Het paneel, de zon als kracht voor duurzame energie

De elektrotechniek in de zonneauto zorgt ervoor dat de zonne-energie die het zonnepaneel opvangt wordt omgezet in de voortstuwing van de zonneauto. Belangrijk voor de aansturing is dat de opgevangen zonne-energie zo optimaal mogelijk kan worden gebruikt ten behoeve van racewinst voor Solar Team Twente.

Lees hieronder het hele artikel
 
Maximale energie

Om de maximale hoeveelheid energie uit het zonnepaneel te halen, worden SABINE, een solar array balancing interface, en JANINE, de Motor Controller Unit, gebruikt. De eerste zorgt voor meer rendement uit de zonnecellen, die met name in de schaduw en op het bolvormige oppervlak zitten. De tweede gebruikt de binnengehaalde zonenergie om de in-wheel motor aan te sturen. Deze elektromotor is een eigen ontwerp van Solar Team Twente, dat in de loop der jaren steeds verder is verfijnd.

Bekijk hier het talent die gewerkt heeft aan het onderdeel zonnepaneel:

#talent

Twents talent: Rob Kräwinkel

Buffer aan zonne-energie

De compacte accu zorgt ervoor dat de zonneauto een buffer aan energie heeft. De accu is door Solar Team Twente zelf in elkaar gelast en is gekoppeld aan een zelf ontwikkeld Battery Management System. Door de aanwezige accu kan de zonneauto op volle snelheid doorrijden bij onverhoopte bewolking of regen. Ook kan extra zonenergie worden opgeslagen tijdens de verplichte controle-stops van World Solar Challenge.

Schaduw levert energie

Tijdens de World Solar Challenge rijden alle teams op de energie van de zon, die voortkomt uit licht en straling. Zonnecellen zijn de bouwstenen van zonnepanelen. De zonnecellen die de deelnemers tijdens de race gebruiken, zijn in groepen ingedeeld. Door schaduw van bijvoorbeeld de cockpit, door verschillen in lichtinval vanwege de kromming van de gestroomlijnde zonneauto of door vuil is de opbrengst van de verschillende zonnecellen niet altijd gelijk. Wanneer één cel minder presteert in een groep zonnecellen, presteerde voorheen de rest van de cellen in de groep hetzelfde als de slechts-presterende cel. SABINE is een eigen ontwerp en ontwikkeling van Solar Team Twente, die voor het eerst is toegepast in 2015 en vernieuwd in de jaren daarna. Dit elektronische systeem maakt het binnenhalen van extra zonenergie mogelijk op het moment dat er schaduw op het zonnepaneel valt. Het helpt raceminuten besparen.

Zwakste schakel

SABINE staat voluit voor Solar Array Balancing Interface Not Expected. Het systeem zorgt ervoor dat het zonnepaneel beter kan omgaan met schaduw op en krommingen in het paneel. In conventionele zonnepanelen trekt de ‘zwakste schakel’ de elektriciteitsproductie van het gehele, in serie geschakelde paneel omlaag. SABINE voorkomt dit effect. 

 

Tijdens de Bridgestone World Solar Challenge rijden teams op energie van de zon. De zonnecellen die de zonneauto’s gebruiken tijdens de race, zijn in groepen ingedeeld. Wanneer één cel minder presteert in zo’n groep, presteerden tot nu toe de rest van de cellen in de groep hetzelfde als de slechts-presterende. SABINE zorgt ervoor dat de energie wordt gebalanceerd en niet naar beneden wordt getrokken. De energie van de overige cellen wordt als het ware door deze slecht presterende cel gepompt waardoor het lijkt alsof deze toch nog genoeg opbrengt, zoals hiernaast is geïllustreerd. SABINE is voor het eerst gebruikt in editie 2015. Dit jaar is het ontwerp van SABINE volledig op de schop genomen en volledig herontworpen. Hierdoor is de winst die SABINE behaalt nog vele malen groter.

Oorspronkelijk idee

De ontwikkeling begon al in 2011, toen de 0.0-versie ontstond van de dan nog naamloze Maximum Power Point Tracker (MPPT). Het oorspronkelijke idee was dat wanneer in serie geschakelde cellen schaduw ondervinden, het maximum power point hoger dient te liggen dan het minimale voltage van de op dat moment slecht presterende cel in de schaduw. Toen was SABINE geconcipieerd. Deze systeemoplossing waakt er elektronisch voor dat de energie wordt gebalanceerd en niet naar beneden wordt getrokken. Dit betekent dat Solar Team Twente 10 tot 20 procent meer energie-inkomsten heeft op schaduwmomenten. Door SABINE toe te voegen aan de DAQ-software van Solar Team Twente, een digitaal programma waarin de rijgegevens kunnen worden geanalyseerd, kan SABINE tijdens de race exact worden gevolgd.

Zonnecellen vangen licht

Het zonnepaneel is de bron van de energie-inkomsten voor de Twentse zonneauto. Het paneel vangt licht op en de zonnecellen zetten dit om in elektrische energie, die vervolgens naar de accu en daarna naar de motor wordt geleid. Zonder zonnepaneel zou de accu na een paar uur rijden al leeg zijn. Het zonnepaneel bestaat uit zonnecellen, die in groepen in een beschermende en lichtvangende laag zijn neergelegd en bevestigd op de bovenzijde van de zonneauto. Het verdelen van de zonnecellen is een flinke puzzel. Er zijn twee varianten: vierkante en gesneden cellen.

Optimale hoek zonlicht

In de loop van iedere dag, gedurende de periode dat de Aarde overdag om de Zon draait, verandert de optimale hoek voor de zonnecellen. Zonnepanelen die in een vaste positie op een voertuig zijn aangebracht, ondergaan perioden waarop ze minder efficiënt zijn. De zon komt op, staat op het hoogste punt en gaat weer onder. Zelfs een flauwe bocht in de weg berooft de zonneauto van zonkracht. Solar Team Twente voorkomt dit probleem met ELINE, het verstelbare zonnepaneel dat kan bewegen om de beschikbare stroom uit zonlicht te maximaliseren. Tegelijkertijd zorgt SABINE ervoor dat bij eventuele schaduw het rendement uit de zonnecellen maximaal blijft. Boven helpt de Solar Array Heatmap (SAHM) voor de nauwkeurige bepaling van de energieopbrengst per zonnecel, bijvoorbeeld om te weten of een zonnecel teveel in de schaduw van iets zit. 

Sponsoren

Lees hier meer over deze hightech-bedrijven uit ondernemend Twente!

 

Overige sponsoren van Solar Team Twente:

 

  • Altium uit Amersfoort

Bekijk alle onderdelen van de #zonnewagen

#energietechnologie

Solar Team Twente deelt kennis met RED Engineers van de toekomst

#zonnewagen

Het paneel, de zon als kracht voor duurzame energie

#zonnewagen

Zonnepaneel ELINE, maximale kracht uit de zon

#zonnewagen

Zonne-energie, de zon als onuitputbare bron

#zonnewagen

Structureel ontwerpt, vorm volgt functie

#zonnewagen

Mechanica, bewegende onderdelen

#zonnewagen

Elektrotechniek, elektrische onderdelen voor energiedistributie

#zonnewagen

Duurzame mobiliteit, aarde en zon als energiebron

#zonnewagen

Techniek winnend managen