Solarautorennen - Solar car racing

Solarautorennen bezieht sich auf wettbewerbsfähige Rennen von Elektrofahrzeugen , die durch angetrieben werden Solarenergie aus Solarzellen auf der Oberfläche des Autos (erhalten Solarautos ). Das erste Solarautorennen war die Tour de Sol im Jahr 1985, die zu mehreren ähnlichen Rennen in Europa, den USA und Australien führte. Universitäten stellen sich häufig solchen Herausforderungen, um die technischen und technologischen Fähigkeiten ihrer Studenten zu entwickeln, aber viele Wirtschaftsunternehmen haben in der Vergangenheit an Wettbewerben teilgenommen. Eine kleine Anzahl von High-School-Teams nimmt an Solarautorennen teil, die ausschließlich für High-School-Schüler konzipiert sind.

Distanzrennen

Die beiden bemerkenswertesten Solarauto-Distanzrennen (Überland) sind die World Solar Challenge und die American Solar Challenge . Sie werden von einer Vielzahl von Universitäts- und Unternehmensteams bestritten. Firmenteams nehmen an den Rennen teil, um ihren Designteams Erfahrung in der Arbeit mit alternativen Energiequellen und fortschrittlichen Materialien zu vermitteln. Universitätsteams nehmen teil, um ihren Studenten Erfahrung im Design von Hightech-Autos und der Arbeit mit Umwelt- und fortschrittlicher Materialtechnologie zu vermitteln. Diese Rennen werden oft von Regierungs- oder Bildungsbehörden und Unternehmen wie Toyota gesponsert, die erneuerbare Energiequellen fördern möchten.

Unterstützung

Die Autos benötigen intensive Betreuungsteams, die in ihrer Größe professionellen Rennsportteams ähnlich sind. Dies ist insbesondere bei der World Solar Challenge der Fall, bei der Teile des Rennens durch sehr abgelegenes Land führen. Das Solarauto wird von einer kleinen Karawane von Begleitfahrzeugen begleitet. Bei einem Langstreckenrennen wird jedem Solarauto ein Führungsauto vorausfahren, das Probleme oder Hindernisse vor dem Rennauto erkennen kann. Hinter dem Solarauto befindet sich ein Missionskontrollfahrzeug, von dem aus das Renntempo kontrolliert wird. Hier werden taktische Entscheidungen auf Basis von Informationen aus dem Solarauto und Umweltinformationen über Wetter und Gelände getroffen. Hinter der Missionskontrolle können ein oder mehrere andere Fahrzeuge stehen, die Ersatzfahrer und Wartungsunterstützung sowie Vorräte und Campingausrüstung für das gesamte Team transportieren.

Weltsolar-Challenge

Dieses Rennen besteht aus einem Teilnehmerfeld aus der ganzen Welt, das den australischen Kontinent durchquert . Das 30. Jubiläumsrennen der World Solar Challenge fand im Oktober 2017 statt. Im Juni 2006 wurden für dieses Rennen wichtige Reglementänderungen zur Erhöhung der Sicherheit veröffentlicht, um eine neue Generation von Solarautos zu bauen, die mit geringen Modifikationen die Grundlage für einen praktischen Vorschlag für nachhaltigen Verkehr und beabsichtigte, Autos im Hauptereignis zu verlangsamen, die in den Vorjahren die Geschwindigkeitsbegrenzung (110 km/h) leicht überschreiten konnten.

Im Jahr 2013 stellten die Organisatoren der Veranstaltung die Cruiser-Klasse bei der World Solar Challenge vor, um die Teilnehmer zu ermutigen, ein "praktisches" solarbetriebenes Fahrzeug zu entwickeln. Dieses Rennen erfordert, dass Fahrzeuge über vier Räder und aufrecht sitzende Passagiere verfügen und wird nach einer Reihe von Faktoren wie Zeit, Nutzlast, Passagierkilometern und externem Energieverbrauch bewertet. Das niederländische Solar-Rennteam der TU Eindhoven war mit seinem Fahrzeug Stella der erste Sieger der Cruiser-Klasse .

Amerikanische Solar-Challenge

Bei der American Solar Challenge, früher bekannt als „North American Solar Challenge“ und „Sunrayce“, treten überwiegend College-Teams in zeitlich festgelegten Abständen in den USA und Kanada an. Das jährliche Formel-Sun-Grand-Prix- Streckenrennen dient als Qualifikation für den ASC.

Die American Solar Challenge wurde teilweise von mehreren kleinen Sponsoren gesponsert. Allerdings wurde die Finanzierung gegen Ende 2005 gekürzt und die NASC 2007 wurde abgesagt. Die nordamerikanische Solarrennsport-Community arbeitete an einer Lösung und holte Toyota als Hauptsponsor für ein Rennen im Jahr 2008. Toyota hat das Sponsoring inzwischen eingestellt. Die letzte North American Solar Challenge wurde 2016 von Brecksville, OH nach Hot Springs, SD durchgeführt. Das Rennen wurde von der University of Michigan gewonnen . Michigan hat das Rennen die letzten 6 Mal gewonnen, das es ausgetragen hat.

Die Dell-Winston School Solar Car Challenge

Die Dell-Winston School Solar Car Challenge ist ein jährliches solarbetriebenes Autorennen für Schüler der Oberstufe. Die Veranstaltung zieht Teams aus der ganzen Welt an, hauptsächlich jedoch von amerikanischen High Schools. Das Rennen wurde erstmals 1995 ausgetragen. Jede Veranstaltung ist das Endprodukt eines zweijährigen Ausbildungszyklus, der vom Winston Solar Car Team ins Leben gerufen wurde. In ungeraden Jahren ist das Rennen ein Straßenkurs, der am Dell Diamond in Round Rock, Texas, beginnt. Das Ende des Kurses variiert von Jahr zu Jahr. In geraden Jahren ist das Rennen ein Bahnrennen um den Texas Motor Speedway. Dell hat die Veranstaltung seit 2002 gesponsert.[1]

Südafrikanische Solar-Challenge

Die South African Solar Challenge ist ein alle zwei Jahre stattfindendes, zweiwöchiges solarbetriebenes Autorennen durch ganz Südafrika. Die erste Challenge im Jahr 2008 hat bewiesen, dass diese Veranstaltung das Interesse der Öffentlichkeit wecken kann und die nötige internationale Rückendeckung durch die FIA ​​hat. Ende September starten alle Teilnehmer in Pretoria und machen sich auf den Weg nach Kapstadt, fahren dann entlang der Küste nach Durban, bevor sie 11 Tage später die Böschung auf dem Weg zurück zum Ziel in Pretoria erklimmen. Die Veranstaltung wurde (sowohl 2008 als auch 2010) von der International Solarcar Federation (ISF), der Fédération Internationale de l'Automobile (FIA) und dem World Wildlife Fund (WWF) unterstützt und ist damit das erste Solar Race, das von diesen drei Organisationen unterstützt wurde. Das letzte Rennen fand 2016 statt. Sasol bestätigte seine Unterstützung der South Africa Solar Challenge, indem sie die Namensrechte an der Veranstaltung übernahm, sodass die Veranstaltung für die Dauer ihres Sponsorings als Sasol Solar Challenge, Südafrika bekannt war.

Carrera Solar Atacama

Das Carrera Solar Atacama ist das erste solarbetriebene Autorennen seiner Art in Lateinamerika; Das Rennen umfasst 2.600 km (1.600 Meilen) von Santiago nach Arica im Norden Chiles. Der Gründer des Rennens, La Ruta Solar, behauptet, es sei das extremste der Fahrzeugrennen aufgrund der hohen Sonneneinstrahlung von bis zu 8,5 kWh/m 2 /Tag, die bei der Durchquerung der Atacama-Wüste angetroffen wird, sowie der Herausforderungen der teilnehmenden Teams 3.500 m (11.500 ft) über dem Meeresspiegel zu steigen. Nach dem Rennen 2018 organisierte La Ruta Solar seine nächste Ausgabe für 2020, die jedoch nie zustande kam. Ende 2019 kämpfte die Organisation mit der Finanzierung und beschloss, das Rennen abzusagen. Einige Monate später meldeten sie Konkurs an.

Andere Rassen

Solar-Drag-Rennen

Solar Drag Races sind eine andere Form des Solarrennens. Im Gegensatz zu Langstrecken-Solarrennen verwenden Solar-Dragster keine Batterien oder vorgeladenen Energiespeicher . Racer treten auf einer geraden Viertelkilometer-Distanz Kopf-an-Kopf-Rennen gegeneinander an. Derzeit findet jedes Jahr am Samstag, der der Sommersonnenwende am nächsten ist, in Wenatchee, Washington, USA, ein Solar Drag Race statt. Der Weltrekord für diese Veranstaltung liegt bei 29,5 Sekunden, die vom Team der South Whidbey High School am 23. Juni 2007 aufgestellt wurde.

Modell- und lehrreiche Sonnenrennen

Solare Fahrzeugtechnik ist im kleinen Maßstab einsetzbar und damit ideal für Bildungszwecke im MINT- Bereich. Einige Veranstaltungen sind:

Model Solar Vehicle Challenge Victoria

Die Victorian Model Solar Vehicle Challenge ist ein Ingenieurwettbewerb, der von Schülern in ganz Victoria von der 1. bis 12. Klasse durchgeführt wird. Die Schüler entwerfen und bauen ihr eigenes Fahrzeug, sei es ein Auto oder ein Boot. Diese Veranstaltung findet derzeit jedes Jahr im Oktober bei ScienceWorks ( Melbourne ) statt. Die erste Veranstaltung fand 1986 statt. Ziel der Challenge ist es, den Studierenden die Arbeit im MINT-Bereich näher zu bringen und zu verstehen, was mit erneuerbaren Technologien erreicht werden kann .

Junior Solar Sprint

Junior Solar Sprint wurde in den 1980er Jahren vom National Renewable Energy Laboratory (NREL) gegründet, um jüngeren Kindern die Bedeutung und die Herausforderungen der Nutzung erneuerbarer Energien zu vermitteln . Das Projekt lehrt die Studenten auch, wie der Engineering-Prozess angewendet wird und wie Sonnenkollektoren , Getriebe und Aerodynamik in der Praxis eingesetzt werden können.

Geschwindigkeitsrekorde

Fédération Internationale de l'Automobile (FIA)

Die FIA erkennt einen Landgeschwindigkeitsrekord für Fahrzeuge an, die nur mit Sonnenkollektoren betrieben werden. Den aktuellen Rekord stellte das Solar Team Twente der Universität Twente mit seinem Auto SolUTra auf. Der Rekord von 37,757 km/h wurde 2005 aufgestellt. Der Rekord wird über einen fliegenden 1000m-Lauf geführt und ist die Durchschnittsgeschwindigkeit von 2 Läufen in entgegengesetzter Richtung.

Im Juli 2014 brach eine Gruppe australischer Studenten des Solar-Rennteams UNSW Sunswift an der University of New South Wales mit ihrem Solarauto einen Weltrekord für das schnellste Elektroauto mit einem Gewicht von weniger als 500 Kilogramm und einer Kapazität von 500 Kilometer (310 Meilen) mit einer einzigen Akkuladung zurücklegen. Dieser besondere Rekord wurde von der Confederation of Australian Motorsport im Auftrag der FIA überwacht und gilt nicht ausschließlich für solarbetriebene Autos, sondern für jedes Elektroauto, und so wurden während des Versuchs die Sonnenkollektoren von den elektrischen Systemen getrennt. Der bisherige Rekord von 73 Stundenkilometern - der 1988 aufgestellt worden war - wurde vom Team mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 107 Stundenkilometern (66 mph) über die 500 Kilometer (310 Meilen) Distanz gebrochen.

Guinness Welt Rekord

Sunswift IV und Kontrollfahrzeug bei Geschwindigkeitsrekordversuchen bei HMAS Albatross .

Guinness World Records erkennt einen Landgeschwindigkeitsrekord für Fahrzeuge an, die nur mit Sonnenkollektoren betrieben werden. Diesen Rekord hält derzeit die University of New South Wales mit dem Auto Sunswift IV . Die 25-Kilogramm-Batterie wurde entfernt, sodass das Fahrzeug nur von seinen Sonnenkollektoren angetrieben wurde. Der Rekord von 88,8 Kilometern pro Stunde (55,2 mph) wurde am 7. Januar 2011 auf dem Marinefliegerstützpunkt HMAS  Albatross in Nowra aufgestellt und brach damit den zuvor vom General Motors- Auto Sunraycer gehaltenen Rekord von 78,3 Kilometern pro Stunde (48,7 mph). Der Rekord findet über eine Flugstrecke von 500 Metern statt und ist der Durchschnitt von zwei Läufen in entgegengesetzte Richtungen.

Verschiedene Aufzeichnungen

Australischer Transkontinental-Geschwindigkeitsrekord (Perth nach Sydney)

Der transkontinentale Rekord von Perth nach Sydney hat im Solar Car Racing eine gewisse Anziehungskraft ausgeübt. Hans Tholstrup (der Gründer der World Solar Challenge) absolvierte diese Reise erstmals 1983 in The Quiet Achiever in weniger als 20 Tagen. Dieses Fahrzeug befindet sich in der Sammlung des National Museum of Australia in Canberra .

Der Rekord wurde von Dick Smith und der Aurora Solar Vehicle Association im Aurora Q1 gebrochen

Der aktuelle Rekord wurde 2007 vom UNSW Solar Racing Team mit seinem Auto Sunswift III mk2 aufgestellt

Fahrzeugdesign

Solarautos kombinieren Technologien, die in der Luftfahrt- , Fahrrad- , alternativen Energie- und Automobilindustrie verwendet werden . Im Gegensatz zu den meisten Rennwagen werden Solarautos mit strengen Energiebeschränkungen konstruiert , die durch die Rennvorschriften auferlegt werden. Diese Regeln begrenzen die verbrauchte Energie auf nur die aus der Sonneneinstrahlung gesammelte Energie , wenn auch ab einem vollständig aufgeladenen Akku. Einige Fahrzeugklassen erlauben auch die Eingabe von menschlicher Kraft. Daher ist die Optimierung des Designs unter Berücksichtigung von Luftwiderstand, Fahrzeuggewicht, Rollwiderstand und elektrischem Wirkungsgrad von größter Bedeutung.

Ein übliches Design für heutige erfolgreiche Fahrzeuge ist eine kleine Haube in der Mitte einer geschwungenen flügelartigen Anordnung, die vollständig mit Zellen bedeckt ist, mit 3 Rädern. Zuvor war der Kakerlakenstil mit einer glatten Nasenverkleidung in der Verkleidung erfolgreicher. Bei niedrigeren Geschwindigkeiten mit weniger leistungsstarken Arrays sind andere Konfigurationen realisierbar und einfacher zu konstruieren, z.

Rennfahrzeuge steuern bei der North American Solar Challenge 2005 auf die Ziellinie zu.

Elektrisches System

Das elektrische System steuert den gesamten Strom, der in das System ein- und austritt. Das Batteriepaket speichert überschüssige Sonnenenergie, die bei stehendem Fahrzeug, bei langsamer Fahrt oder bei Bergabfahrt erzeugt wird. Solarautos verwenden eine Reihe von Batterien, darunter Blei-Säure-Batterien , Nickel-Metallhydrid-Batterien ( NiMH ), Nickel-Cadmium-Batterien ( NiCd ), Lithium-Ionen-Batterien und Lithium-Polymer-Batterien .

Leistungselektronik kann verwendet werden, um das elektrische System zu optimieren. Der Maximum Power Tracker passt den Arbeitspunkt der Solaranlage auf die Spannung an, die unter den gegebenen Bedingungen, zB Temperatur, die meiste Leistung liefert. Der Batteriemanager schützt die Batterien vor Überladung. Der Motorcontroller steuert die gewünschte Motorleistung. Viele Regler erlauben regeneratives Bremsen, dh beim Verzögern wird Strom in die Batterie zurückgespeist.

Einige Solarautos verfügen über komplexe Datenerfassungssysteme, die das gesamte elektrische System überwachen, während einfache Autos Batteriespannung und Motorstrom anzeigen. Um die verfügbare Reichweite bei unterschiedlicher Solarproduktion und Fahrverbrauch zu beurteilen, multipliziert ein Amperestundenzähler Batteriestrom und -rate und liefert so die jeweils verbleibende Fahrzeugreichweite unter den gegebenen Bedingungen.

Es wurde eine Vielzahl von Motortypen verwendet. Die effizientesten Motoren übertreffen einen Wirkungsgrad von 98%. Dies sind bürstenlose Dreiphasen-Gleichstrom-, elektronisch kommutierte Radmotoren mit einer Halbach-Array- Konfiguration für die Neodym-Eisen-Bor-Magneten und Litzendraht für die Wicklungen. Günstigere Alternativen sind asynchrone AC- oder bürstenbehaftete DC-Motoren.

Ein Testchassis auf dem Ford Proving Grounds im Jahr 1992.

Mechanische Systeme

Die mechanischen Systeme sind darauf ausgelegt, Reibung und Gewicht auf ein Minimum zu reduzieren und gleichzeitig Festigkeit und Steifigkeit beizubehalten. Designer verwenden normalerweise Aluminium, Titan und Verbundwerkstoffe, um eine Struktur bereitzustellen, die die Festigkeits- und Steifigkeitsanforderungen erfüllt, während sie relativ leicht ist. Stahl wird für einige Aufhängungsteile vieler Autos verwendet.

Solarautos haben normalerweise drei Räder, aber manche haben vier. Dreiräder haben normalerweise zwei Vorderräder und ein Hinterrad: Die Vorderräder lenken und das Hinterrad folgt. Allradfahrzeuge werden wie normale Autos oder ähnlich wie dreirädrige Fahrzeuge mit den beiden Hinterrädern dicht beieinander aufgestellt.

Solarautos haben aufgrund unterschiedlicher Karosserien und Chassis eine breite Palette von Federungen . Die gebräuchlichste Vorderradaufhängung ist die Doppelquerlenkeraufhängung . Die Hinterradaufhängung ist oft eine Längslenkeraufhängung, wie sie bei Motorrädern zu finden ist.

Solarautos müssen strenge Bremsstandards erfüllen. Scheibenbremsen werden aufgrund ihrer guten Brems- und Einstellbarkeit am häufigsten verwendet. Sowohl mechanische als auch hydraulische Bremsen sind weit verbreitet. Die Bremsklötze oder Bremsbacken sind typischerweise so konstruiert, dass sie sich bei führenden Autos zurückziehen, um den Bremswiderstand zu minimieren.

Lenksysteme für Solarautos variieren ebenfalls. Die wichtigsten Designfaktoren für Lenksysteme sind Effizienz, Zuverlässigkeit und präzise Ausrichtung, um Reifenverschleiß und Leistungsverlust zu minimieren. Die Popularität des Solarautorennens hat dazu geführt, dass einige Reifenhersteller Reifen für Solarfahrzeuge entwickeln. Dies hat die allgemeine Sicherheit und Leistung erhöht.

Alle Spitzenteams verwenden jetzt Radmotoren , wodurch Riemen- oder Kettenantriebe entfallen.

Tests sind unerlässlich, um die Zuverlässigkeit des Fahrzeugs vor einem Rennen zu demonstrieren. Es ist leicht, hunderttausend Dollar auszugeben, um einen Vorteil von zwei Stunden zu erlangen, und ebenso leicht, zwei Stunden aufgrund von Zuverlässigkeitsproblemen zu verlieren.

Solaranlage

Die Solaranlage besteht aus Hunderten (oder Tausenden) von Photovoltaik- Solarzellen , die Sonnenlicht in Elektrizität umwandeln. Autos können eine Vielzahl von Solarzellentechnologien verwenden; am häufigsten polykristallines Silizium, monokristallines Silizium oder Galliumarsenid. Die Zellen werden zu Strängen zusammen verdrahtet, während Stränge oft zusammen verdrahtet werden, um ein Panel zu bilden. Panels haben normalerweise Spannungen nahe der Nennspannung der Batterie. Das Hauptziel besteht darin, auf möglichst kleinem Raum möglichst viel Zellfläche zu erhalten. Designer kapseln die Zellen ein, um sie vor Witterungseinflüssen und Bruch zu schützen.

Das Entwerfen einer Solaranlage ist mehr als nur das Aneinanderreihen einer Reihe von Zellen. Eine Solaranlage verhält sich wie viele sehr kleine Batterien, die alle in Reihe geschaltet sind. Die erzeugte Gesamtspannung ist die Summe aller Zellspannungen. Das Problem ist, dass wenn eine einzelne Zelle im Schatten liegt, sie wie eine Diode wirkt und den Strom für den gesamten Zellenstrang blockiert. Um dem entgegenzuwirken, verwenden Array-Designer Bypass-Dioden parallel zu kleineren Segmenten des Zellenstrangs, die Strom um die nicht funktionierende(n) Zelle(n) herum zulassen. Eine weitere Überlegung ist, dass die Batterie selbst Strom rückwärts durch das Array zwingen kann, es sei denn, am Ende jedes Panels befinden sich Sperrdioden.

Die von der Solaranlage erzeugte Leistung hängt von den Wetterbedingungen, dem Sonnenstand und der Kapazität der Anlage ab. Mittags an einem hellen Tag kann ein gutes Array über 2 Kilowatt (2,6 PS) produzieren. Ein 6 m 2 Array mit 20 % Zellen erzeugt an einem typischen Tag auf der WSC ungefähr 6 kW·h (22 kJ) Energie.

Einige Autos haben freistehende oder integrierte Segel verwendet , um Windenergie zu nutzen. Rennen, einschließlich der WSC und des ASC , betrachten Windenergie als Sonnenenergie, daher erlauben ihre Rennbestimmungen diese Praxis.

Aerodynamik

Der Luftwiderstand ist die Hauptverlustquelle eines Solarrennwagens. Der Luftwiderstand eines Fahrzeugs ist das Produkt aus der Frontfläche und seinem C d . Bei den meisten Solarautos beträgt die Frontfläche 0,75 bis 1,3 m 2 . Während C d von nur 0,10 berichtet wurde, ist 0,13 typischer. Dies erfordert viel Liebe zum Detail.

Masse

Auch die Masse des Fahrzeugs ist ein wesentlicher Faktor. Ein leichtes Fahrzeug erzeugt weniger Rollwiderstand und benötigt kleinere, leichtere Bremsen und andere Aufhängungskomponenten . Dies ist der positive Kreislauf bei der Konstruktion von Leichtbaufahrzeugen.

Rollwiderstand

Der Rollwiderstand kann minimiert werden, indem die richtigen Reifen verwendet, mit dem richtigen Druck aufgepumpt, korrekt ausgerichtet und das Gewicht des Fahrzeugs minimiert wird.

Leistungsgleichung

Für die Auslegung eines Solarautos gilt folgende Arbeitsgleichung:

die sich sinnvoll auf die Leistungsgleichung vereinfachen lässt

für Langstreckenrennen und Werte in der Praxis.

Kurz gesagt, die linke Seite stellt den Energieeintrag in das Auto dar (Batterien und Strom von der Sonne) und die rechte Seite ist die Energie, die benötigt wird, um das Auto entlang der Rennstrecke zu fahren (Überwindung von Rollwiderstand, Luftwiderstand, Bergauffahren und Beschleunigen ). Alles in dieser Gleichung außer v kann geschätzt werden . Zu den Parametern gehören:

Computersimulation eines solaren Karosseriedesigns.
Symbol Beschreibung Ford Australien Aurora Aurora Aurora
Jahr 1987 1993 1999 2007
η Wirkungsgrad von Motor, Steuerung und Antriebsstrang (dezimal) 0,82 0,80 0,97 0,97
η b Batterieeffizienz in Wattstunden (dezimal) 0,82 0,92 0,82 1,00 (LiPoly)
E In den Batterien verfügbare Energie (Joule) 1.2e7 1.8e7 1.8e7 1.8e7
P Geschätzte durchschnittliche Leistung des Arrays (1) (Watt) 918 902 1050 972
x Distanz der Rennstrecke (Meter) 3e6 3.007e6 3.007e6 3.007e6
W Fahrzeuggewicht inklusive Zuladung (Newton) 2690 2950 3000 2400
C rr 1 Erster Rollwiderstandskoeffizient (dimensional) 0,0060 0,0050 0,0027 0,0027
C rr 2 Zweiter Rollwiderstandskoeffizient (Newton-Sekunden pro Meter) 0 0 0 0
n Anzahl Räder am Fahrzeug (integer) 4 3 3 3
ρ Luftdichte (Kilogramm pro Kubikmeter) 1.22 1.22 1.22 1.22
C d Widerstandskoeffizient (dimensionslos) 0,26 0,133 0.10 0.10
EIN Stirnfläche (Quadratmeter) 0,70 0,75 0,75 0,76
h Gesamthöhe, die das Fahrzeug überwinden wird (Meter) 0 0 0 0
N a Anzahl der Beschleunigungen des Fahrzeugs an einem Renntag (integer) 4 4 4 4
g Lokale Beschleunigung aufgrund der Schwerkraftvariable (Meter pro Sekunde zum Quadrat) 9,81 9,81 9,81 9,81
v Berechnete Durchschnittsgeschwindigkeit über die Strecke (Meter pro Sekunde) 16.8 20,3 27,2 27,1
Berechnete Durchschnittsgeschwindigkeit in km/h 60,5 73,1 97,9 97,6
Tatsächliche Renngeschwindigkeit km/h 44.8 70,1 73 85

Hinweis 1 Für den WSC kann die durchschnittliche Panelleistung als (7/9) × Nennleistung angenähert werden.

Das Auflösen der Langform der Geschwindigkeitsgleichung führt zu einer großen Gleichung (ungefähr 100 Terme). Unter Verwendung der Leistungsgleichung als Arbiter können Fahrzeugdesigner verschiedene Fahrzeugdesigns vergleichen und die Vergleichsleistung über eine gegebene Route bewerten. In Kombination mit CAE und Systemmodellierung kann die Leistungsgleichung ein nützliches Werkzeug beim Design von Solarfahrzeugen sein.

Überlegungen zur Rennstrecke

Die Richtungsorientierung einer Solarauto-Rennstrecke beeinflusst den scheinbaren Sonnenstand am Himmel während eines Renntages, was wiederum den Energieeintrag in das Fahrzeug beeinflusst.

  • Bei einer Süd-Nord-Rennstreckenausrichtung würde die Sonne beispielsweise über der rechten Schulter des Fahrers aufgehen und über der linken enden (aufgrund der scheinbaren Ost-West-Bewegung der Sonne).
  • Bei einer Ost-West-Rennstreckenausrichtung würde die Sonne hinter dem Fahrzeug aufgehen und sich in Richtung der Bewegung des Fahrzeugs zu bewegen scheinen und vor dem Auto untergehen.
  • Eine hybride Trassenführung umfasst wesentliche Abschnitte von Süd-Nord- und Ost-West-Routen zusammen.

Dies ist wichtig für Designer, die versuchen, die Energiezufuhr zu einem Solarzellenpanel (oft als "Array" von Zellen bezeichnet) zu maximieren, indem das Array so konstruiert wird, dass es während des Renntages so lange wie möglich direkt auf die Sonne zeigt. So könnte ein Süd-Nord-Rennwagenkonstrukteur den Gesamtenergieeintrag des Autos erhöhen, indem er Solarzellen an den Seiten des Fahrzeugs verwendet, wo die Sonne auf sie trifft (oder indem er eine konvexe Anordnung koaxial zur Fahrzeugbewegung erzeugt). Im Gegensatz dazu könnte eine Ost-West-Rennausrichtung den Vorteil von Zellen an der Seite des Fahrzeugs verringern und somit die Gestaltung einer flachen Anordnung fördern.

Da Solarautos oft speziell angefertigt werden und sich die Arrays normalerweise nicht relativ zum Rest des Fahrzeugs bewegen (mit bemerkenswerten Ausnahmen), ist dieser rennstreckengesteuerte Kompromiss zwischen flachem und konvexem Design einer der wichtigsten Entscheidungen, die ein Solarauto-Designer treffen muss.

Zum Beispiel wurden die Sunrayce USA-Veranstaltungen 1990 und 1993 von Fahrzeugen mit deutlich konvexen Anordnungen gewonnen, die der Süd-Nord-Rennausrichtung entsprechen; 1997 hatten jedoch die meisten Autos in diesem Fall flache Anordnungen, um der Änderung zu einer Ost-West-Route gerecht zu werden.

Rennstrategie

Energieverbrauch

Die Optimierung des Energieverbrauchs ist bei einem Solarautorennen von größter Bedeutung. Daher ist es sinnvoll, die Energieparameter des Fahrzeugs kontinuierlich überwachen und optimieren zu können. Angesichts der variablen Bedingungen verfügen die meisten Teams über Programme zur Optimierung der Renngeschwindigkeit, die das Team kontinuierlich darüber informieren, wie schnell das Fahrzeug fahren sollte. Einige Teams verwenden Telemetrie , die Fahrzeugleistungsdaten an ein nachfolgendes Begleitfahrzeug weiterleitet, das dem Fahrer des Fahrzeugs eine optimale Strategie bieten kann.

Höhe (in Metern) einer Rennstrecke, die die Rocky Mountains von Illinois nach Kalifornien durchquert.

Rennstrecke

Die Rennstrecke selbst beeinflusst die Strategie, da der scheinbare Sonnenstand am Himmel von verschiedenen Faktoren abhängig ist, die spezifisch für die Ausrichtung des Fahrzeugs sind (siehe „Überlegungen zur Rennstrecke“ oben).

Darüber hinaus können Höhenunterschiede auf einer Rennstrecke die zum Befahren der Strecke erforderliche Energiemenge dramatisch verändern. Die Route der North American Solar Challenge von 2001 und 2003 führte beispielsweise über die Rocky Mountains (siehe Grafik rechts).

Wettervorhersage

Ein erfolgreiches Solarauto-Rennteam benötigt Zugang zu zuverlässigen Wettervorhersagen, um die Sonnenenergie an jedem Renntag vorhersagen zu können.

Gemessene Array-Leistung für Auroras Christine bei der WSC 2008.

Siehe auch

Verweise

Externe Links