwa słoneczne
Ogniwa słoneczne są wykonane z arsenku galu (GaAs) i składają się z trzech warstw. Światło słoneczne, które przenika przez górną warstwę, jest wykorzystywane w dolnych warstwach, co daje wydajność ponad 26%. Ten typ ogniw słonecznych należy do najlepszych obecnie dostępnych. Oprócz wydajności liczy się również rozmiar, więc cała górna powierzchnia Nuna 3 jest nimi pokryta, z wyjątkiem kokpitu.
Wydajność jest optymalna, gdy w ogniwa padają promienie słoneczne prostopadle. Jeśli nie, moc jest zmniejszana z grubsza o cosinus kąta z prostopadłą.
Ogniwo słoneczne daje pewną ilość prądu dla określonej ilości światła słonecznego. Napięcia zależy od obciążenia (dokładniej rezystancja obciążenia). Moc jest iloczynem napięcia i prądu, a więc również zależy od obciążenia. Przy pewnym napięciu prąd ogniwa słonecznego szybko spada do zera, co ilustruje wykres.
Jednak akumulatory mają dość stałe napięcie, które również ma nieco inną wartość niż ogniwa słoneczne. Potrzebna jest więc transformacja napięcia. Specjalny typ konwertera DC-DC zapewnia, że rezystancja obciążenia prezentowana ogniwom słonecznym jest taka, że ogniwa słoneczne dają maksymalną moc, a więc również na górze zielonej linii na wykresie. Nazywa się to trackerem maksymalnego punktu mocy (MPPT). Tutaj również celem jest osiągnięcie maksymalnej wydajności tej konwersji (> 97%).
Aerodynamiczna konstrukcja
Aerodynamiczny stanowi ważną część całkowitego oporu. Ważna jest powierzchnia czołowa i współczynnik oporu powietrza. Kształt musi być zaprojektowany tak, aby zachować przepływ laminarny , ponieważ turbulencja powoduje zwiększony opór powierzchniowy. Idealny kształt uzyskuje się na różnych etapach:
- Poprzez symulacje komputerowe projektu.
- Poprzez testowanie modelu w zmniejszonej skali w tunelu aerodynamicznym . Na przykład można nakładać farby w płynie, aby zobaczyć przepływ powietrza po powierzchni. Pokazane zdjęcie zostało wykonane podczas jednego z tych testów w Laboratorium Małych Prędkości TU Delft.
- Poprzez testowanie pełnowymiarowego samochodu w tunelu aerodynamicznym. W tym celu wykorzystuje się duży zakład małych prędkości (LLF) DNW w Marknesse .
Na podstawie danych meteorologicznych z obszaru, na którym mają się odbyć zawody, można wywnioskować, że prawdopodobnie wystąpi silny boczny wiatr. Nakładki na koła Nuna 3 są zaprojektowane tak, że boczny wiatr będzie działał napędowo.
Silnik
Silnik jest całkowicie zamknięty w tylnym kole, aby zminimalizować straty poprzez mechaniczną transmisję z silnika na koło (na przykład w normalnym samochodzie w skrzyni biegów i kardanie). Silnik jest ulepszoną wersją oryginalnego Motor of the Spirit of Biel III z 1993 roku opracowanego przez Engineering School w Biel w Szwajcarii (obecnie: Berner Fachhochschule Technik und Informatik) . Ulepszenia wynikają z całkowicie przeprojektowanej cyfrowej elektroniki mocy i sterowania, zrealizowanej w 1999 roku. Pozwoliły one na 50% większą moc (ponad 2400 W) i 45% wyższy moment obrotowy w porównaniu do Spirit of Biel II z 1993 roku . Poprawiono również sprawność całego układu napędowego (łącznie ze stratami elektroniki mocy) i wynosi obecnie ponad 98%. Ale jak pokazuje wykres, zależy to w pewnym stopniu od prędkości i rośnie wraz z prędkością. Projekt został początkowo zaprojektowany tak, aby osiągnąć maksymalne osiągi przy normalnej prędkości przelotowej samochodu solarnego, wynoszącej około 100 km / h.
Wyścig
Do wygrania wyścigu potrzebny jest nie tylko dobry pojazd, ale także sprytny sposób prowadzenia go, zgodny z charakterystyką toru. Dlatego badano to przez dwa miesiące przed wyścigiem. Różnice wysokości są mapowane i łączone z danymi GPS . Na tej podstawie podczas wyścigu można określić optymalną prędkość.
Pomimo wszystkich testów i innych przygotowań pozostaje jeden niepewny czynnik; pogoda . Wszelkie chmury miałyby silny wpływ na ilość światła słonecznego, które można uchwycić. Dlatego wszelkie zmiany pogody na torze będą musiały być stale monitorowane. Wszystkie te dane są analizowane przez model komputerowy, który stale oblicza idealną prędkość w danym momencie. To urządzenie jest wbudowane w (napędzane benzyną) samochody pilotowe. Dzięki telemetrii stale otrzymują dane o stanie baterii i ilości przechwytywanego światła słonecznego.
Zespół
Każda wersja Nuna została zbudowana przez zespół składający się ze studentów Politechniki w Delft . Zespół liczy od dziesięciu do dwudziestu członków. Biorą roczną przerwę od studiów, aby zaprojektować i zbudować od podstaw nową wersję wyścigówki słonecznej. W 2001 roku Nuna 1 została zbudowana przez zespół alpha-centauri. Otrzymali wskazówki od byłego astronauty Wubbo Ockelsa . Od 2002 roku zespół nosi nazwę Nuon Solar Team i Ockels służył radą i pomocą.
Nuna 1 (2001)
Pierwszy zespół Nuna ( Alpha Centauri Team ) był sponsorowany przez Nuon . Zespół składał się głównie ze studentów z Delft University of Technology, którym kierował były astronauta Wubbo Ockels . Po raz pierwszy w wyścigu wzięła udział holenderska ekipa, która wygrała 3021 km wyścig w 32 godziny i 39 minut, bijąc stary rekord zespołu Hondy z 1996 roku (33 godziny i 32 minuty). Średnia prędkość wynosiła 91,8 kilometra na godzinę.
Nuna 2 (2003)
Nuna 2 wygrała wyścig w 31,05 godziny, osiągając średnią prędkość 97,02 km / h na trasie 3021 km, bijąc rekord toru poprzedniej Nuna 1 zespołu.
Nuna 3 (2005)
Nuna 3 była jednym z faworytów tegorocznej edycji World Solar Challenge z przed wyścigiem z prędkością 130 km / h. Ostateczny wynik był taki, że 3021 kilometrów między Darwinem a Adelajdą pokonano w rekordowym czasie 29 godzin i 11 minut, średnio około 103 km / h. To wciąż aktualny rekord World Solar Challenge .
Nuna 4 (2007)
Główne zmiany w Nuna 4 w stosunku do jej poprzednika Nuna 3 to kierownica zamiast dźwigni, wyprostowane siedzenie zamiast leżącego kierowcy oraz mniejszy panel słoneczny o powierzchni 6 m² w porównaniu do poprzednich 9 m². Zmiany te były wymuszone przez zmiany w przepisach, spowodowane rzekomymi obawami o bezpieczeństwo i próbami upodobnienia samochodu do prawdziwego samochodu, a także zmniejszeniem prędkości na australijskich drogach. Nuna 4 wygrała w 2007 roku.
Nuna 5 (2009)
Główną zmianą w Nuna 5 w stosunku do jej poprzednika Nuna 4 była mniejsza waga akumulatora, z 30 kg w 2007 r. Do 25 kg. Inne zmiany wymagały, aby samochody nie mogły ścigać się na wcześniej używanych slickach (gładkich oponach), zamiast tego wymagały opon profilowanych (bieżnikowanych lub rowkowanych). Ponadto kierowca musiał siedzieć bardziej wyprostowany z kątem siedzenia maksymalnie 27 stopni. Skończyło się drugie.
Nuna 6 (2011)
Główne zmiany w Nuna 6 w stosunku do jej poprzedniczki Nuna 5 to zmiana ogniw słonecznych na monokrystaliczne ogniwa krzemowe oraz masa akumulatora - oba zgodnie z nowymi zasadami. Zmniejszono również masę samochodu i opór aerodynamiczny.
Nuna 7 (2013)
Główną zmianą w Nuna 7 w stosunku do swoich poprzedników jest to, że ma cztery koła zamiast trzech, zgodnie z nowymi zasadami Światowego Wyzwania Słonecznego. Pojazd jest również asymetryczny, ponieważ kabina kierowcy znajduje się po prawej stronie. Waga akumulatorów i pojazdu prawie się nie zmieniła w stosunku do swojego poprzednika, Nuna 6. Nuna 7 wygrała Bridgestone World Solar Challenge 2013.
Nuna 8 (2015)
W klasie Challenger zespół z Delft University of Technology utrzymał tytuł dzięki Nuna 8 i średniej prędkości 91,75 km / h (57,01 mph), tuż przed swoim holenderskim odpowiednikiem, University of Twente, który prowadził większość wyścigu. , ale skończył zaledwie 8 minut za nimi na drugim miejscu. Zmodyfikowana wersja samochodu Nuna 8S zwyciężyła w 2016 Sasol Solar Challenge w RPA.
Nuna 9 (2017)
W klasie pretendentów zespół z Delft ponownie utrzymał tytuł dzięki Nuna 9 i średniej prędkości 81,2 km / h (50,5 mil / h), tuż przed zespołem University of Michigan Solar Car Team . Zmodyfikowana wersja samochodu Nuna 9S zwyciężyła w 2018 Sasol Solar Challenge w RPA.
Zobacz też
- Twente One , konkurencyjny holenderski samochód wyścigowy słonecznej z University of Twente .
- SolUTra , TU „s samochód, który poprzedzał Twente One.
- W Stella samochody słoneczne holenderskiego Eindhoven University of Technology , która wygrała MŚ w klasie Cruiser w 2013 i 2015 roku.
- Lista zespołów samochodów słonecznych
- World Solar Challenge