1

Solar Car Design

Solar Car design

Overzicht

• Zonnecel

• Keuze DC-motor

• Energieverdeling- keuze overbrengingsverhouding

Zonnecel

• Werking zonnecel

• Het zonnepaneel

• Zonlicht

Werking zonnecel • Zonlicht = Fotonen

Fotonen bevatten energie

• Zonnecel Foton wordt geabsorbeerd

Energie van de foton wordt overgedragen op elektronen in de cel

Cel genereert elektriciteit

Werking zonnecel: Vereenvoudigd equivalent schema

I = Isc − Is eU

m . N .Ur −1

Isc: kortsluitstroom = Iph

Is: saturatiestroom (10e-8 A/m²)

Ur: thermische spanning (25,7 mV bij 25°C)

m: diode factor 1….5 (te bepalen door meting)

N: aantal zonnecellen in serie

Werking zonnecel: U-I karakteristiek

Uoc

Isc

Isc= kortsluitstroom Uoc = openklem spanning

Werking zonnecel: Van zonnecel tot zonnepaneel

• U vergroten door serieschakeling van identieke cellen

• I vergroten door parallel schakeling identieke van cellen

Werking zonnecel:Maximum vermogen punt

P = U.I

Werking zonnecel : Factoren die de prestatie van de zonnecel

beïnvloeden

• Intensiteit van het licht

afhankelijk van atmosferische condities: wolken, seizoen,vervuiling

• Invalshoek van de zonnestralen met de zonnecel

afhankelijk van het tijdstip: uur, maand

Werking zonnecel : lichtintensiteit

Variaties in de lichtintensiteit beïnvloeden de uitgangsstroom

De uitgangsstroom varieert recht evenredig met de lichtintensiteit

Werking zonnecel: invalshoek• Hellingshoek

van het paneel met de grond

Zonnestralen

Hellingshoek

Solar Panel

Werking zonnecel: invalshoek

Oost West

namiddagvoormiddag

middag

Werking zonnecel: invalshoek

Variaties in invalshoek beïnvloeden de uitgangsstroom

Een hellingshoek van 60° halveert het vermogen

Zonnepaneel

• Groep T-zonnepaneel bij 1000W/m², 25°C, AM 1.5

– Isc= +/- 0,88A– Uoc= +/- 9V

Zonlicht

• Atmosfeer: absorptie en diffusie van zonlicht

• Zonnespectrum is afhankelijk van lengte van lichtpad door de atmosfeer

• Aard van spectrum aanduiden door AM• AM: Air Mass • AM = lengte lichtpad/minimale lengte lichtpad

Zonlicht• AM0= Air mass zero

= spectrum in vacuüm (dus zonder atmosfeer)

• AM1= indien zon in het zenith staat • Zenith = hoogst mogelijke positie van de zon aan de hemel

• AM1,5= spectrum van standaard zonlicht,

= voor karakterisatie van zonnecellen= komt overeen met 48° tussen zon en zenith

Zonnepaneel

– Elektriciteit leveren om de motor aan te drijven

– Zonnepaneel in bruikleen. • Paneel (incl. bedrading) : in oorspronkelijke staat

terug geven• Connectie met motor verwijderbaar.

DC motor

DC motor

DC motor

DC motor

DC motor

momentary operation

continuous operation

T

Nm

DC motor

DC-motoren: zonnepaneel + motor

Keuze van de overbrenging

• Formules

• Karakteristiek

• Zonnepaneel – motor combinatie

• Straal wiel ook belangrijk

SSV : Transmissie•Doel: Overbrengen van de

rotatie van de motor op de as van het SSV

•Hoe: TandwielenRiemenKetting

SSV: Transmissie -Tandwielen

Overbrening tussen parallelle assen

rechte vertanding schuine vertanding

SSV: Transmissie -Tandwielen

Overbrenging tussen: Loodrecht snijdende assen:

kegel wielen

Loodrecht kruisende assen:

worm-wormwiel

SSV: Transmissie -Riemen

Riem• Vlakke riem

• V-riem

• Getande riem

Bijhorende Riemschijven

Riemschijven raken elkaar niet

Groter over te brengen vermogen

SSV: Transmissie – Ketting

Ketting + kettingwiel (Vormgesloten overbrenging)

SSV: Transmissie – Overbrengingsverhouding

Toerentalreductie :

Als aandrijvend wiel kleiner is dan

aangedreven wiel

P = T.ω = Constant

Gevolgen aangedreven wiel:• Lager toerental

• Hoger koppel

Aandrijvend wiel

Aangedrevenwiel

SSV: Transmissie – Overbrengingsverhouding

Toerentalverhoging :

Als aandrijvend wiel groter is dan aangedreven wiel

P = T.ω = Constant

Gevolgen aangedreven wiel:

• Hoger toerental• Lager koppel

Aandrijvend wiel

Aangedreven wiel

SSV: Transmissie – Overbrengingsverhouding

Voorbeeld:• Aandrijvend wiel: 12 tanden, 60tr/min

• Aangedreven wiel: 24 tanden , ? tr/min

• Overbreningsverhouding ii = zg/zd =24/12 = 2

• Toerental n:i = 2 = nd/ng = 60/ng

=> ng = 60/2 = 30 tr/min

Aandrijvend wiel

Aangedrevenwiel

Koppel vs Snelheid

1 2 3 4 5 6 7 8 9 100.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

Overbrengingsverhouding i

T/(

10T 0)

/

0

Koppel

Toerental

Montage voorbeeld

Hoe snel zullen we rijden?

rondsel 10 tanden

Wiel 40 tanden

5 cm wiel

tussenwiel

Motor 8.300tr/min

Totale overbrenging

• Overbrenging via bv. tandwielen

• Straal van de wielen

F = k T

k

ω=v

k =i

Rwiel

Totale overbrenging

• Lage k– Hoge topsnelheid– Kleine versnelling

• Hoge k– Lage topsnelheid– Grote versnelling

k optimaliseren

(hint: teken v(t) grafiek)

F = k T

k

ω=v

k =i

Rwiel

Totale overbrenging

• Energiebalans opstellen– Vereenvoudig zonnecelkarakteristiek– Eerst alle verliezen verwaarlozen– SSV vrijmaken

Einput=∫ Fdx=E kin

F

maxmaxmax xK,,I,Um,f=k

Totale overbrenging

• Verliezen in kaart brengen– Sankey diagram

Energieverdeling Sankey diagram

• Breng de elementen die energie opwekken/omzetten/consumeren in kaart

• Zet de elementen in logische volgorde

• Bereken/schat het verlies (uitgedrukt in Watt) van elk element

• Teken een voorlopig Sankey diagam

• Denk eraan: Sankey staat in Watt, energiebalans in Joule

Totale overbrenging

• Verfijnen– Helling– Verliezen

• 3e graadsvergelijking in k– Iteratief op te lossen– Begin bij k uit eenvoudig geval

2...1 Q+QE+E=dx'F=E' gravkininput ∫

maxmaxmax xK,,I,Um,f=k

Overzicht

• Zonnecel

• Keuze DC-motor

• Energiebalans - optimale overbrenging– Indien overbrenging niet mogelijk: kies

andere motor– GEEN Maple!!

Sterkteleer

• Maak eerst de hele SSV vrij– Welke krachten grijpen er op in

• Maak vervolgens de as vrij

Actie !

Actie !

• Bestellen motor:– www.farnell.com– Search: DC motor– Bestellen + betalen: ten laatste week 4

– Let op beschikbaarheid:• First come, first served!

• Ergens anders mag natuurlijk ook