Solarne wyścigi samochodowe - Solar car racing

Solar car racing odnosi się do konkurencyjnych wyścigów pojazdów elektrycznych, które są zasilane energią słoneczną pozyskiwaną z paneli słonecznych na powierzchni samochodu ( samochody słoneczne ). Pierwszym wyścigiem samochodów solarnych był Tour de Sol w 1985 roku, który doprowadził do kilku podobnych wyścigów w Europie, Stanach Zjednoczonych i Australii. Takie wyzwania są często podejmowane przez uniwersytety, aby rozwijać umiejętności inżynierskie i technologiczne swoich studentów, ale wiele korporacji biznesowych brało udział w konkursach w przeszłości. Niewielka liczba drużyn licealnych bierze udział w wyścigach samochodów słonecznych przeznaczonych wyłącznie dla uczniów szkół średnich.

Wyścigi dystansowe

Dwa najbardziej godne uwagi wyścigi na odległość (lądową) samochodów słonecznych to World Solar Challenge i American Solar Challenge . Konkurują z nimi różne zespoły uniwersyteckie i korporacyjne. Zespoły korporacyjne biorą udział w wyścigach, aby dać swoim zespołom projektowym doświadczenie w pracy zarówno z alternatywnymi źródłami energii, jak i zaawansowanymi materiałami. Zespoły uniwersyteckie uczestniczą, aby dać swoim studentom doświadczenie w projektowaniu samochodów wysokiej technologii oraz pracy z środowiskową i zaawansowaną technologią materiałową. Wyścigi te są często sponsorowane przez agencje rządowe lub edukacyjne, a firmy takie jak Toyota chętnie promują odnawialne źródła energii.

Wsparcie

Samochody wymagają intensywnego wsparcia zespołów podobnych do profesjonalnych zespołów wyścigowych. Dotyczy to zwłaszcza World Solar Challenge, gdzie odcinki wyścigu przebiegają przez bardzo odległy kraj. Solarny samochód będzie podróżował w eskorcie małej karawany samochodów wsparcia. W wyścigu długodystansowym każdy samochód solarny będzie poprzedzony samochodem prowadzącym, który może zidentyfikować problemy lub przeszkody przed samochodem wyścigowym. Za solarnym samochodem będzie znajdował się pojazd kontroli misji, z którego kontrolowane jest tempo wyścigu. Tutaj decyzje taktyczne podejmowane są na podstawie informacji z samochodu solarnego oraz informacji środowiskowych o pogodzie i terenie. Za kontrolą misji może znajdować się jeden lub więcej innych pojazdów przewożących zastępczych kierowców i pomoc techniczną, a także zaopatrzenie i sprzęt kempingowy dla całego zespołu.

Światowe wyzwanie słoneczne

Główny artykuł: World Solar Challenge

W wyścigu tym biorą udział zawodnicy z całego świata, którzy ścigają się, by przemierzyć kontynent australijski . Wyścig z okazji 30. rocznicy World Solar Challenge odbył się w październiku 2017 r. W czerwcu 2006 r. wprowadzono istotne zmiany w przepisach dotyczące tego wyścigu, aby zwiększyć bezpieczeństwo, zbudować nową generację samochodu solarnego, który przy niewielkich modyfikacjach mógłby stanowić podstawę praktycznego propozycja zrównoważonego transportu i mająca na celu wyhamowanie samochodów w głównym wydarzeniu, które z łatwością mogły przekroczyć dopuszczalną prędkość (110 km/h) w poprzednich latach.

W 2013 roku organizatorzy imprezy wprowadzili Klasę Cruiser do World Solar Challenge, którego celem jest zachęcenie zawodników do zaprojektowania „praktycznego” pojazdu zasilanego energią słoneczną. Ten wyścig wymaga, aby pojazdy miały cztery koła i pionowe siedzenia dla pasażerów i jest oceniany na podstawie wielu czynników, w tym czasu, ładowności, przejechanych kilometrów i zużycia energii zewnętrznej. Holenderski zespół wyścigów słonecznych TU Eindhoven został zwycięzcą inauguracyjnej klasy Cruiser swoim pojazdem Stella .

Amerykańskie wyzwanie słoneczne

Główny artykuł: Amerykańskie wyzwanie słoneczne

American Solar Challenge, wcześniej znane jako „North American Solar Challenge” i „Sunrayce”, obejmuje głównie zespoły kolegialne ścigające się w określonych odstępach czasu w Stanach Zjednoczonych i Kanadzie. Coroczny wyścig torowy Formula Sun Grand Prix jest wykorzystywany jako kwalifikacja do ASC.

American Solar Challenge było sponsorowane częściowo przez kilku małych sponsorów. Jednak finansowanie zostało ograniczone pod koniec 2005 roku, a NASC 2007 został odwołany. Społeczność zajmująca się wyścigami słonecznymi w Ameryce Północnej pracowała nad znalezieniem rozwiązania, sprowadzając Toyotę jako głównego sponsora wyścigu w 2008 roku. Toyota od tego czasu zrezygnowała ze sponsorowania. Ostatnie North American Solar Challenge odbyło się w 2016 roku, z Brecksville w stanie Ohio do Hot Springs w stanie SD. Wyścig wygrał Uniwersytet Michigan . Michigan wygrało ten wyścig 6 ostatnich razy.

Szkolne wyzwanie samochodów solarnych firmy Dell-Winston

Główny artykuł: Dell-Winston School Solar Car Challenge

Dell-Winston School Solar Car Challenge to coroczny wyścig samochodów zasilanych energią słoneczną dla uczniów szkół średnich. Wydarzenie przyciąga drużyny z całego świata, ale przede wszystkim z amerykańskich szkół średnich. Wyścig po raz pierwszy odbył się w 1995 roku. Każda impreza jest końcowym produktem dwuletniego cyklu edukacyjnego zainicjowanego przez zespół Winston Solar Car Team. W latach nieparzystych wyścig jest torem drogowym, który rozpoczyna się w Dell Diamond w Round Rock w Teksasie; zakończenie kursu zmienia się z roku na rok. W latach parzystych wyścig jest wyścigiem torowym wokół Texas Motor Speedway. Firma Dell sponsoruje to wydarzenie od 2002 roku.[1]

Południowoafrykańskie wyzwanie słoneczne

Główny artykuł: Południowoafrykańskie wyzwanie słoneczne

RPA Solar Wyzwanie to dwuletnie, dwutygodniowy wyścig samochód zasilany energią słoneczną wzdłuż i wszerz RPA. Pierwsze wyzwanie w 2008 roku pokazało, że wydarzenie to może przyciągnąć zainteresowanie publiczności i że ma niezbędne międzynarodowe wsparcie FIA. Pod koniec września wszyscy uczestnicy wystartują z Pretorii i udadzą się do Kapsztadu, a następnie przejadą wzdłuż wybrzeża do Durbanu, po czym wspiąć się na skarpę w drodze powrotnej do mety w Pretorii 11 dni później. Wydarzenie to (zarówno w 2008, jak i 2010) zostało zatwierdzone przez Międzynarodową Federację Samochodów Solarnych (ISF), Fédération Internationale de l'Automobile (FIA), World Wildlife Fund (WWF), co czyni go pierwszym Solar Race, który otrzymał poparcie tych 3 organizacji. Ostatni wyścig odbył się w 2016 roku. Sasol potwierdził swoje wsparcie dla South Africa Solar Challenge, przejmując prawa do nazwy imprezy, tak aby na czas sponsorowania impreza była znana jako Sasol Solar Challenge, Republika Południowej Afryki.

Carrera Solar Atacama

Carrera Solar Atacama to pierwszy tego typu wyścig samochodów zasilanych energią słoneczną w Ameryce Łacińskiej; wyścig obejmuje 2600 km (1600 mil) z Santiago do Arica na północy Chile. Założyciel wyścigu, La Ruta Solar, twierdzi, że jest to najbardziej ekstremalny z wyścigów samochodowych ze względu na wysoki poziom promieniowania słonecznego, do 8,5 kWh/m 2 /dzień, napotykany podczas przemierzania pustyni Atakama, a także wymagające zespoły biorące udział wspiąć się na 3500 m (11500 stóp) nad poziomem morza. Po wyścigu z 2018 roku La Ruta Solar zorganizowała kolejną edycję na rok 2020, ale nigdy do tego nie doszło. Pod koniec 2019 roku organizacja zmagała się z finansowaniem i postanowiła odwołać wyścig. Kilka miesięcy później ogłosili upadłość.

Inne rasy

Solarne wyścigi drag

Wyścigi słoneczne to kolejna forma wyścigów słonecznych. W przeciwieństwie do długodystansowych wyścigów słonecznych dragstery słoneczne nie korzystają z żadnych baterii ani naładowanych urządzeń magazynujących energię . Zawodnicy idą łeb w łeb na prostym dystansie ćwierć kilometra. Obecnie w Wenatchee w stanie Waszyngton w USA co roku w sobotę najbliższą przesileniu letniemu odbywa się wyścig oporu słonecznego. Rekord świata dla tego wydarzenia to 29,5 sekundy ustanowiony przez zespół South Whidbey High School 23 czerwca 2007 roku.

Modelowe i edukacyjne wyścigi słoneczne

Technologia pojazdów solarnych może być stosowana na małą skalę, co czyni ją idealną do celów edukacyjnych w obszarach STEM . Niektóre wydarzenia to:

Model Solar Vehicle Challenge Victoria

Victorian Model Solar Vehicle Challenge to konkurs inżynierski podejmowany przez studentów z całej Wiktorii , od 1 do 12 roku. Uczniowie projektują i konstruują własny pojazd, niezależnie od tego, czy jest to samochód, czy łódź. To wydarzenie odbywa się obecnie w ScienceWorks ( Melbourne ) w październiku każdego roku. Pierwsze wydarzenie odbyło się w 1986 roku. Celem wyzwania jest zapewnienie studentom doświadczenia, jak to jest pracować w STEM i zrozumienie, co można osiągnąć dzięki technologii odnawialnej .

Junior Solar Sprint

Junior Solar Sprint został stworzony w latach 80-tych przez Narodowe Laboratorium Energii Odnawialnej (NREL), aby uczyć młodsze dzieci o znaczeniu i wyzwaniach związanych z wykorzystaniem energii odnawialnej . Projekt uczy również studentów, w jaki sposób stosuje się proces inżynierski oraz jak w praktyce można wykorzystać panele słoneczne , transmisję i aerodynamikę .

Rekordy prędkości

Międzynarodowa Federacja Samochodowa (FIA)

FIA rozpoznać rekord prędkości na lądzie dla pojazdów zasilanych wyłącznie przez panele słoneczne. Obecny rekord został ustanowiony przez Solar Team Twente z Uniwersytetu Twente swoim samochodem SolUTra. Rekord 37,757 km/h został ustanowiony w 2005 roku. Rekord ma miejsce na biegu na dystansie 1000 m i jest średnią prędkością z 2 biegów w przeciwnych kierunkach.

W lipcu 2014 r. grupa australijskich studentów z zespołu wyścigów słonecznych UNSW Sunswift na Uniwersytecie Nowej Południowej Walii pobiła rekord świata w swoim samochodzie zasilanym energią słoneczną, najszybszym samochodem elektrycznym ważącym mniej niż 500 kilogramów (1100 funtów) i zdolnym do przebyć 500 kilometrów (310 mil) na jednym ładowaniu akumulatora. Ten szczególny rekord był nadzorowany przez Konfederację Australijskiego Sportu Motorowego w imieniu FIA i nie dotyczy wyłącznie samochodów zasilanych energią słoneczną, ale każdego samochodu elektrycznego, dlatego podczas próby panele słoneczne zostały odłączone od systemów elektrycznych. Poprzedni rekord 73 kilometrów na godzinę (45 mil/h) – ustanowiony w 1988 roku – został pobity przez zespół przy średniej prędkości 107 kilometrów na godzinę (66 mil/h) na dystansie 500 kilometrów (310 mil).

Rekord Guinnessa

Sunswift IV i pojazd kontrolny podczas próby bicia rekordu prędkości na HMAS Albatross .

Rekordy Guinnessa uznają rekord prędkości na lądzie dla pojazdów zasilanych wyłącznie panelami słonecznymi. Ten rekord jest obecnie utrzymywany przez Uniwersytet Nowej Południowej Walii z samochodem Sunswift IV . Jego 25-kilogramowa (55 funtów) bateria została usunięta, więc pojazd był zasilany tylko przez panele słoneczne. Rekord 88,8 km/h (55,2 mil/h) został ustanowiony 7 stycznia 2011 r. w bazie lotniczej marynarki wojennej HMAS  Albatross w Nowra , bijąc dotychczasowy rekord samochodu General Motors Sunraycer wynoszący 78,3 km/h (48,7 mil/h). Rekord odbywa się na odcinku 500 metrów (1600 stóp) i stanowi średnią z dwóch biegów w przeciwnych kierunkach.

Różne zapisy

Rekord prędkości na australijskim transkontynentalnym (z Perth do Sydney)

Rekord Perth do Sydney Transcontinental miał pewien urok w Solar Car Racing. Hans Tholstrup (założyciel World Solar Challenge) po raz pierwszy ukończył tę podróż w The Quiet Achiever w niecałe 20 dni w 1983 roku. Pojazd ten znajduje się w kolekcji Muzeum Narodowego Australii w Canberze .

Rekord został pobity przez Dicka Smitha i Aurora Solar Vehicle Association ścigającego się w Aurora Q1

Obecny rekord został ustanowiony w 2007 roku przez zespół UNSW Solar Racing swoim samochodem Sunswift III mk2

Projekt pojazdu

Samochody solarne łączą technologię wykorzystywaną w przemyśle lotniczym , rowerowym , alternatywnych energetykach i motoryzacji . W przeciwieństwie do większości samochodów wyścigowych, samochody zasilane energią słoneczną są projektowane z poważnymi ograniczeniami energetycznymi narzuconymi przez przepisy wyścigowe. Zasady te ograniczają zużytą energię tylko do energii pobranej z promieniowania słonecznego , aczkolwiek zaczynając od w pełni naładowanego akumulatora. Niektóre klasy pojazdów dopuszczają również pobór mocy przez człowieka. W rezultacie najważniejsza jest optymalizacja projektu pod kątem oporu aerodynamicznego, masy pojazdu, oporów toczenia i sprawności elektrycznej.

Typowym projektem dzisiejszych, odnoszących sukcesy pojazdów, jest mały baldachim pośrodku zakrzywionego układu przypominającego skrzydło, całkowicie pokryty komórkami, z 3 kołami. Wcześniej styl karalucha z gładką owiewką nosową w panelu był bardziej udany. Przy niższych prędkościach, przy słabszych układach, inne konfiguracje są opłacalne i łatwiejsze do zbudowania, np. pokrycie dostępnych powierzchni istniejących pojazdów elektrycznych ogniwami słonecznymi lub mocowanie nad nimi daszków słonecznych.

Pojazdy wyścigowe zmierzają do mety w 2005 North American Solar Challenge.

Układ elektryczny

Układ elektryczny kontroluje całą moc wchodzącą i wychodzącą z systemu. Pakiet akumulatorów przechowuje nadwyżki energii słonecznej wytwarzanej, gdy pojazd stoi lub jedzie wolno lub zjeżdża z góry. Samochody zasilane energią słoneczną wykorzystują szereg akumulatorów, w tym akumulatory kwasowo-ołowiowe, akumulatory niklowo-wodorkowe ( NiMH ), akumulatory niklowo-kadmowe ( NiCd ), akumulatory litowo-jonowe i akumulatory litowo-polimerowe .

Elektronika mocy może być wykorzystana do optymalizacji układu elektrycznego. Tracker maksymalnej mocy dostosowuje punkt pracy panelu słonecznego do tego napięcia, które wytwarza największą moc w danych warunkach, np. temperaturze. Menedżer akumulatorów chroni akumulatory przed przeładowaniem. Sterownik silnika kontroluje żądaną moc silnika. Wiele sterowników umożliwia hamowanie odzyskowe, tzn. podczas zwalniania energia jest zwracana do akumulatora.

Niektóre samochody solarne mają złożone systemy akwizycji danych, które monitorują całą instalację elektryczną, podczas gdy podstawowe samochody pokazują napięcie akumulatora i prąd silnika. Aby ocenić dostępny zasięg przy zmieniającej się produkcji energii słonecznej i poborze mocy, licznik amperogodzin mnoży prąd i szybkość baterii, zapewniając w ten sposób pozostały zasięg pojazdu w każdej chwili w danych warunkach.

Zastosowano szeroką gamę typów silników. Najbardziej wydajne silniki przekraczają 98% sprawności. Są to bezszczotkowe, trójfazowe silniki prądu stałego, komutowane elektronicznie, z układem Halbacha dla magnesów neodymowo-żelazowo-borowych i drutem Litz dla uzwojeń. Tańszymi alternatywami są asynchroniczne silniki prądu przemiennego lub szczotkowe prądu stałego.

Podwozie testowe w Ford Proving Grounds w 1992 roku.

Systemy mechaniczne

Systemy mechaniczne zaprojektowano tak, aby ograniczyć tarcie i wagę do minimum przy jednoczesnym zachowaniu wytrzymałości i sztywności. Projektanci zwykle używają aluminium, tytanu i kompozytów, aby zapewnić konstrukcję, która spełnia wymagania wytrzymałości i sztywności, a jednocześnie jest dość lekka. W wielu samochodach niektóre elementy zawieszenia są wykonane ze stali.

Samochody solarne mają zwykle trzy koła, ale niektóre mają cztery. Pojazdy trójkołowe mają zwykle dwa przednie koła i jedno tylne koło: przednie koła kierują, a tylne koło podąża za nimi. Pojazdy czterokołowe są ustawione jak zwykłe samochody lub podobnie do pojazdów trójkołowych z dwoma tylnymi kołami blisko siebie.

Samochody solarne mają szeroką gamę zawieszeń ze względu na różne nadwozie i podwozie. Najpopularniejszym przednim zawieszeniem jest zawieszenie z podwójnymi wahaczami . Tylne zawieszenie jest często zawieszeniem z wahaczem wleczonym, jak w motocyklach.

Samochody zasilane energią słoneczną muszą spełniać rygorystyczne normy dotyczące hamulców. Hamulce tarczowe są najczęściej używane ze względu na ich dobrą zdolność hamowania i zdolność do regulacji. Szeroko stosowane są zarówno hamulce mechaniczne, jak i hydrauliczne. Klocki lub szczęki hamulcowe są zwykle zaprojektowane tak, aby chowały się, aby zminimalizować opór hamulca w wiodących samochodach.

Układy kierownicze w samochodach solarnych również się różnią. Głównymi czynnikami konstrukcyjnymi układów kierowniczych są wydajność, niezawodność i precyzyjne wyrównanie w celu zminimalizowania zużycia opon i utraty mocy. Popularność wyścigów samochodów zasilanych energią słoneczną doprowadziła do tego, że niektórzy producenci opon zaprojektowali opony do pojazdów zasilanych energią słoneczną. Zwiększyło to ogólne bezpieczeństwo i wydajność.

Wszystkie najlepsze zespoły używają teraz silników kołowych , eliminując napędy pasowe lub łańcuchowe.

Testy są niezbędne do wykazania niezawodności pojazdu przed wyścigiem. Łatwo jest wydać sto tysięcy dolarów, aby zyskać dwugodzinną przewagę i równie łatwo stracić dwie godziny z powodu problemów z niezawodnością.

Panele słoneczne

Panel słoneczny składa się z setek (lub tysięcy) fotowoltaicznych ogniw słonecznych przekształcających światło słoneczne w energię elektryczną. Samochody mogą korzystać z różnych technologii ogniw słonecznych; najczęściej krzem polikrystaliczny, krzem monokrystaliczny lub arsenek galu. Ogniwa są połączone ze sobą w ciągi, podczas gdy ciągi są często połączone ze sobą, tworząc panel. Panele zwykle mają napięcia zbliżone do nominalnego napięcia akumulatora. Głównym celem jest uzyskanie jak największej powierzchni komórki na jak najmniejszej przestrzeni. Projektanci hermetyzują ogniwa, aby chronić je przed warunkami atmosferycznymi i stłuczeniem.

Projektowanie tablicy słonecznej to coś więcej niż łączenie ze sobą kilku ogniw. Panel słoneczny działa jak wiele bardzo małych baterii połączonych szeregowo. Całkowite wytworzone napięcie jest sumą wszystkich napięć ogniw. Problem polega na tym, że jeśli pojedyncza komórka znajduje się w cieniu, zachowuje się jak dioda , blokując prąd dla całego ciągu komórek. Aby temu przeciwdziałać, projektanci macierzy stosują diody obejściowe równolegle z mniejszymi segmentami ciągu komórek, umożliwiając przepływ prądu wokół niedziałających komórek. Inną kwestią jest to, że sama bateria może wymuszać przepływ prądu wstecz przez tablicę, chyba że na końcu każdego panelu znajdują się diody blokujące.

Moc wytwarzana przez panel słoneczny zależy od warunków pogodowych, pozycji słońca i pojemności panelu. W południe w jasny dzień dobry układ może wyprodukować ponad 2 kilowaty (2,6 KM). 6M 2 Tablica 20% komórek będzie wytwarzał około 6 kWh (22 kJ) energii podczas typowego dnia na WSC.

W niektórych samochodach zastosowano wolnostojące lub zintegrowane żagle do wykorzystania energii wiatru. Wyścigi, w tym MŚ i ASC , traktują energię wiatru jako energię słoneczną, więc ich przepisy wyścigowe pozwalają na taką praktykę.

Aerodynamika

Opór aerodynamiczny jest głównym źródłem strat w słonecznym samochodzie wyścigowym. Aerodynamiczne przeciąganie pojazdu jest iloczynem powierzchni czołowej i jej C D . Dla większości samochodów słonecznych powierzchnia czołowa jest 0,75 do 1,3 m 2 . Chociaż C d tak niskie, jak 0,10 donoszono, 0,13 jest bardziej typowe. Wymaga to dużej dbałości o szczegóły.

Masa

Ważnym czynnikiem jest również masa pojazdu. Lekki pojazd generuje mniejsze opory toczenia i będzie potrzebował mniejszych, lżejszych hamulców i innych elementów zawieszenia . To koło pozytywnego rozwoju przy projektowaniu lekkich pojazdów.

Opory toczenia

Opory toczenia można zminimalizować, używając odpowiednich opon, napompowanych do odpowiedniego ciśnienia, prawidłowo wyosiowanych i minimalizując masę pojazdu.

Równanie wydajności

Konstrukcja samochodu solarnego jest regulowana następującym równaniem pracy:

które można z pożytkiem uprościć do równania wydajności

dla wyścigów długodystansowych i wartości widoczne w praktyce.

Krótko mówiąc, lewa strona reprezentuje energię włożoną do samochodu (akumulatory i energię słoneczną), a prawa strona to energia potrzebna do prowadzenia samochodu na trasie wyścigu (pokonywanie oporów toczenia, oporu aerodynamicznego, wjeżdżanie pod górę i przyspieszanie). ). Wszystko w tym równaniu można oszacować z wyjątkiem v . Parametry obejmują:

Symulacja komputerowa konstrukcji nadwozia samochodu solarnego.
Symbol Opis Ford Polska Zorza polarna Zorza polarna Zorza polarna
Rok 1987 1993 1999 2007
η Sprawność silnika, sterownika i układu napędowego (dziesiętnie) 0,82 0,80 0,97 0,97
η b Wydajność baterii w watogodzinach (dziesiętnie) 0,82 0,92 0,82 1,00 (Lipoli)
mi Energia dostępna w bateriach (dżule) 1.2e7 1.8e7 1.8e7 1.8e7
P Szacowana średnia moc z tablicy (1) (w watach) 918 902 1050 972
x Dystans trasy wyścigu (w metrach) 3e6 3.007e6 3.007e6 3.007e6
W Masa pojazdu wraz z ładownością (w niutonach) 2690 2950 3000 2400
C rr 1 Pierwszy współczynnik oporu toczenia (bezwymiarowy) 0,0060 0,0050 0,0027 0,0027
C rr 2 Drugi współczynnik oporu toczenia (niutonosekundy na metr) 0 0 0 0
n Liczba kół w pojeździe (liczba całkowita) 4 3 3 3
ρ Gęstość powietrza (kilogramy na metr sześcienny) 1,22 1,22 1,22 1,22
C d Współczynnik oporu (bezwymiarowy) 0,26 0,133 0,10 0,10
A Powierzchnia czołowa (metry kwadratowe) 0,70 0,75 0,75 0,76
h Całkowita wysokość, na jaką będzie się wspinać pojazd (w metrach) 0 0 0 0
N a Ile razy pojazd przyspieszy w dniu wyścigu (liczba całkowita) 4 4 4 4
g Przyspieszenie lokalne ze względu na zmienną grawitacyjną (metry na sekundę do kwadratu) 9.81 9.81 9.81 9.81
v Obliczona średnia prędkość na trasie (w metrach na sekundę) 16,8 20,3 27,2 27,1
Obliczona średnia prędkość w km/h 60,5 73,1 97,9 97,6
Rzeczywista prędkość wyścigu km/h 44,8 70,1 73 85

Uwaga 1 W przypadku WSC średnia moc panelu może być aproksymowana jako (7/9)×moc nominalna.

Rozwiązanie długiej postaci równania dla prędkości daje duże równanie (około 100 wyrazów). Wykorzystując równanie mocy jako arbitra, projektanci pojazdów mogą porównywać różne konstrukcje samochodów i oceniać porównawcze osiągi na danej trasie. W połączeniu z CAE i modelowaniem systemów, równanie mocy może być użytecznym narzędziem w projektowaniu samochodów na energię słoneczną.

Uwagi dotyczące trasy wyścigu

Kierunkowa orientacja trasy wyścigu samochodów słonecznych wpływa na pozorną pozycję słońca na niebie podczas dnia wyścigu, co z kolei wpływa na wkład energii do pojazdu.

  • Na przykład w przypadku trasy wyścigu z południa na północ słońce wschodziłoby nad prawym ramieniem kierowcy i kończyło się nad lewym (ze względu na pozorny ruch słońca ze wschodu na zachód).
  • W ustawieniu trasy wyścigu wschód-zachód słońce wschodziłoby za pojazdem i wydawało się, że porusza się w kierunku ruchu pojazdu, zachodząc z przodu samochodu.
  • Trasa hybrydowa obejmuje łącznie znaczne odcinki tras południe-północ i wschód-zachód.

Jest to ważne dla projektantów, którzy starają się zmaksymalizować wkład energii do panelu ogniw słonecznych (często nazywanego „macierzą” ogniw) poprzez zaprojektowanie matrycy tak, aby była skierowana bezpośrednio w stronę słońca tak długo, jak to możliwe podczas dnia wyścigu. W ten sposób projektant samochodu wyścigowego z południa-północ może zwiększyć całkowity wkład energii samochodu, używając ogniw słonecznych po bokach pojazdu, gdzie pada na nie słońce (lub tworząc wypukły układ współosiowy z ruchem pojazdu). W przeciwieństwie do tego, wyrównanie wyścigu wschód-zachód może zmniejszyć korzyści wynikające z posiadania komórek z boku pojazdu, a tym samym może zachęcać do projektowania płaskiej matrycy.

Ponieważ samochody zasilane energią słoneczną są często budowane specjalnie, a matryce zwykle nie poruszają się w stosunku do reszty pojazdu (z godnymi uwagi wyjątkami), ten kompromis między płaskimi i wypukłymi panelami, oparty na trasie wyścigowej, jest jednym z najbardziej znaczących decyzje, które musi podjąć projektant samochodów na energię słoneczną.

Na przykład wyścigi Sunrayce USA w 1990 i 1993 roku wygrały pojazdy ze znacznie wypukłymi szykami, odpowiadającymi trasom wyścigu południe-północ; Jednak do 1997 r. większość samochodów biorących udział w tym wydarzeniu miała płaskie tablice, aby dopasować się do zmiany trasy na wschód-zachód.

Strategia wyścigu

Zużycie energii

Optymalizacja zużycia energii ma pierwszorzędne znaczenie w wyścigu samochodów wykorzystujących energię słoneczną. Dlatego warto mieć możliwość ciągłego monitorowania i optymalizacji parametrów energetycznych pojazdu. Biorąc pod uwagę zmienne warunki, większość zespołów ma programy optymalizacji prędkości wyścigu, które stale aktualizują zespół, jak szybko powinien poruszać się pojazd. Niektóre zespoły wykorzystują telemetrię, która przekazuje dane o osiągach pojazdu do następnego pojazdu pomocniczego, co może zapewnić kierowcy pojazdu optymalną strategię.

Wysokość (w metrach) trasy wyścigu, która przecinała Góry Skaliste, z Illinois do Kalifornii.

Trasa wyścigu

Sama trasa wyścigu będzie miała wpływ na strategię, ponieważ widoczna pozycja słońca na niebie będzie się różnić w zależności od różnych czynników, które są specyficzne dla orientacji pojazdu (patrz „Uwagi dotyczące trasy wyścigu” powyżej).

Ponadto zmiany wysokości na trasie wyścigu mogą radykalnie zmienić ilość energii potrzebnej do pokonania trasy. Na przykład trasa North American Solar Challenge z lat 2001 i 2003 przecinała Góry Skaliste (patrz wykres po prawej).

Prognoza pogody

Odnoszący sukcesy zespół wyścigowy samochodów słonecznych będzie musiał mieć dostęp do wiarygodnych prognoz pogody, aby przewidzieć pobór mocy do pojazdu ze słońca podczas każdego dnia wyścigu.

Zmierzona moc matrycy dla Christine z Aurory podczas MŚ 2008.

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki