Nuna 3 - Nuna 3

Tým na závodní dráze Zandvoortu

The Nuna 3 je solární auto vyvinutý společností Nuon Solar Team z Technologická univerzita v Delftu v letech 2004-2005 pro rok 2005 Světová solární výzva.

To se podařilo Nuna2, solární vůz, který získal druhé po sobě jdoucí vítězství tohoto solárního týmu vítězstvím v Světová solární výzva potřetí v řadě.

Nuna 3 byla jednou z nejoblíbenějších verzí World Solar Challenge v roce 2005, kdy předzávodní zkušební jízda zaznamenala nejvyšší rychlost 130 km / h. Konečným výsledkem bylo, že 3021 kilometrů mezi Darwinem a Adelaide bylo najetých za rekordních 29 hodin a 11 minut, v průměru asi 103 km / h.

Má velmi efektivní solární články typu, který se běžně používá k napájení orbitální satelity^[1] (stejně jako předchozí Nunas) a má to lepší aerodynamika a je lehčí než jeho předchůdci.^{[Citace je zapotřebí ]}

Byl navržen a vyroben 11 studenty z různých oborů Delft University of Technology, kteří kvůli tomu částečně pozastavili studium. Využili špičkové laboratoře a dílny univerzity a stejně jako v případě Nuna 2 dostali radu^{[Citace je zapotřebí ]} z Wubbo Ockels, první holandský astronaut a profesor na univerzitě.

Hlavní specifikace

Rozměry	5 x 1,8 x 0,8 m	(dx š xv)
Hmotnost	<200 kg
Součinitel tření vzduchu	0.07	tato hodnota je mezi 0,25 a 0,35 pro moderní auta
Účinnost solárních článků	${displaystyle cca}$ 27%	to je velmi vysoká účinnost; pro srovnání nejúčinnější solární články dosud vytvořené v laboratorních podmínkách byly jen o 14% účinnější než toto.^[2] Materiál použitý k výrobě těchto buněk byl sloučeninou obsahující galium arsenid. Účinnost většiny panelů je 15%
Efektivní plocha solárních článků	> 8 m ^ 2	včetně solárních článků připevněných na bocích vozu
Účinnost motoru	> 97%	srovnání: průměrný elektromotor má účinnost 85%
Kapacita baterie	5 kWh	srovnání: běžná 24 kg autobaterie má kapacitu 80 Ah, což se rovná 1 kWh
Hmotnost baterie	30 kg

Kritéria návrhu

Aby auto mělo dobrou šanci na výhru, musí:

sbírejte co nejvíce sluneční energie
používejte co nejméně energie k jízdě určitou rychlostí. To znamená zvláštní pozornost:
- - účinnost přenosu elektrické energie na kola a -
- minimalizace tření, kterou tvoří:
  - - tření vzduchu (odpor vzduchu) a -
  - valivé tření, což je mimo jiné ovlivněno váhou

Solární články

Solární články jsou vyrobeny z galium arsenid (GaAs) a skládají se ze tří vrstev. Sluneční světlo, které proniká do horní vrstvy, se používá ve spodních vrstvách, což má za následek účinnost přes 26%. Tento typ solárních článků patří mezi nejlepší dostupné v současnosti. Kromě účinnosti záleží také na velikosti, takže je nimi pokryta celá horní plocha Nuna 3, s výjimkou kokpitu.

Účinnost je optimální, když jsou na buňky dopadány sluneční paprsky kolmo. Pokud ne, výstup se sníží zhruba o kosinus úhlu s kolmicí. Protože závod 2005 se konal v září (na rozdíl od října nebo listopadu v předchozích letech) bylo slunce na obloze níže (je to dříve na jaře). Aby se to vyrovnalo, bylo po stranách umístěno co nejvíce buněk, zejména na kryty kol.

Solární článek dává určité množství proud pro určité množství slunečního světla. The Napětí závisí na tom zatížení (přesněji odpor zátěže). The Napájení je součinem napětí a proudu, a proto také závisí na zátěži. Jak ukazuje graf, nad určitým napětím proud solárního článku rychle klesne na nulu.

Baterie však mají poměrně konstantní napětí, které má také poněkud jinou hodnotu než solární články. Je tedy nutná transformace napětí. Speciální typ DC-DC převodník se používá k zajištění, aby byl odpor zátěže prezentovaný solárním článkům takový, aby solární články poskytovaly maximální výkon, tedy také v horní části zelené čáry v grafu. Tomu se říká a Sledovač maximálního výkonu (MPPT). I zde je cílem dosáhnout, aby tato konverze dosáhla maximální účinnosti (> 97%).

Aerodynamický design

Spodní strana modelu Nuna 3 v a větrný tunel

The aerodynamický odpor je důležitou součástí celkového odporu. Důležité jsou čelní povrch a proudnice. Jakákoli odchylka od ideálního zefektivnění způsobí turbulence, který stojí energii. Ideálního zefektivnění je dosaženo v různých fázích:

Prostřednictvím počítačových simulací designu
Prostřednictvím testování a maketa v větrný tunel. Například lze použít tekuté barvy, aby bylo vidět proudění vzduchu po povrchu. Fotografie jsou pořízeny během jednoho z těchto testů v laboratoři nízké rychlosti TU Delft.
Testováním vozu v plném měřítku v aerodynamickém tunelu. K tomu německo-nizozemský aerodynamický tunel v Emmeloord bude použito.

Z meteorologické údaje z oblasti, kde se má soutěž konat, lze vyvodit závěr, že pravděpodobně bude silný boční vítr. Kryty kol Nuna 3 jsou navrženy tak, aby boční vítr měl propulzní účinek.

Motor

The elektromotor je zcela zapouzdřen v zadním kole, aby se minimalizovaly ztráty mechanickým přenosem z motoru na kolo (například v normálním automobilu v převodovce a kardanu). Motor je vylepšenou verzí původního motoru z roku 1993 Duch Biel III podle Engineering School of Biel, Švýcarsko (nyní: Berner Fachhochschule Technik und Informatik). Vylepšení jsou způsobena kompletně přepracovanou digitální výkonovou elektronikou a řízením, realizovanou v roce 1999. Umožnily o 50% vyšší výkon (nad 2400 W) a o 45% vyšší točivý moment ve srovnání s rokem 1993 Duch Biel II. Rovněž se zlepšila účinnost celého systému pohonu (včetně ztrát výkonové elektroniky), která nyní přesahuje 98%. Jak však ukazuje graf, to do jisté míry závisí na rychlosti a zvyšuje se s rychlostí. Konstrukce byla původně navržena tak, aby dosáhla svého maximálního výkonu při normální cestovní rychlosti solárního automobilu kolem 100 km / h.

Testovací jízda

Během jedné ze zkušebních jízd v Nizozemsku dosáhla Nuna 3 rychlosti 130 km / h. První den závodu dosáhlo auto maximální rychlosti 140 km / h. Pro srovnání Sluneční paprsek (první vítěz závodu Solar Challenge) dosáhl v roce 1987 nejvyšší rychlosti 109 km / h.

Důležití oponenti

Vítěz soutěže Severoamerická solární výzva z Michiganská univerzita (USA) byl považován za jednoho z nejdůležitějších oponentů. Dalšími důležitými soutěžícími byli MIT (také USA) a Japonci Ashiya University tým. V roce 2005 byli také další dva evropští soutěžící, Nizozemci Raedthuys Solar Team z University of Twente a Belgičan Umicore solární tým z Leuven.

Monitor závodu 2005

5. srpna 2005: tým dorazí Adelaide.
2. září 2005: Silniční povolení je uděleno.
16. září 2005: Během zkušební jízdy Nuna 3 provazce v drsném stavu vedle silnice. Příčinou bylo vadné zavěšení kol. Škoda byla omezena a opravena po několika dnech.
22. září 2005: Nuna 3 je schválena organizací.
24. září 2005: Nuna 3 se kvalifikuje na 8. výchozí pozici, což je lepší než výchozí pozice, které získaly předchozí dva modely.
25. září 2005: Nuna 3 urazila 827 km a držela první místo, což vedlo k dalšímu michiganskému týmu přibližně o půl hodiny.
26. září 2005: Druhý den Nuna 3 ujela 835 km při průměrné rychlosti 105 km / h, což je nový jednodenní rekord World Solar Challenge. Michiganský tým nyní zaostává o 132 km.
27. září 2005: Nuna 3 ujela 858 km a překonala včerejší rekord. Prodloužili náskok na dvě hodiny. Zbývá 500 km.
28. září 2005: Nuna 3 dorazila jako první auto do Adelaide, a tak zaznamenala a hattrick. Celková průměrná rychlost 103 km / h na 3010 km znamená zlepšení rekordu z roku 2003 o 6 km / h.

Tato průměrná rychlost, která by mohla vést k maximální rychlosti 140 km / h na sjezdovém úseku, což by značně překračovalo rychlostní limity na australské dálnici, vedla ke změnám pravidel pro budoucí závody.

Reference

^ Gaddy, E.M. (1996). „Nákladová efektivita vícenásobného spojení, arsenidu gália a křemíkových solárních článků na kosmické lodi“. Záznam konference dvacáté páté konference IEEE fotovoltaických specialistů - 1996. str. 293–296. doi:10.1109 / PVSC.1996.564003. ISBN 0-7803-3166-4.
^ Spectrolab - často kladené otázky Archivováno 2009-03-18 na Wayback Machine

externí odkazy

[1] Gaddy, E.M. (1996). „Nákladová efektivita vícenásobného spojení, arsenidu gália a křemíkových solárních článků na kosmické lodi“. Záznam konference dvacáté páté konference IEEE fotovoltaických specialistů - 1996. str. 293–296. doi:10.1109 / PVSC.1996.564003. ISBN 0-7803-3166-4.

[2] Spectrolab - často kladené otázky Archivováno 2009-03-18 na Wayback Machine

[1]

[2]