Аннотация:
Британец Шон Райан не был ни инженером, ни профессиональным велосипедистом, он просто хотел выяснить, как далеко сможет проехать велосипед с электроприводом, когда солнце было его единственным топливным баком. Факты доказали, что этот самодельный электрический велосипед на солнечной энергии может проехать более 1000 километров по французским дорогам и пересечь многочисленные альпийские перевалы.
Ruian восстанавливает автомобили с нуля. Он установил солнечные панели на грузовой мотоцикл, соединил его с двигателем, расположенным посередине, и разработал собственную систему управления аккумулятором. После нескольких недель испытаний в Ноттингеме, Англия, он взял велосипед на международные соревнования по велоспорту на солнечной энергии Sun Trip в этом году.
Journey to the Sun была основана в 2013 году французским исследователем Флорианом Байи. В 2010 году Байи в одиночку проехал на электрическом велосипеде на солнечной энергии из Франции в Японию. С тех пор эта личная экспедиция превратилась в организацию, занимающуюся продвижением возобновляемых источников энергии, устойчивым транспортом и технологиями гражданского строительства, а также достижением своих целей посредством велосипедных экспедиций на большие расстояния.
Это мероприятие отличается от традиционных профессиональных велосипедных соревнований тем, что участникам не гарантируются транспортные средства и нет системы материально-технической безопасности. Гонщикам остается самим планировать свои маршруты, разбивать лагерь, обслуживать свои транспортные средства и управлять ограниченным энергетическим бюджетом. Они могут выбрать собственный маршрут между обязательными контрольно-пропускными пунктами или следовать по отведенным для мероприятия местам. С момента своего создания соревнования проходили по всей Европе, Центральной Азии, Китае и Северной Африке, а также гонки на короткие дистанции, ограниченные Францией или Альпами.
В этом году альпийский этап пройдет в регионе Овернь-Рона-Альпы во Франции. Участникам предстоит подняться на множество гор, включая перевал Галибье. Перевал Галибье находится на высоте 2642 метра над уровнем моря, а перевал Изеран, расположенный на высоте около 2770 метров над уровнем моря, является самым высоким перевалом с твердым покрытием в Альпах. Финальная гонка завершается в Альбервиле.
Очки в соревновании подсчитываются на основе пройденного расстояния и пройденных контрольных точек, но существует одно правило: любой, кто использует электроэнергию из сети, будет дисквалифицирован из солнечной команды. Руян сказал, что после подключения к электросети вы все равно можете продолжать участвовать во всем мероприятии, но больше не имеете права соревноваться за групповые очки солнечной энергии.
В качестве базовой модели Ruian выбрал грузовой велосипед Omnium производства Paradise Cycles. Стойка в передней части автомобиля обеспечивает устойчивую монтажную платформу для солнечных панелей, и после снятия панелей велосипед по-прежнему можно использовать в качестве ежедневного грузового автомобиля.
В системе питания используется среднерасположенный двигатель Tongsheng TSDZ2B мощностью 250 Вт, предоставленный Varstrom, и две 36-вольтовые батареи: одна от EM3-EV и одна от Infinit. Солнечная система подключает панели напрямую к контроллеру заряда с отслеживанием точки максимальной мощности Genasun GVB-8, который затем подает питание на батарею. Это устройство может преобразовывать изменяющееся выходное напряжение солнечной панели в стабильное напряжение, подходящее для зарядки аккумулятора. Энергетический путь всей системы – «солнечная панель – контроллер заряда – аккумулятор», и при этом возникают лишь небольшие потери.
Изначально Райан планировал установить три панели по 100 Вт, чтобы закрыть всю переднюю грузовую платформу. Хотя это привело к увеличению мощности, испытания показали, что автомобиль станет слишком длинным, слишком широким и негибким в движении и в ограниченном пространстве. Поэтому в конечном итоге он уменьшил мощность солнечной батареи до 200 Вт, решив, что это, вероятно, близко к минимуму, необходимому для преодоления больших расстояний и горных восхождений.
Это решение стало ключевым для всего дизайна. После загрузки всего багажа, такого как туристическое снаряжение и фототехника, общий вес велосипеда достигает 61 килограмма. Во время испытаний в Великобритании Райан обнаружил, что автомобиль потребляет от 10 до 12 ватт-часов на милю, что эквивалентно примерно 6-7,5 ватт-часам на километр. Хотя солнечные панели рассчитаны на 200 Вт, реальная мощность обычно составляет от 70 до 100 Вт, в зависимости от погоды и угла наклона солнца.
В самый трудный день Sun Tour он проехал 130 километров по большому количеству горных участков. В тот день контроллер заряда зафиксировал 985 ватт-часов доступной солнечной энергии, поступившей в электрическую систему автомобиля, что эквивалентно примерно 7,58 ватт-часа на километр или примерно 12,2 ватт-часа на милю при средней скорости от 21 до 22 километров в час.
Самый большой кризис во время поездки произошел во время жары. В это время температура во Франции поднялась до 41 градуса по Цельсию, а под Лионом вспыхнули лесные пожары. Высокие температуры вызвали проблемы с одной из модульных батарей Infinit компании Ruian: система управления батареями отказывалась принимать солнечную зарядку из-за перегрева.
Райан объяснил, что система управления батареями на самом деле выполняла защитную функцию, но это означало, что в течение дня он не мог хранить всю энергию, вырабатываемую солнечными панелями. Оглядываясь назад, он считает, что самый прямой способ улучшить его — установить батарею в полностью затененном и изолированном от высоких температур месте.
Он также подозревает, что структура аккумуляторов Infinit может усугублять проблему. В отличие от традиционных аккумуляторных блоков, в которых элементы надежно закреплены точечной сваркой, в этой восстанавливаемой батарее для фиксации элементов используются механические средства. Райан сказал, что при одновременной разрядке и получении солнечной зарядки контактное сопротивление в соединении элемента может генерировать дополнительное тепло. Однако он подчеркнул, что на данный момент невозможно определить, является ли это источником сбоя, а может лишь сказать, что это, возможно, способствовало сложившейся ситуации.
Солнечные панели в целом выдержали испытание конкурентов, но тепловые проблемы батарей в сочетании с и без того ограниченным энергетическим бюджетом в конечном итоге вынудили Руиана дважды подключаться к электросети во время поездки, восполняя в общей сложности около 1 киловатт-часа электроэнергии, и поэтому потеряли квалификацию для борьбы за солнечную панель.
Райан признался, что сократил мощность солнечной батареи с 300 Вт до 200 Вт, чтобы улучшить маневренность автомобиля. Оглядываясь назад, можно сказать, что эта мощность, вероятно, была на пределе возможностей справиться с расстоянием и рельефом местности. Эффективность самого велосипеда довольно хорошая: 200-ваттная солнечная панель обеспечивает почти всю мощность, необходимую в хороший день, но система не оставляет много места для экстренных ситуаций.
Что касается того, сможет ли транспортное средство завершить гонку на солнечной энергии, если аккумулятор всегда работает нормально, Райан не может дать однозначный ответ. Он считает, что результат будет очень близким: в некоторые дни достаточно и 200 Вт, но на альпийских маршрутах с частыми переменами погоды и интенсивными подъемами запас энергии действительно ограничен.
Двигатель также прошел испытания. Перед гонкой Райан беспокоился, что 250-ваттный среднерасположенный мотор Tongsheng станет слабым звеном при дальних высокотемпературных подъемах, и факты частично подтвердили его опасения. В условиях долгих и крутых подъемов в Альпах этой самой маленькой 250-ваттной версии приходится буксировать грузовой мотоцикл с тяжелым грузом, а тепловая нагрузка действительно оказывается чрезмерной.
Когда двигатель перегревается, подход Ruian прост: остановиться и подождать, пока он остынет. Несколько раз он даже лил воду прямо на корпус мотора. Он обнаружил, что поддержание вращения двигателя на высокой скорости более эффективно, чем работа двигателя на низкой скорости под большой нагрузкой. Поднимаясь на холм, он выбирал очень низкую передачу и позволял двигателю медленно толкать автомобиль вверх по склону на более высокой скорости. Хоть и не быстрый, но этот метод позволяет существенно снизить тепловую нагрузку.
Это также является преимуществом двигателя, установленного посередине, по сравнению со ступичным двигателем: он может использовать собственную систему трансмиссии велосипеда, чтобы поддерживать двигатель в более эффективном диапазоне скоростей на крутых склонах. Райан сказал, что, учитывая, что это всего лишь двигатель номинальной мощностью 250 Вт, его производительность уже достаточно хороша.
Райан не считает, что велосипеды на солнечных батареях подходят всем. Для человека, который каждый день проезжает всего несколько миль до работы и обратно и может подзарядиться по возвращении домой, установка солнечной системы на свой автомобиль может не иметь особого смысла. Но в мире велотуризма эта концепция демонстрирует еще больший потенциал. Он считает, что, хотя на этом маршруте много гор, если его использовать для относительно ровных поездок на дальние расстояния, преимущества солнечной энергии будут более очевидными.
Для Райана сценический автомобиль Alpine — всего лишь прототип. Он уже начал перепроектировать систему для достижения более сложной цели: участия в туре Sun Tour из Франции в Китай, запланированном на 2028 год.
Объявленный в настоящее время временный маршрут имеет длину около 15 000 километров и пройдет через Балканы, Турцию, Кавказ, Центральную Азию и западный Китай, минуя Россию и пересекая Каспийское море. Ожидается участие около 40 гонщиков. Однако маршруты и правила гонок по-прежнему могут меняться.
Чтобы совершить такое долгое путешествие, транспортное средство должно иметь большую зону сбора солнечной энергии. Но Райан исключил возможность простого расширения существующего вертикального велосипеда и покрытия его дополнительными панелями. Он считает, что аэродинамика и комфорт водителя будут становиться все более важными по мере увеличения ежедневного пройденного расстояния.
В настоящее время он рассматривает возможность преобразования грузового мотоцикла в полулежачую конструкцию с длинной колесной базой, которая позволит водителю сидеть перед исходной грузовой платформой и под более широким солнечным навесом. Ожидается, что эта конструкция улучшит аэродинамику, увеличит площадь солнечной панели и, что более важно, сделает посадку более удобной для поездок на большие расстояния в течение нескольких дней.
Это было бы значительным отходом от простоты первой машины. Райан сказал, что больше всего его привлекло в версии Alpine то, что это по сути обычный грузовой мотоцикл, оснащенный только 250-ваттным двигателем, установленным посередине, солнечным контроллером заряда и 200-ваттными солнечными панелями. Это доказывает, что для реализации основных функций солнечного велосипеда не обязательно создавать специальное транспортное средство со сложной конструкцией и странным внешним видом.
Однако модели, поставляемые из Франции в Китай, неизбежно будут более специализированными. Опыт, полученный Райаном от этого первого простого прототипа, также послужит основой для разработки следующего солнечного велосипеда с дальним пробегом.
Комментарии