Werkstuk ANW Nuon Solar Team, World Solar Challenge

Transcriptie

1 Werkstuk ANW Nuon Solar Team, World Solar Ch Werkstuk door een scholier 1791 woorden 17 april ,3 32 keer beoordeeld Vak ANW Wat is het NUON Solar Team Het NUON Solar Team is een groep studenten van de TU Delft en de Erasmus Universiteit Rotterdam. In 2001 bouwden zij Nuna, een auto die rijdt op zonne-energie. Met dit voertuig won het team de World Solar Ch die in Australië werd gehouden. In 2003 bouwden ze opnieuw een zonnewagen: de Nuna II. Met deze wagen wonnen ze de race opnieuw. Het doel van het Nederlandse team is om de interesse in duurzame energie, technologie en wetenschap te stimuleren. Ook willen ze aan jongeren laten zien dat je met ambitie veel kan bereiken, en een bijdrage kunt leveren aan technologische vernieuwing en een duurzame toekomst. Het NUON Solar Team heeft drie sponsors die het meedoen van de groep studenten aan de race mede mogelijk maken. Deze sponsors zijn: NUON, ESA (European Space Agency) en TU Delft. Wat is de World Solar Ch en met welk doel wordt deze georganiseerd De World Solar Ch werd voor het eerst uitgeschreven in 1987 naar het idee van de Deense avonturier Hans Thostrup. Hij deed al jaren zelf onderzoek naar het benzineverbruik van motoren en wilde kijken hoe dit optimaal gebruikt kon worden. Toen BP met het idee kwam om een race door Australië te houden waarbij de enige energiebron de zon mocht zijn, stond Thostrup paraat om de eerste zonnewagen te bouwen. De avonturier reed in een zonnewagen dwars door Australië van oost naar west, en in 1987 was hij degene die besloot een zonnewagenrace uit te schrijven. Hij noemde deze race de World Solar Ch. Aan deze eerste race deden 23 zonnewagens mee, de snelheid was ongeveer 67 kilometer per uur. Hierna ontwikkelden de zonnewagens zich erg snel. De techniek werd steeds beter, en de snelheid die de wagens konden bereiken werd steeds sneller. Nu doen ruim 100 van 's werelds beste universiteiten mee aan de wedstijd. En gaat de wedstrijd van noord naar zuid in plaats van oost naar west: van Darwin naar Adelelaide. De afstand die de teams moeten afleggen is ruim 3000 kilometer. De omstandigheden zijn extreem zwaar. De wagens rijden op de openbare weg (de Stuart Highway) en Pagina 1 van 5

2 delen die met andere weggebruikers, waaronder de beruchte roadtrains (extreem grote en lange vrachtwagens). Bovendien kan de temperatuur in de woestijn oplopen tot zo n 40 Celsius. In de cockpit van Nuna II kan de temperatuur zelfs 50 Celsius bereiken. De wedstrijd wordt georganiseerd met het doel om techniek en het gebruik van alternatieve vervoermiddelen te stimuleren. De Ch is een avontuur voor jonge mensen die niet alleen maar dromen van een veiligere, slimmere en groenere wereld, maar er ook aan willen werken om het waar te maken. Aan welke regels moeten de teams zich houden Omdat de wagens dus op de openbare weg rijden met daarop de grote vrachtwagens waarover we eerder schreven moeten de wagens goed getest worden op remmen, stabiliteit, wendbaarheid, verlichting en zicht van de piloot. Pas als alle dingen in orde zijn mogen de teams met de race beginnen. Daarnaast mogen de auto's alleen overdag rijden, van 8 uur 's morgens tot vijf uur 's middags. Buiten deze periode mogen de teams wel hun accu's opladen met zonlicht, tot een maximum van 5kWh. Ook moeten de teams elke dag een eigen kamp opbouwen. Ook de wagens moeten aan bepaalde voorwaarden voldoen. De maximale afmetingen van de auto zijn 6 meter lang, 2 meter breed en 1,6 meter hoog. Het voertuig mag alleen aangedreven worden door zonlicht. De afmetingen van de zonnepanelen zijn ook beperkt. De deelnemers moeten tijdens hun race 7 keer een half uur stoppen bij checkpoints. Hier moeten ze dan ook de media te woord staan. Waarom wordt de race in Australië gehouden In Austalië is het van december tot februari zomer. In die periode wordt ook de Solar Ch gehouden. Door het gat in de ozonlaag is de zonkracht in Australië ook nog eens heel groot. In Nederland zijn zonkrachtwaarden van 7 of 8 hoog. In Australië zijn dit waarden van 14 of 15. Dat is erg hoog, en omdat de zonnewagens hun energie alleen van de zon krijgen is dat natuurlijk erg gunstig. Daarbij komt nog dat Australië een bijzonder groot land/continent met een kleine bevolkingsdichtheid is. Dit is handig waardoor er lang achter elkaar gereden kan worden zonder teveel opstakels op de route. Waarom hebben de Nederlanders gewonnen De overwinning hebben ze voornamelijk te danken aan de toegepaste technologie uit de ruimtevaart. De, al eerder genoemde, dual junction en triple junction gallium-arsenide zonnecellen zijn gebruikt. Verder is gebruik gemaakt van Maximum Power Point Trackers die ervoor zorgde dat de accu ook bij beschaduwing constant van energie werd voorzien. Nog twee strips zonnecellen aan weerszijden van de auto zorgden voor het voorzien van energie voor het navigatie- en communicatiesysteem. Ook hadden ze de techniek om de andere kandidaten op niet te grote afstand te laten en zo energie op te Pagina 2 van 5

3 sparen voor een eindsprint. Hoe werken zonnewagens De wagens die met de World Solar Ch meedoen verschillen allemaal iets qua techniek. Dit is maar goed ook omdat er anders waarschijnlijk geen echte winnaar zou zijn. Omdat de wagens dus allemaal iets anders in elkaar zitten gaan we de techniek van de Nederlandse afgevaardige zonnewagen beter bestuderen. Nuna II kreeg haar energie van ruim 3000 zonnecellen, ruim 9 m3, die op de boven- en zijkant van haar waren bevestigd. Nuna I had een oppervlakte van 8 m3 aan zonnecellen. Ook is Nuna II uitgerust met tien maximum power point trackers (MPPT). Deze MPPT s zijn jarenlang gebruikt bij satellieten. Ze zorgen ervoor dat de zonne-energie optimaal gebruikt wordt als de zon wat minder schijnt. Als het weer een keer niet zo mee zat kon de Nuna II ook nog gebruik maken van 46 Lithium Ion batterijen. Deze waren natuurlijk ook weer opgeladen door de zon. Deze zelfde batterijen werden eerder gebruikt door de SMART-1, een demonstratiesatelliet. Maar ook de vorm van de Nuna II zorgde ervoor dat het Nederlandse team de race heeft gewonnen. De wagen is ten opzichte van de Nuna I heel wat aërodynamischer geworden. Bij de bouw is gebruikt gemaakt van extreem licht plastic. De Nuna II was 5 meter lang en 1,8 meter breed, maar woog desondanks toch maar 250 kilogram. Daarnaast is de wegligging ook nog eens heel laag. De cockpit ligt maar 80 centimeter boven de grond. Hierdoor is de wrijvingskracht erg laag. Daarnaast is de Nuna II gebouwd met een lichtgewicht body van koolstofvezel, die aan de bovenkant en aan de wielkappen is verstevigd met aramide. Koolstofvezel wordt in de lucht- en ruimtevaart gebruikt in constructies waaraan zeer hoge eisen worden gesteld. Aramide wordt gebruikt als wapening. Deze vezel is bijna vijf keer zo sterk als gewoon constructiestaal. Dit betekent dat aan een aramidevezel met een doorsnede van een vierkante millimeter drie volwassen mannen opgetild kunnen worden. Aramide wordt in ruimtepakken gebruikt. Om de bemanning te beschermen tegen eventuele micrometeorietinslagen zijn ook sommige wanden van het internationale ruimtestation (ISS) ermee versterkt. De Nuna II wordt door aramide beschermd tegen gravel en ander los materiaal en afval op de weg. Ook is er een speciaal software programma ontwikkeld dat een racestrategie bepaalt, rekening houdend met de weersomstandigheden op het parcours. Deze software bepaalt voortdurend een adviessnelheid waarbij de energie van de zon optimaal benut wordt. Door al deze technische verbeteringen is de topsnelheid van de Nuna II gestegen met 15 kilometer per uur tot een snelheid van 175 kilometer per uur. Gemiddeld reed de wagen in Australië 133 km/h, en meestal tussen de 110 en 130 km/h. Pagina 3 van 5

4 Wat zijn Triple Junction zonnecellen Bij de race met de Nuna II is gebruik gemaakt van de ultra-moderne triple junction GaAs zonnecellen. Deze zonnecellen zijn nog zo nieuw, dat de Europese ruimtevaartorganisatie ESA ze pas in september de ruimte in heeft gestuurd met de lancering van SMART-1. Deze cellen worden in drie lagen aangebracht. Ze slaan 24.5% meer energie op dan de cellen die bij Nuna I zijn gebruikt. Meer energie kan dus worden opgevangen en omgezet in energie. Wat zijn de voor- en nadelen van zonnewagens Auto s op zonne-energie zijn al op de weg getest. Het nadeel van deze auto s is dat ze zeer veel zon nodig hebben om goed te kunnen rijden. Veel landen beschikken helemaal niet over zoveel zon en dus zal zo n auto niet genoeg energie hebben om goed te kunnen rijden dus: lang genoeg en hard genoeg. Daarnaast zijn zonnecellen en zonnepanelen nog schrikbarend duur, ook al is het niet nodig dezelfde cellen te gebruiken als in Nuna II omdat deze helemaal onbetaalbaar waren. Voordelen zijn dat een zonnewagen helemaal geen brandstof verbruikt, hij rijdt alleen op zonne-energie. Dit is erg prettig aangezien de voorraden van fossiele brandstoffen misschien niet al te lang meer meegaan. Ook stoot een zonnewagen geen schadelijke stoffen uit en dat is natuurlijk heel gunstig voor het milieu. Kunnen we in de toekomst zonnewagens gaan gebruiken Natuurlijk een belangrijke vraag ook rekening houdend met het oog op het broeikaseffect en olievoorraden die wellicht over enkele tientallen jaren op zijn. De techniek met de zonnepanelen is breder toepasbaar, maar in de vorm zoals gebruikt in Nuna II erg kwetsbaar. Daarom zullen er in de nabije toekomst geen auto's gaan rijden op zonne-energie. Wat wel waarschijnlijk is, is dat autofabrikanten zonne-energie gaan toepassen voor het voeden van onderdelen van de auto zoals de autoradio, het navigatiesysteem of de DVD-speler. Op welke punten verschilt een zonnewagen van een gewone auto - Energiebron - In de eerste plaats natuurlijk de energiebron. Een zonnewagen rijdt, voor het grootste gedeelte op zon, en een normale auto rijdt op benzine of diesel. - De Techniek: De verdere techniek achter een zonnewagen is natuurlijk ook heel anders dan die van een normale auto. Omdat wij, en waarschijnlijk ook u, zeer weinig weten over de technische details van auto s zullen we hier niet verder op in gaan. - Het Design: Een ander verschil is dus het design en het materiaalgebruik. Zonnewagens moeten heel licht zijn omdat de motor anders niet krachtig genoeg is om een wagen van bijvoorbeeld staal te kunnen voortbewegen. Daarom zal de zonnewagen van een veel lichter materiaal moeten zijn dan de gewone auto. Verder verschilt de zonnewagen die we nu kennen van de World Solar Ch op nog veel meer punten dan de bovengenoemde drie omdat deze gewoon nog niet gemaakt is voor een gezin. Deze zonnewagens zijn gewoon nog helemaal niet functioneel. Wat er nog moet veranderen aan de zonnewagens en of we ze echt in de toekomst kunnen gebruiken leest u verderop in ons werkstuk. Pagina 4 van 5

5 Bronvermelding Voor het maken van dit verslag hebben we de volgende bronnen gebruikt: 2003, Background, Event History, Solar Cars 22 oktober 2003, Ruimte-zonneraceauto Nuna II wint World Solar Ch!, 13 oktober 2003, Nederlandse ruimte-zonneracewagen klaar voor de start!, 21 augustus 2003, Nederlandse zonneracewagen klaar voor de strijd 20 augustus 2003, Opnieuw een ruimte-zonneraceauto aan de start, Het klimaat van Zuid-Oost Australië, De Australische seizoenen, De zon, oktober 2003, Allemaal een zonnewagen, Pagina 5 van 5