05 oktober 2018

“Vanaf 22 september zijn de zonne-energiecoureurs weer hun krachten aan het meten. Deze keer in Zuid-Afrika tijdens de Sasol Solar Challenge. Na een turbulente start, waarbij zonnewagen Nuna9S in een slip terecht kwam, staat het Delftse team toch bovenaan. Tijdens de race neemt de TU Delft het op tegen teams uit Japan, China, Zwitserland en natuurlijk Zuid-Afrika. NEMO Kennislink Redacteur Robbert Visscher schreef al eerder over de impact van dit soort races op de ontwikkeling van zonnewagens.”

Je leest:

Rijden we binnenkort massaal in zonnewagens?

Rijden we binnenkort massaal in zonnewagens?

De World Solar Challenge geeft een impuls aan de ontwikkeling van elektrische auto’s

Auteur: | 23 oktober 2015
Gijs Versteeg

In Australië stelen de zonnewagens van de studententeams van de TU Delft, Universiteit Twente en TU Eindhoven weer de show met uitstekende resultaten. Rijden we door dit succes straks allemaal in zonnewagens?

Het was weer een indrukwekkend gezicht. Tussen hoge termietenhopen, rood woestijnzand en rondspringende kangoeroes scheurden de high-tech zonne-auto’s van studententeams voorbij. Ze legden drieduizend kilometer af. Van de noordelijke stad Darwin via de ‘outback’, het afgelegen binnenland, naar de zuidelijke stad Adelaide. Delft won dit jaar voor de zesde keer, Twente werd tweede. De World Solar Challenge is een tweejaarlijkse race, waarin studententeams van over de hele wereld het met door zonne-energie aangedreven wagens tegen elkaar opnemen in Australië.

De auto van Solar Team Twente raast door de Outback langs termietenheuvels.
Gijs Versteeg (Universiteit Twente)

Blik in de toekomst

De bolides rijden op zonne-energie, die ze vangen via grote panelen. Er komt dus geen druppel benzine aan te pas. “De teams laten in deze wedstrijd al jaren zien dat het mogelijk is om op zonne-energie te racen. Daarmee willen ze de wereld inspireren om op een duurzamere manier auto’s te ontwikkelen”, zegt auto-expert en hoogleraar Maarten Steinbuch van de TU Eindhoven.

Rechts op de foto is de geribbelde airstrip van Nuna8 te zien. Een van de innovaties waardoor de wagen dit jaar zo snel ging. De vinding zorgt ervoor dat de wind beter langs de auto stroomt.
Hans-Peter Velthoven (TU Delft)

Ondanks al het vernuft dat studententeams in dertien edities van de World Solar Challenge laten zien, rijden we nog niet massaal in zonnewagens. Dat is niet zo vreemd, volgens onderzoeker Maarten Bonnema van de Universiteit Twente, die al jaren het Twentse studententeam begeleidt. “De auto’s van onze technische universiteiten zijn hun tijd ver vooruit”, zegt hij. Het zijn bijzonder knap gemaakte racemonsters met als doel om zo snel mogelijk te scheuren op zonne-energie. “Dat is een andere insteek dan het ontwerpen van een personenauto. Bovendien gebruiken de studenten nieuwe materialen en inzichten.” Maarten Steinbuch noemt de race daarom ‘een blik in de toekomst’.

Rolweerstand

Vergelijk het met de Formule 1, zeggen de specialisten. De bolides van Max Verstappen, Sebastian Vettel, Lewis Hamilton kom je ook niet op de openbare weg tegen. Maar de inzichten die de constructeurs, coureurs en autofabrikanten daar opdoen druppelen wel uiteindelijk richting de auto-industrie.

De Challenger-klasse van de World Solar Challenge is vergelijkbaar met de Formule 1.

Dat gebeurt ook bij de zonnewagenrace. Een goed voorbeeld is het materiaal. Nu nog worden de meeste auto’s gemaakt van staalplaten. De wagens van de World Solar Challenge zijn grotendeels gebouwd met vezelversterkte kunststoffen, ook wel composieten genoemd. Dit zijn meerdere lagen kunststof die op elkaar worden gelijmd. Daarbij ontstaat een zeer stijf – en dus sterk – maar toch licht materiaal.

“Dat is uitermate geschikt voor elektrische auto’s”, zegt Steinbuch. “Een zware auto drukt meer op de wielen en dat is het enige contactpunt met de weg. Daar verliest een wagen energie. We noemen dat de rolweerstand. Als een auto veel lichter wordt gemaakt, dan kan het dus veel langer op een acculading rijden. Bovendien heb je minder batterijen nodig, waardoor de auto nog lichter wordt en je nog verder kan rijden.”

Wereldrecord

Het gebruik van composieten in de auto-industrie is niet alleen toekomstmuziek. BMW introduceerde onlangs het nieuwe model i3, dat deels van composieten is gemaakt. Een mijlpaal, volgens Steinbuch. Hij noemt het ook een voorbeeld van hoe inzichten van onder meer de zonnewagens naar de auto-industrie komen. “Maar het materiaal is nog steeds vrij duur in vergelijking met plaatstaal. Wij hebben onlangs een studie gedaan waaruit blijkt dat composieten over een jaar of zeven concurrerend zijn. Ik verwacht dat veel elektrische auto’s er in 2022 van gemaakt worden, die dan op een batterijlading zo’n vijfhonderd kilometer afleggen. En hoe meer auto’s het materiaal gebruiken, des te goedkoper het wordt. Daardoor zakken de prijzen van batterijen en zonnepanelen ook al jaren.”

Rijden we over een paar jaar straks massaal in net zo’n mooie zonnewagen als ‘Stella Lux’ van de TU Eindhoven?
Bart van Overbeeke, 2015 (TU/e)

Zeer interessant in dit opzicht is de cruiser-klasse van de World Solar Challenge. Daarin nemen personenauto’s het tegen elkaar op. Ook zij werken op zonne-energie. Maar ze lijken veel meer op normale wagens dan de bolides van de Formule 1-achtige Challenger klasse. Daar past maar een persoon in en die zijn gebouwd voor pure snelheid. In de Cruiser-klasse rijden personenauto’s waar twee tot vier mensen in passen. De TU Eindhoven veroverde twee jaar geleden de eerste prijs. En ook nu maken ze met ‘Stella Lux’ weer een grote kans om te winnen in Australië. De uitslag is op zondag.

Tijdens een van de etappes vestigde het team al een wereldrecord. Ze legden maar liefst 1500 kilometer af op een acculading. Er zaten twee personen in hun ‘Stella Lux’ die gemiddeld tachtig kilometer per uur reed. “Je kunt het vergelijken met een rit van Rotterdam naar Barcelona”, vertelt student industrieel ontwerpen Tommie Perenboom vanuit Australië.

Rijdende energiecentrale

De auto is niet alleen snel maar bevat ook nog allerlei bijzonderheden. “Je hebt bijvoorbeeld geen sleutel nodig om de wagen te openen. Wanneer je in de buurt komt, ontgrendelt de deur automatisch omdat het verbonden is met de mobiele telefoon. Er zit ook een systeem in, waarmee je de wagen draadloos kunt opladen”, zegt Perenboom.

Het is nog toekomstmuziek dat een groot deel van de bevolking straks zonnewagens op de oprijlaan heeft staan.
Bart van Overbeeke, 2015 (TU/e)

De studenten bouwen daarmee verder op wetenschappelijk onderzoek naar inductieladen van elektrische wagens. Dan zitten er magnetische spoelen in een parkeerplek of het wegdek verwerkt. Die brengen draadloos de energie over naar een wagen. Onder meer Pavol Bauer van de TU Delft publiceerde hier al over in wetenschappelijke tijdschriften.

Het verbaast Perenboom niet als deze technologie over een paar jaar wordt toegepast. “Dan parkeer je een elektrische auto voor het huis en wordt het direct geladen. De zonnepanelen op het dak verzenden dan hun opgewekte energie richting de parkeerplek. Je kunt ook elektriciteit van de auto gebruiken om het huis te voeden. Wanneer er stroomuitval is, heb je dan toch nog elektriciteit thuis. Zo’n auto is dus een rijdende energiecentrale. Wij hebben ook een systeem gemaakt dat op basis van afspraken in een agenda berekent hoe vol de accu moet zitten.”

Hybride auto’s

Voor dit soort toepassingen ontwikkelden de studenten slimme rekenprogramma’s. Experts verwachten dat een aantal daarvan ook hun weg zullen vinden naar de automarkt. “Onze studenten maken gebruik van zogeheten batterijmanagementsystemen, waar onder meer Nederlandse universiteiten aan werken. Een accu van een elektrische auto bestaat uit allemaal kleine batterijtjes, die we cellen noemen. Als een ervan niet goed functioneert dan heeft dat invloed op de gehele prestatie. Daardoor kun je ze beter individueel aansturen in plaats van als geheel. Zo’n slimmigheid zou je nu al in elektrische auto’s kunnen bouwen, die vaak duizenden van deze cellen gebruiken”, benadrukt Bonnema.

Toch maakt dit allemaal het massale gebruik van een zonnewagen op korte termijn niet realistisch. Bonnema wijst er op dat een auto al snel behoefte heeft aan honderd kilowatt onder de motorkap om te rijden. “De zonnewagens leveren zo’n vijf kilowatt. Dat is zo weinig, dat er op de openbare weg niet snel veel van zullen rondrijden. Bovendien verwacht ik niet dat het rendement van zonnepanelen zo fors zal stijgen, dat ze heel veel meer energie opleveren.” Maar hybride vormen geeft hij wel een grote kans. Zoals een auto met een zonnepaneel op het dak, dat bijvoorbeeld elektriciteit levert aan de airconditioning.

Zit het dak van een vrachtwagen straks vol met zonnecellen?
Wikimedia Commons

Is het ook een optie om een vrachtwagen hybride uit te voeren? Dan heb je namelijk bovenop flink wat ruimte voor zonnecellen om elektriciteit op te wekken. “Vrachtwagens gebruiken zoveel energie, dat zelfs een groot oppervlak nog maar een flintertje is van wat je nodig hebt”, aldus Steinbuch.

Frisse blik

Om te winnen, moeten de wagens van de studenten zo licht mogelijk zijn. “Daarom denken ze na over alles wat gewicht heeft. Daar kunnen fabrikanten van elektrische auto’s hun voordeel mee doen. Nu zitten stoelen op rails, maar die zijn zwaar. Waarom gebruik je daarvoor geen kunststof of een systeem met gaatjes?”, vraagt Steinbuch.

Vanuit Australië laat Coen Hartjes weten dat die frisse blik op auto-ontwerp helpt. Hij is lid van het team van de Universiteit Twente. “Wij hebben onze auto zeven kilo lichter gemaakt ten opzichte van vorig jaar door alleen maar de naaf en de velgen aan te passen. Onze velgen zijn nu bijvoorbeeld helemaal dicht en daardoor zorgen ze ook nog eens voor minder luchtweerstand. De auto’s die we maken zijn misschien nu nog te futuristisch. Maar veel van de technieken en trucjes die we bedachten, kunnen autofabrikanten in de nabije toekomst gebruiken.”

Dit is een uitgebreide versie van een artikel dat in dagblad Trouw verscheen op vrijdag 23 oktober 2015.

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 23 oktober 2015

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.