WK voor zonnewagens van start

Van 6 tot en met 13 oktober strijden zonnewagens tijdens de tweejaarlijkse Solar Challenge weer om de titel van 'meest efficiënte zonnewagen ter wereld'. Naast teams van de universiteiten van Twente, Delft en Eindhoven staat ook een Leuvens team aan de start. Eos bracht een bezoek tijdens hun voorbereidingen.

De flinterdunne en vederlichte wagentjes snellen tweejaarlijks geruisloos door de outback van Australië. Drieduizend kilometer woestijn langs de Stuart Highway van Darwin naar Adelaide. De snelweg is tijdens de wedstrijd trouwens gewoon open. De zonnewagens racen dus tussen het andere verkeer, en moeten zich aan de verkeersregels en snelheidsbeperkingen houden: 130 kilometer per uur in het noorden en 110 kilometer per uur in het zuiden.

Niet evident tijdens een race, maar nog meer dan op snelheid komt het voor de zonnewagens aan op efficiëntie. Elke wagen begint aan de wedstrijd met een volle batterij, maar mag die onderweg uitsluitend opladen met behulp van de zon. Een lege batterij betekent einde race. De opdracht voor elk team is daarom: zoveel mogelijk zonne-energie oogsten en daar zo weinig mogelijk van verspillen.

‘De zonnewagens lijken dit jaar meer op gewone auto’s. Ze hebben vier wielen en de bestuurder ligt niet, maar zit rechtop’

Met die kennis in het achterhoofd begon het Punch PowerTrain Solar team uit Leuven bijna twee jaar geleden aan de ontwikkeling van een nieuwe zonnewagen. Het team telt zeventien ingenieursstudenten van de hogeschool Groep T, elk met een eigen functie: er zijn de technische opdrachten zoals het ontwerp van de zonnewagen of het kiezen en ontwikkelen van de beste batterijen en elektronica, maar evengoed staan leden van het team in voor de financiering en marketing van hun zonnewagen, die de naam ‘Indupol One’ kreeg.

Groep T neemt al jaren deel aan de Solar Challenge. Maar de uitdaging was dit keer extra groot. Door enkele wijzigingen in het wedstrijdreglement moesten de studenten een compleet nieuwe zonnewagen ontwerpen. ‘De zonnewagens moeten meer op gewone auto’s gaan lijken’, zegt Pieter-Jan Pattyn, die instaat voor het structureel ontwerp van de zonnewagen. ‘Zo moeten de deelnemende wagens dit jaar vier wielen hebben in plaats van drie, zoals de voorgangers, en moet de bestuurder bijna rechtop en met een ruimer gezichtsveld achter het stuur zitten. Door die nieuwe beperkingen moesten we bij het ontwerp eigenlijk met een wit blad beginnen. Gelukkig geldt dat voor alle deelnemers. Daarom valt moeilijk te voorspellen welke teams goed zullen scoren. Bij de voorgaande edities gingen de betere teams telkens verder op een succesvolle wagen van een voorgaande deelname. Nu moet iedereen veel creatiever zijn. Wij moeten de ambitie hebben om de beginnormen te zetten voor de teams die ons zullen opvolgen. We hebben bijvoorbeeld al ideeën van wat aan volgende wagens nog beter zou kunnen, maar waar we nu te weinig tijd voor zullen hebben.’

Motor in achterwielen

Als gevolg van de reglementswijzigingen moest het team onder andere de besturing van de zonnewagen herdenken. ‘De wagen moet een bocht met een diameter van zestien meter kunnen maken. Daarvoor zijn vrij brede wielkappen nodig. Het makkelijkste zou zijn om de sturing in de voorste wielen te organiseren, zoals in een gewone auto, maar omdat de bestuurder nu meer naar voren en dieper in de wagen zit, zouden bredere wielkappen vooraan een aerodynamische misser zijn. Want dan zouden er smalle ruimtes komen tussen de wielkappen en de bestuurder, waarin de wind vrij spel krijgt. Daarom verhuisden we de bredere wielkappen naar de achterwielen. Korte bochten gebeuren via de voorwielen, voor de verplichte ruime bocht draaien ook de achterwielen mee.’

Video. De presentatie van de nieuwe zonnewagen, afgelopen zomer in Brussel

In beide achterwielen zitten ook de motoren van de zonnewagen verwerkt. ‘De vorige zonnewagens hadden één centraal aangedreven motor. Omdat we nu met vier wielen rijden, zijn twee motoren – één in elk achterwiel – een betere optie’, legt Jens Jespers, verantwoordelijk voor Motor & Mechanical Systems, uit. ‘Die verdeling maakt het gedrag van onze wagen betrouwbaarder, en we kunnen de wagen beter uitbalanceren en aandrijven.’ Ook de positionering van de motor in de achterwielen is opmerkelijk. ‘De motor draait rond terwijl de as stilstaat. Dat is compleet tegengesteld aan een normale auto, waarbij de motor op dezelfde plaats blijft en de as ronddraait.’

De zonnecellen op de Indupol One bestaan uit silicium en zijn ongeveer dubbel zo efficiënt (22%) als de zonnepanelen die bij veel mensen op hun dak liggen. Ze worden nauwkeurig uitgesneden, waardoor ze zo efficiënt mogelijk geplaatst kunnen worden. ‘Je kan trouwens niet zomaar je wagen volhangen met zonnecellen. Volgens het reglement is van siliciumzonnecellen maximaal zes vierkante meter op de wagen toegestaan; van de efficiëntere germaniumzonnecellen – die het vorige team gebruikte - is dat drie vierkante meter. Wij kozen voor de eerste optie omdat uit onze berekeningen is gebleken dat het niet voordeliger was geweest om met een kleinere wagen en zonnecellen met een hogere efficiëntie te rijden.’

Nog een manier om zo weinig mogelijk energie te verspillen is het gewicht van de wagen zo laag mogelijk te houden. Hoe zwaarder de wagen, hoe meer rolweerstand hij moet overwinnen. ‘Het is daarom bij de constructie een uitdaging om van elk individueel onderdeel, hoe klein ook, te evalueren of het niet nog lichter kan – zonder aan sterkte in te boeten. Alle besparingen leidden uiteindelijk tot een zonnewagen van amper 170 kilogram. Ter vergelijking, een Peugeot 206 weegt duizend kilogram, een Hummer nog drie keer zoveel.’

Efficiëntie belangrijker dan snelheid

Na de ontwerpfase volgden eind 2012 de eerste tests met computermodellen en vervolgens met een schaalmodel in de windtunnel. ‘Daarbij wordt natte verf aangebracht op het schaalmodel in de windtunnel, waardoor je kan zien welke windstromen er zijn’, zegt Jens Jespers. ‘Zo kan je zien of de theorie klopt met de werkelijkheid en ontdek je eventueel fouten in de aerodynamica.’ Na de evaluatie van het schaalmodel startte de productie van de mallen voor de uiteindelijke zonnewagen. ‘We gebruikten een nieuwe techniek om de mal te maken, waarvoor we naar Slovenië moesten uitwijken. In plaats van een mal van koolstofvezel werd piepschuim omhuld met een pasta. Die werd vervolgens bij onze partner Indipol in Arendonk afgeschuurd. Zodra de uiteindelijke body klaar was, gingen de losse onderdelen zoals de batterijen erin. Daarna volgde de uittestfase, en op 6 oktober begint de grote test in Australië.’

In de windtunnel wordt groene verf op het schaalmodel aangebracht, waardoor je het pad van de windstromen kunt volgen.

De recentste edities verliepen niet zo goed voor het Leuvense Solar Team. In 2011 kreeg de Umicar Imagine problemen met het batterijpakket en eindigde hij tiende. Twee jaar daarvoor raakte de Umicar Inspire op de eerste dag betrokken bij een ongeval, waarna de wagen niet meer verder aan de race kon deelnemen. Het nieuwe team hoopt dit keer opnieuw aan te knopen met het succes van 2007, toen de Umicar Infinity tweede eindigde in het algemeen klassement, op ongeveer anderhalf uur van Nuna4, de destijds ongenaakbare wagen van de TU Delft, die de wedstrijd voor de vierde keer op rij won. Ook de universiteiten van Twente en Eindhoven vaardigen overigens een team en een wagen af.

De nieuwe Leuvense zonnewagen kan 130 kilometer per uur aan. Maar om de batterij zo lang mogelijk te laten meegaan, mikt het team op een gemiddelde van 80 kilometer per uur – al zal dat nog een stuk trager zijn als het bewolkt is.

‘Gezien de pech in de voorbije edities willen we nu vooral blijven rijden’, zegt Pieter-Jan Pattyn. ‘Een kilometer per uur sneller is niet beter als je daardoor riskeert zelfs maar een uur te moeten stilstaan door pech. We hebben nu vooral in functie van een betrouwbare wagen gewerkt. De World Solar Challenge is uiteindelijk vooral een uithoudingsrace. Als we altijd optimaal kunnen doorrijden, maken we de beste kans om te winnen.’

U kunt de prestaties van het Leuvense team live volgen op hun website: http://www.solarteam.be/
 

Gezinswagen van de toekomst?

De World Solar Challenge gaat niet uitsluitend om snelheid. Deze zonnewagen van de TU Eindhoven dingt in de Cruiser Class mee naar de titel van meest praktische ‘gezinswagen’ op zonne-energie. Het einddoel van die competitie is een zonnewagen die de openbare weg op kan en geschikt is voor (massa)productie. Naast de bestuurder gaan met de Eindhovense wagen gedurende de hele wedstrijd drie passagiers mee, wat het team per passagier extra punten oplevert. De Eindhovenaren hopen ook te scoren met hun stuur waarvan de handgreep dikker wordt als de auto te hard rijdt en dunner als hij te langzaam rijdt. De wagen bezit een aantal praktische opties, zoals touchscreens voor de besturing van de boordcomputer en een heuse kofferbak. Met volle accu’s, opgeladen via zes vierkante meter zonnecellen, die 22,5% effectief zijn, kan de wagen per dag ongeveer 640 kilometer met 70 km/u rijden. (JW)