Нуна 3 является солнечным автомобилем , разработанного Nuon Solar Team формой Делфта технологического университета в 2004-2005 год на 2005 World Solar Challenge .
Он пришел на смену Nuna2 , солнечной машине, которая одержала вторую подряд победу для этой солнечной команды, выиграв World Solar Challenge в третий раз подряд.
Nuna 3 был одним из фаворитов World Solar Challenge 2005 года с максимальной скоростью 130 км / ч перед гонкой. В итоге 3021 километр между Дарвином и Аделаидой был преодолен за рекордные 29 часов 11 минут, в среднем около 103 км / ч.
Он имеет очень эффективные солнечные элементы того типа, который обычно используется для питания орбитальных спутников [1] (как и предыдущие Nunas), он имеет лучшую аэродинамику и легче своих предшественников. [ необходима цитата ]
Он был спроектирован и построен 11 студентами различных специальностей Делфтского технологического университета, которые из-за этого частично приостановили учебу. Они использовали высокотехнологичные лаборатории и мастерские университета, и, как и в случае с Nuna 2, они получили совет [ необходима цитата ] от Вуббо Окелса , первого голландского астронавта и профессора университета.
Основные характеристики
Габаритные размеры | 5 х 1,8 х 0,8 м | (д x ш x в) |
Масса | <200 кг | |
Коэффициент трения воздуха | 0,07 | это значение составляет от 0,25 до 0,35 для современных автомобилей. |
КПД солнечных батарей | 27% | это очень высокий КПД; для сравнения, самые эффективные солнечные элементы, созданные в лабораторных условиях, были всего на 14% эффективнее этого. [2] Материал, использованный для изготовления этих ячеек, представлял собой соединение, содержащее арсенид галлия . КПД большинства панелей составляет 15%. |
Эффективная площадь солнечных элементов | > 8 м ^ 2 | включая солнечные элементы, прикрепленные к бокам автомобиля |
КПД двигателя | > 97% | для сравнения: средний электродвигатель имеет КПД 85% |
Емкость батареи | 5 кВтч | для сравнения: обычный автомобильный аккумулятор на 24 кг имеет емкость 80 Ач, что составляет 1 кВтч. |
Вес батареи | 30 кг |
Критерий дизайна
Чтобы иметь хорошие шансы на победу, машина должна:
- собрать как можно больше солнечной энергии
- используйте как можно меньше энергии для движения с определенной скоростью. Это означает особое внимание к:
- эффективность передачи электроэнергии на колеса, и
- минимизация трения, состоящая из:
- трение воздуха (сопротивление воздуха) и
- трение качения , на которое, в свою очередь, влияет, помимо прочего, вес
Солнечные батареи
Солнечные элементы изготовлены из арсенида галлия (GaAs) и состоят из трех слоев. Солнечный свет, проникающий через верхний слой, используется в нижних слоях, в результате чего эффективность превышает 26%. Этот тип солнечных элементов является одним из лучших на сегодняшний день. Помимо эффективности, важен и размер, поэтому вся верхняя поверхность Nuna 3 покрыта ими, за исключением кабины.
Эффективность оптимальна, когда солнечные лучи попадают на элементы перпендикулярно. В противном случае выходной сигнал уменьшается примерно на косинус угла с перпендикуляром. Поскольку гонка 2005 года проводилась в сентябре (в отличие от октября или ноября в предыдущие годы), солнце стояло ниже (весной раньше). Чтобы компенсировать это, по бокам было размещено как можно больше ячеек, в первую очередь на колпаках колес.
Солнечный элемент дает определенное количество тока для определенного количества солнечного света. Напряжение зависит от нагрузки (точнее сопротивление нагрузки). Мощность является произведением напряжения и тока , и , следовательно , также зависит от нагрузки. При превышении определенного напряжения ток солнечного элемента быстро падает до нуля, как показано на графике.
Однако батареи имеют довольно постоянное напряжение, которое также имеет несколько иное значение, чем у солнечных элементов. Таким образом, необходимо преобразование напряжения. Специальный тип преобразователя постоянного тока используется для обеспечения того, чтобы сопротивление нагрузки, представленное солнечным элементам, было таким, чтобы солнечные элементы давали максимальную мощность, что также отображается в верхней части зеленой линии на графике. Это называется трекером максимальной мощности (MPPT). Здесь также цель состоит в том, чтобы это преобразование достигло максимальной эффективности (> 97%).
Аэродинамический дизайн
Аэродинамическое сопротивление является важной частью общего сопротивления. Важны фронтальная поверхность и обтекаемость. Любое отклонение от идеальной линии тока вызовет турбулентность , которая требует затрат энергии. Идеальная обтекаемость достигается на разных этапах:
- С помощью компьютерного моделирования дизайна
- Путем тестирования масштабной модели в аэродинамической трубе . Например, можно нанести жидкие краски, чтобы увидеть поток воздуха над поверхностью. Фотография сделана во время одного из таких испытаний в лаборатории низких скоростей Делфтского технического университета.
- Путем испытаний полномасштабного автомобиля в аэродинамической трубе. Для этого будет использована немецко-голландская аэродинамическая труба в Эммелорде .
По метеорологическим данным из района, где должны проводиться соревнования, можно сделать вывод о вероятности сильного бокового ветра. Колпаки колес Nuna 3 спроектированы таким образом, чтобы боковой ветер имел толкающий эффект.
Мотор
Электромотор полностью заключенная в заднем колесе , чтобы свести к минимуму потери за счет механической передачи от двигателя к колесу (например , как в обычном автомобиле в коробке передач и кардан). Двигатель является улучшенной версией оригинального двигателя Spirit of Biel III 1993 года, разработанного Инженерной школой Биля , Швейцария (сейчас: Berner Fachhochschule Technik und Informatik) . Улучшения обусловлены полностью переработанной цифровой силовой электроникой и системой управления, реализованной в 1999 году. Они позволили увеличить мощность на 50% (более 2400 Вт) и увеличить крутящий момент на 45% по сравнению с Spirit of Biel II 1993 года . Эффективность всей системы привода (включая потери в силовой электронике) также улучшилась и теперь составляет более 98%. Но, как показывает график, это несколько зависит от скорости и увеличивается со скоростью. Первоначально конструкция была рассчитана на достижение максимальной производительности при нормальной крейсерской скорости солнечного автомобиля около 100 км / ч.
Тест-драйв
Во время одного из тест-драйвов в Нидерландах Nuna 3 развила скорость 130 км / ч. В первый день гонки машина развила максимальную скорость 140 км / ч. Для сравнения: Sunraycer (первый победитель гонки Solar Challenge) в 1987 году развил максимальную скорость 109 км / ч.
Важные противники
Победитель North American Solar Challenge от Мичиганского университета (США) считался одним из главных соперников. Другими важными участниками были Массачусетский технологический институт (также США) и команда японского Университета Ашия . В 2005 году были также два других европейских участника, голландская команда Raedthuys Solar из Университета Твенте и бельгийская команда Umicore Solar из Лёвена .
2005 гоночный монитор
- 5 августа 2005 года: команда прибывает в Аделаиду .
- 2 сентября 2005 г .: Выдается разрешение на дорогу.
- 16 сентября 2005 г .: Во время тест-драйва Nuna 3 тянется по неровной дороге рядом с дорогой. Причиной оказалась неисправная подвеска колес. Ущерб был ограничен и устранен через несколько дней.
- 22 сентября 2005: Nuna 3 одобрена организацией.
- 24 сентября 2005: Nuna 3 претендует на 8-ю стартовую позицию, что лучше, чем у предыдущих двух моделей.
- 25 сентября 2005 г .: Nuna 3 преодолела 827 км, удерживая первое место, опередив команду Мичигана, занявшую второе место, примерно на полчаса.
- 26 сентября 2005 г .: Во второй день Nuna 3 преодолела 835 км со средней скоростью 105 км / ч, что является новым однодневным рекордом World Solar Challenge. Команда Мичигана теперь отстает на 132 км.
- 27 сентября 2005: Nuna 3 преодолела 858 км, побив вчерашний рекорд. Они увеличили свое преимущество до двух часов. Осталось 500 км.
- 28 сентября 2005: Нуна 3 прибыла первой машиной в Аделаиду, тем самым сделав хет-трик . Общая средняя скорость 103 км / ч на 3 010 км означает улучшение на 6 км / ч по сравнению с рекордом 2003 года.
Эта средняя скорость, которая может привести к максимальной скорости 140 км / ч на спуске, что значительно превышает ограничения скорости на австралийском шоссе, привела к изменениям правил будущих гонок.
Рекомендации
- ^ Gaddy, EM (1996). «Экономические характеристики многопереходных солнечных элементов из арсенида галлия и кремния на космических кораблях» . Запись конференции Двадцать пятой конференции специалистов по фотоэлектрической технике IEEE - 1996 . С. 293–296. DOI : 10,1109 / PVSC.1996.564003 . ISBN 0-7803-3166-4.
- ^ Spectrolab - Часто задаваемые вопросы, заархивированные 18 марта 2009 г. на Wayback Machine
Внешние ссылки
- www.nuonsolarteam.com
- [1]