Je leest:

Op weg naar de Solar Challenge 2009

Op weg naar de Solar Challenge 2009

Auteur: | 25 juni 2009

Nederland is klaar voor de World Solar Challenge 2009. Op 18 en 25 juni onthulden de twee Nederlandse teams hun zonneauto’s. Strijkt het Delftse Nuon Solar Team voor de vijfde opeenvolgende keer met de eer, of gaat het Solar Team Twente er dit jaar met de titel vandoor?

Hoewel de naam een internationale race doet vermoeden, is de World Solar Challenge al sinds de millenniumwisseling in de ijzeren greep van Nederlandse ingenieurs. De TU Delft gaat met hun Nuna’s 1 tot en met 4 al sinds 2001 als eerste over de finishlijn.

In 2005 verscheen ook Twente aan de start. Als beste nieuwkomer werden ze dat jaar 9e. In de vorige editie kwamen ze met een geheim wapen op de proppen: een kantelend zonnepaneel dat de stand van de zon volgt. In één week onthulden de teams van Delft en Twente hun nieuwe wagens, respectievelijk de Nuna5 en de 21Revolution. Tijd om de zonneauto’s naast elkaar te zetten en te zien wat de teams dit keer hebben bekokstoofd.

Nuna5

De Nuna5, met eromheen het Nuon Solar Team.
Nuon Solar Team

Na de Nuna, Nuna2, Nuna3 en Nuna4 viert het Nuon Solar Team nu hun eerste lustrum met de Nuna5. Deze superlichte wagen van slechts 160 kilo (exclusief coureur) moet voor Delft hun vijfde World Solar Cup in de wacht slepen. Met een voorspelde gemiddelde snelheid van maar liefst honderd kilometer per uur hebben de veertien teamleden er het volste vertrouwen in. Ter vergelijking: de gemiddelde snelheid van de Nuna4 in 2007 lag tien kilometer lager.

Om die winst van tien kilometer per uur te halen, heeft het Delftse team de aerodynamica op de schop genomen. In 2007 zorgde een verandering in de reglementen dat de cabine voor de coureur hoger kwam te liggen. Het Nuna4-team liet de achterkant van de cabine toen geleidelijk aflopen naar de rest van het chassis.

Volgens aerodynamica-expert Thomas van Alsenoy was daar ruimte voor verbetering. “Zo’n glooiende vorm levert veel zuigkracht op aan de cabine die de auto als het ware achteruit trekt. De cabine van de Nuna5 is scherper. Nu gaat de lucht eromheen.” Uit windtunneltests bleek dat de luchtweerstand dertig procent lager is ten opzichte van de Nuna4.

De cabines van de Nuna4 (links) en Nuna5. De glooiende vorm van de linker cabine ‘zoog’ de wagen naar achteren. Dat zal bij de nieuwe versie niet gebeuren.

Stofzuiger

De aerodynamica kan nog zo strak zijn, zonder goede zonnecellen komt een zonnewagen nergens. Gelukkig hoeft het team zich daar geen zorgen over te maken: hun cellen zijn zo’n beetje de beste die er zijn. Dankzij hun partnerschap met Azur Space konden de Delftenaren de hand leggen op een experimentele vorm van de GalliumArsenide (GaAs) triple junction zonnecel.

Een GaAs triple junction zonnecel bestaat uit drie gelaagde zonnecellen. Elke laag haalt de maximale hoeveelheid energie uit één kleur licht. Stapel ze op elkaar, en je hebt één zonnecel die het hele lichtspectrum absorbeert en omzet in energie. Deze cellen worden normaal gesproken alleen gebruikt in de ruimtevaart. Bij de experimentele GaAs triple junction cellen in de Nuna5 is de ‘rode’ laag (die het rode licht absorbeert) iets dikker, terwijl de ‘blauwe’ laag juist wat dunner is. Omdat onze atmosfeer het ultraviolette licht (dat lijkt op blauw licht) filtert, heeft het weinig zin om op aarde veel ‘blauwe’ zonnecellen te gebruiken. De cellen hebben een efficiëntie van 34%, haast een record voor zonnecellen.

Met een elektromotor die evenveel verbruikt als een stofzuiger is Delft in elk geval klaar voor de race. Op 13 augustus mogen ze zich voor het eerst bewijzen, want dan staat de eerste test op het circuit van Zandvoort op de agenda.

21Revolution

De 21Revolution van het Solar Team Twente.
Gijs Versteeg

Waar het team uit Delft voornamelijk de kleine details van een uitgekiende wagen perfectioneerde, lag er nog een flinke uitdaging op het achttienkoppige Solar Team Twente te wachten. Hun voorgangers uit 2007 besloten namelijk een kantelend zonnepaneel op de auto te monteren dat meebeweegt met de zon. Slim, want zo vangen de panelen meer zonlicht. Maar dit bleek ten koste te gaan van de aerodynamica.

Een draaiende vleugel vereist meer bewegende onderdelen. En meer onderdelen betekent meer luchtweerstand. Volgens Roeland Weigand, technicus en coureur, zat het oude ontwerp vol kieren en gaten die de aerodynamica negatief beïnvloedden. Het nieuwe team bedacht de volgende oplossing: een rubberen afdekking die als een soort condoom strak om het kantellichaam heen zit.

Deze ‘adaptieve carrosserie’ (wit) is helemaal strak getrokken tussen het chassis en de zonnepanelen. Zo dekt het rubber alle oneffenheden af. Tests met een schaalmodel in de windtunnel eind 2008 leverden goede resultaten op.
Solar Team Twente

Dakpannen

Het tweede kunststukje op de 21Revolution omzeilt op een slimme manier één van de basisregels van de Solar Challenge: op de auto mag niet meer dan 6 vierkante meter aan zonnecellen liggen. Maar de zonnewagen van Twente vangt 7,2 vierkante meter zonlicht. Dat doen ze door het licht te concentreren met een systeem van Fresnellenzen die op de zonnecellen liggen.

Solar Team Twente

De Fresnellenzen bundelen al het zonlicht dat erin valt. Op deze manier kun je een grote hoeveelheid licht concentreren op een kleiner oppervlakte cellen. Maar wat als de zon niet direct in de lens valt? Daar komt het kantelsysteem weer om de hoek kijken. Door het zonnepaneel altijd recht op de zon te richten, vallen de zonnestralen loodrecht door de Fresnellenzen. Dit systeem was zo ingenieus dat het vorige Solar Team hier zelfs een patent voor heeft gekregen.

Net als de Nuna5 heeft ook de 21 Revolution GaAs triple junction zonnecellen, maar geen experimentele. Dat maken ze goed met de positionering van de cellen: als dakpannen liggen alle panelen over elkaar heen om elke vierkante centimeter van de vleugel te bedekken.

Strateeg

Beide zonnewagens krijgen op een zonnige dag zo’n 2 kW aan vermogen. De elektromotoren verbruiken lang niet zoveel, dus wordt de rest van de energie opgeslagen in Lithium Polymeer accu’s. In theorie kunnen de auto’s dus blijven rijden zo lang de zon schijnt. Maar in de race werkt dat net even anders. Daar gaat het om de maximumsnelheid die de coureur uit de wagen kan halen zonder dat de batterijen te snel leeg gaan.

Weigand: “Aan de hand van de rolweerstand, de luchtweerstand en de hoeveelheid zon die op de panelen valt, berekent onze strateeg hoe snel we mogen rijden om ‘energieneutraal’ te blijven. Dat betekent dat onze motor precies alle zonne-energie verbruikt die op de panelen valt, niet meer en niet minder. Maar we willen niet energieneutraal rijden, we willen een race winnen. Daarom verbruiken we de hele race nét iets meer energie dan we binnenkrijgen. De accu’s lopen dan langzaam leeg. In het ideale geval beginnen we de race met overvolle accu’s en zijn ze leeg op het moment dat we de eindstreep passeren.”

Topsporters

In de vier maanden die de teams nog resten, staan er vooral tests op het programma. Tests in de windtunnel, tests op een racecircuit en uiteindelijk op de wegen van Australië waar het allemaal gaat gebeuren. Het Solar Team Twente waagt zich dan ook niet aan voorspellingen. Zij zijn vooral benieuwd hoe ver hun innovatieve ontwerp het dit jaar gaat schoppen.

Delft is (met recht) minder bescheiden – als topsporters verwachten ze niets anders dan de eerste plek. Nieuwsgierig? Houd dan vanaf 25 oktober Kennislink in de gaten voor uitgebreide raceverslagen.

Lees meer op Kennislink:

Lees meer over de World Solar Challenge:

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 25 juni 2009

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.