Despertaferro, el primer vehicle solar català

despertaferro.qxd 17/5/2005 17:15 Página 3

Edició: juny del 2005© 2005, Col·legi Oficial d’Enginyers Industrials de Catalunya

Col·legi Oficial d’Enginyers Industrials de CatalunyaVia Laietana, 3908003 BarcelonaTel.: 93 319 23 00Fax: 93 319 06 81A/e: [email protected]

http://www.eic.es

Coordinació:Ricard Bosch i Tous

Autors:David Pifarré i MartínezJoan Orús i VallsArnau PlanasEduard Ferrero i AragonésFrancesc Puig i MasLluís Raurich i MolinasMoisès Morató i GüellOriol Calaf i CentellasSergi Fonseca i CasañasDisseny i maquetació: Santi Satústegui

Revisió lingüística: Mercè Molins

La reproducció total o parcial d’aquesta obra per qualsevol procediment, comprenent-hi lareprografia i el tractament informàtic, com també la distribució d’exemplars mitjançant llo-guer i préstec, resten rigorosament prohibides sense l’autorització escrita de l’editor i esta-ran sotmeses a les sancions establertes per la llei.

Impressió: Artyplan




6

Índex

1 Introducció ................................. pàg. 8

2 Una aventura amb la tecnologia ............ pàg. 10

3 La cursa sunrace 2000 .......................pàg. 12

4 Experiències del vehicle solar català ..... pàg. 16 4.1 fabricació amb ajuda de les empreses ......................... pàg. 164.2 proves realitzades .......................................................... pàg. 174.3 actes i esdeveniments .................................................... pàg. 184.4 cinc anys més tard .......................................................... pàg. 20

5 Passat, present i futur del vehicle solar ... pàg. 225.1 història i evolució .......................................................... pàg. 225.2 limitacions actuals ......................................................... pàg. 255.3 aplicabilitat .................................................................... pàg. 265.4 el futur del vehicle solar .................................................. pàg. 29

6 La tecnologia dels vehicles solars ........ pàg. 30 6.1 objectius del disseny ...................................................... pàg. 33 6.2 característiques dels vehicles solars ............................. pàg. 366.3 el funcionament elèctric del despertaferro .................... pàg. 376.4 instrumentació i telemetria ............................................. pàg. 60 6.5 la mecànica d’un vehicle solar ........................................ pàg. 64 6.6 carrosseria i bastidor ..................................................... pàg. 70

7 Agraïments ................................. pàg. 76

8 Bibliografia ............................... pàg. 78

9 Vehícles solars participants a curses ..... pag. 84

10 Els protagonistes .......................... pàg. 92



8

Pole position!! Així podem resumir l’esperit amb què aquest projecte vanéixer. Un esperit de superació i d’inquietud que en aquests tempsencara es manté viu en el cor dels enginyers. Un esperit d’innovacióque ens empeny a estudiar i comprendre allò que no sabem, peròtambé un esperit competitiu que ens porta a donar-ho tot per tal d’a-conseguir allò que ens proposem.

Va ser el 1998 quan aquest esperit va portar a un grup d’estudiantsd’enginyeria a acceptar el repte de la seva vida: crear de zero el primercotxe solar de l’Estat espanyol i fer-lo córrer a Austràlia contra elsmillors cotxes i les millors tecnologies en la cursa Sunrace 2000.Aquest repte es va materialitzar en forma de Projecte Final de Carrera(PFC). Un PFC que pretenia potenciar la utilització d’energies renova-bles, el desenvolupament sostenible de les activitats de l’ésser humà iinvestigar dins del camp de l’energia elèctrica aplicada als mitjans detransport. Però també va ser una cursa personal, una lluita contra lainexperiència, la falta de recursos, el temps i contra un mateix.

El Despertaferro és molt més que un cotxe solar. És el resultat d’unavisió, és un repte que va més enllà de la presentació d’un PFC, és unacriatura viva que conté els sentiments i les emocions de les personesque el van fabricar, l’orgull dels professors que hi van participar, itambé la confiança de les empreses i les institucions sense les qualsaquest projecte no hauria nascut. És fruit de l’esforç dels companys ila important col·laboració entre la universitat i l’entorn empresarial,clau en la realització d’aquest projecte, amb l’aportació dels fons, elsmaterials i l’experiència necessàries.

1. Introducció


I és ara quan l’escalfament global és un fet, les reserves de petroli dis-minueixen i els recursos naturals s’esgoten quan s’ha de recollir el tes-timoni d’aquest projecte i s’ha d’impulsar una nova generació d’alum-nes que continuïn amb el repte del Despertaferro amb ajuda de lesempreses i la universitat.Però potser aquesta vegada no és necessari anar-se’n fins a Austràlia.A casa nostra podria néixer una nova cursa internacional... i potserserà ben aviat!!

Ricard Bosch TousDr. Enginyer Industrial

9


2. Una aventura amb la tecnologia

10

La lectura d’aquest llibre pretén que el lector entri dins el món dels vehi-cles solars. La història dels vehicles solars és recent, però ha sofert unagran evolució en els seus darrers anys. Sorgint d’Austràlia ha vist com alsanys 90 grans companyies i universitats de tot el món s’endinsaven en larecerca d’aquest nou mitjà de transport com a possible alternativa alsproblemes mediambientals dels mitjans de transport actuals.

Aquest llibre dóna una idea realsobre el present i el futur d’aquestsvehicles, així com de les curses icompeticions que hi ha al món, i del’estat de la tècnica sobre la cons-trucció dels vehicles solars.

Narrarem l’experiència del Desper-taferro, de les seves primeres pro-ves, de la cursa Sunrace 2000, cele-brada el febrer de 2000 a Austràlia, ide les seves posteriors exhibicionsen terres catalanes.

Explicarem com ha estat realitzada la construcció del vehicle solarDespertaferro, el primer vehicle solar català i espanyol, en cada un delscamps de la tecnologia on cal rendibilitzar el vehicle. Parlarem de la des-cripció general del vehicle perquè el lector pugui fer-se una idea física delque són els vehicles solars. També comentarem com és la conducció delvehicle; el sistema de captació, magatzem i aprofitament d’energia solar;la mecànica; el bastidor i la aerodinàmica. En cada un d’aquests camps

El Despertaferrodurant la cursa SUN-RACE 2000 perterres australianes,en carretera oberta.


donarem una visió sobre el Despertaferro i sobre la tecnologia d’altresvehicles existents en el món.

L’objectiu d’aquest llibre és el d’apropar el lector al món de la tècnica delsvehicles solars a través dels ulls i l’experiència realitzada per un grupd’estudiants d’enginyeria que en el seu Projecte Final de Carrera van dura terme el Despertaferro.

11


3. La cursa Sunrace 2000

12

La Sunrace és una cursa de vehi-cles solars que se celebra anual-ment a Austràlia. El recorregut del’edició del febrer del 2000, any en elqual va participar el Despertaferro,va ser de 1.790 km entre Sidney iMelbourne. La cursa es divideix enset etapes i el vehicle vencedor és elque esmerça el menor temps encompletar-les.

Preparatius de la carreraParticipar en una cursa que se celebra a 22.000 km de casa i amb lesnecessitats específiques tant especials de les carreres de cotxessolars, implicava una logística i uns preparatius de l’EquipMediterrani que només es podien preparar “in situ”. Per això l’Equipes va traslladar a Austràlia dies abans de l’inici de la carrera. Durantels dies previs a la cursa va ser vital la col·laboració de laUniversity of Technology Sydney (UTS).

Per transportar el nostre vehicle vam haver de desmuntar-lo endues peces perquè els sis metres de longitud no caben en elscontenidors normalitzats de transport. El patrocinador va ferpossible que el Despertaferro viatgés cap a Austràlia ambavió, la qual cosa ens va permetre guanyar un últim mes deproves i ajustos molt productiu.El dia 3 de febrer del 2000 tots els membres de l’EquipMediterrani ens trobàvem ja a Sidney, en un magatzem

"Recepció de lacaixa amb el vehicle.

Proves classifica-tòries.


davant d’un enorme contenidor de fusta de 6 x 2 x 1 m. A dins, la nos-tra criatura, el Despertaferro, molt més que un vehicle solar: una aposta,una il·lusió, el fruit de tantes hores de treball, gestions i presentacions.

En aquells dies previs calia solucionar els tràmits d’aconseguir elsvehicles de suport, un remolc per al vehicle solar, una emissora deràdio per a comunicar-se entre els vehicles del comboi, contactar ambl’organització de la cursa per enllestir els temes pendents, realitzarl’assegurança per al vehicle solar, organitzar tots els recanvis i einesper a una ràpida intervenció en cursa i un llarg etcètera.

Amb el temps just per a fer una prova en moviment en un aparcamentcedit per la universitat, l’Equip va arribar a la vigília de la cursa amb elvehicle a punt. Només un contratemps d’última hora va afectar la nos-tra activitat durant els dies de la cursa. L’ordinador portàtil que haviade rebre via ràdio les dades del Despertaferro es va espatllar sensetemps material per a ser substituït.

Proves classificatòriesLa prova de velocitat punta servia per a definir l’ordrede sortida de la primera etapa. Entre tots els vehicles,el més veloç va ser el Despertaferro. Un èxit que deper si ja justifica el fet d’haver anat fins a Austràlia.

Com a anècdota, explicarem que tan forta va serl’embranzida del vehicle que en els pocs metreshàbils per realitzar la frenada i a causa de laintensitat de la mateixa, el pneumàtic posteriorva rebentar. Aconseguir la pole position no va ser l’únicaraó que va fer que el vehicle solar català fos el centred’atenció. Les diferències entre el nostre vehi-cle i la resta eren evidents a simple vista: l’ae-rodinàmica, la forma d’accés al lloc de con-ducció, l’ergonomia del conductor, l’alçada delvehicle...

1a Etapa: Sidney–CanberraVa ser especialment emocionant sortir elsprimers, per davant de l’Opera House deSidney. Però, per l’emoció del moment o pel

13

"Sortida de laSunrace 2000 aSidney en la 1aposició.

El Despetaferroper les carreteresaustralianes.

Circulació en tràn-sit obert.


desconeixement de la ciutat, el Despertaferro es va perdre pels carrersde la ciutat quan vam malinterpretar el vehicle de l’organització. El méssorprenent va ser que la resta de participants van confiar cegament enel nostre recorregut i ens van seguir en la nostra equivocació.El mal temps també va ser el protagonista, que va provocar que elDespertaferro no pogués acabar l'etapa. Només tres vehicles vanaconseguir passar per la línia d’arribada.

2a Etapa: Canberra–Wagga WaggaEn la 2a etapa el Despertaferro va patir seriosos problemeselèctrics derivats de la pluja del dia anterior, que van obli-gar l’Equip a abandonar i passar la nit solucionant els pro-blemes per poder continuar en carrera. El cas és que lapluja havia mullat la superfície de cèl·lules i feien un malcontacte elèctric.

3a Etapa: Wagga Wagga-Hay El Despertaferro va circular durant 275 km a una velocitat mit-jana superior als 70 km/h, i va completar sense problemes lanostra primera fase de la cursa. Completar-la va ser una injec-ció de moral molt important per als components de l’Equip, quevèiem recompensa a l’esforç fet durant tot el projecte i moltespecialment a la feina que s’havia realitzat la nit anterior.

4a Etapa: Hay-Mildura En la 4a etapa van sorgir alguns problemes en la comporta delconductor, la qual es va obrir amb violència coincidint amb elcreuament amb un camió que circulava en sentit contrari. Elsdanys resultants d’aquest accident van ser molts i impor-tants. Va semblar que era la fi de la participació a laSunrace, però al final i després de passar la nitcanviant les cèl·lules afectades, el Despertaferro vatornar a estar a punt per continuar el seu periple capa Melbourne.

5a Etapa: Mildura-SwanhillEtapa totalment plana amb rectes infinites enmig d’un paisatgeàrid i quasi desèrtic. El Despertaferro va creuar la línia d’arribadadesprés de 250 km i després d’haver solucionat els problemes ambla carrosseria del dia anterior.

14

Danys en la com-porta del conductor.

Canvi de con-ductor durant el tra-jecte.

"El Despetaferro alcircuit de F1d'Albert Park.


La curiositat del jornada van ser els petits tornados, coneguts aAustràlia com a Willy Willies, que en diverses ocasions van passar fre-gant el nostre vehicle.

6a Etapa: Swanhill-BendigoMolts equips participants van tenir problemes. Per sort, elDespertaferro va creuar la línia d’arribada després de 250 km amb lesbateries quasi exhaustes.

En totes les etapes, cada hora s’havia de canviar de pilot, el qual entrava alvehicle amb una ampolla de dos litres d’aigua. A més, el pilot havia de pesaruns 80 kg. Si pesava menys es posaven sacs de sorra per a fer de llast.

7a Etapa: Bendigo-MelbourneAquesta etapa finalitzava donant tres voltes al circuit de F1 d’AlbertPark al bell mig de Melbourne. El Despertaferro va aconseguir els 95km/h de velocitat màxima en trànsit obert.

La victòria de la cursa va ser per al Sunshark, de la Universitat deQueensland, el qual va invertir el menor temps en recórrer els 1.790 kmque separen Sidney de Melbourne a una mitjana de 84,7 km/h.

Lliurament de premisFinalment el Despertaferro es va classificar com a sisè dels vuit cotxes solarsque van participar a la Sunrace2000. A l’entrega de premis, que esva celebrar a un cèntric hotel deMelbourne, vam tenir l’agradablesorpresa de rebre el premi a l’Equipmés coratjós en reconeixement delmèrit de superar tots els entrebancsque va patir durant la carrera.

15


4. Experiències delvehicle solar català

16

4.1 fabricació amb ajuda de les empresesAquest projecte es va dur a terme en bona part gràcies a la col·labo-ració entre universitat i empresa; una col·laboració que no es basavaúnicament en donacions o subvencions econòmiques, tot i que aques-tes són imprescindibles, sinó que es basava en què les empreses aju-dessin en qualsevol dels àmbits que constituïen el projecte. Aquestaajuda es va materialitzar en donacions de material, assessorament enel muntatge, cessió d’instal·lacions, assessorament tècnic especialit-zat i importants aportacions econòmiques.

Aquesta metodologia permet que qualsevol empresa pugui participaren el projecte, sigui amb aportacions econòmiques, amb idees, o ambel que cada empresa pugui aportar, de manera que es permet l’entra-da de tot tipus d’empreses o microempreses dins del projecte, afavo-rint d’aquesta manera el flux d’informació i experiència entre les dife-rents empreses i els alumnes i futurs enginyers.

Aquest tipus de relació entre l’empresa i la universitat pot ajudar aestablir uns forts lligams entre l’equip del PFC i les diferents empresescol·laboradores, lligams que posteriorment es poden transformar enofertes de treball i en futurs projectes.

I és ara, després d’aquesta experiència que demostra l’efectivitat d’a-quest flux de capital econòmic i humà, quan s’ha de fer una aposta peraquest tipus de relacions, en què les empreses guanyen en capitalhumà qualificat i en publicitat, la universitat guanya prestigi per mitjàdel PFC, i els alumnes guanyen la possibilitat de dur a terme aquellesidees que altrament no s’aprofitarien o mai podrien demostrar.


A més, aquest projecte no s’hauria pogut realitzar sense l’ajuda de lesempreses, les quals van apostar per un petit grup d’estudiants ambmoltes ganes i pocs recursos; per això, i en nom de l’EquipMediterrani, gràcies a totes les empreses participants (annex 1).

4.2 proves realitzadesDe les proves realitzades al llarg delprojecte es poden diferenciar clara-ment dues etapes: una primera etapacorresponent a les proves que es vanrealitzar a l’Escola d'EnginyeriaIndustrial de Barcelona i una altra deposterior que correspon a les provesque es van realitzar en el circuit deproves d'Idiada.

4.2.1 a l’escolaProves del motor elèctricTan aviat com l’Equip va disposar del motor elèctric que s’utilitzaria peral vehicle es van començar a fer proves de funcionament, règims i ren-diments amb el motor elèctric al laboratori de màquines elèctriques,Departament d'Enginyeria Elèctrica de l’Escola Tècnica Superiord'Enginyeria Industrial de Barcelona (ETSEIB).

Proves aerodinàmiquesUn cop totalment definida l’aerodinàmica del vehicle solar l’EquipMediterrani va realitzar unes maquetes a escala 1:10 per tal de realit-zar proves en el túnel de vent del Departament de Mecànica de Fluidsde la Facultat d’Enginyeria Superior Industrial de Barcelona.

4.2.2 A IdiadaLa possibilitat de fer proves al circuit d’Idiada, a Tarragona, i disposar deles seves instal·lacions va ser per a l’equip un punt clau per a la posta apunt del vehicle.

En les primeres proves que s’hi van realitzar es va comprovar el correcte fun-cionament general del vehicle excepte en alguns components com ara: elregulador del motor elèctric; la suspensió posterior, que era una mica tova; latransmissió, que tendia a fer sortir la cadena en els moments de fortes arran-cades o fortes desacceleracions; el potenciòmetre, que enviava la consignade velocitat al regulador del motor que es trencava amb molta facilitat.

17

Incidències en latransmissió durantles primeres provesrealitzades.


Després de les primeres proves es van realitzar els ajustos necessaris per talde solucionar els problemes detectats de la manera següent: aconseguir unregulador del motor més potent, endurir l’amortidor posterior, incorporar untensor per a la cadena i realitzar un potenciòmetre més robust.Un cop realitzades les modificacions necessàries es van tornar a realitzar pro-ves a Idiada per tal de confirmar el correcte funcionament de tots els compo-nents i per realitzar un rodatge tant del vehicle com dels conductors. Aquestrodatge va consistir a fer el major nombre de quilòmetres i a fer proves de fre-nada, estabilitat, fiabilitat, comportament de tots els components, rendimentsi resposta tant del motor com de les cèl·lules i de les bateries.

4.2.3 Al Centre CimEl Centre Cim (ICT) va colaborar en la mecanització (rapid prototyping) delmodel aerodinàmic a escala per realitzar l’assaig dins el túnel de vent dellaboratori de mecànica de fluids i determinar els coeficients aerodinàmics.

4.3 actes i esdeveniments4.3.1 museu de la ciènciaEl dia 20 de desembre del 1999 elDespertaferro es va presentarpúblicament al Museu de laCiència de la Fundació la Caixa aBarcelona, actual CosmoCaixa.

4.3.2 presentació prèvia alviatge a austràlia A finals del mes de gener del 2000l'Equip Mediterrani va realitzar a laUniversitat d’Enginyeria IndustrialSuperior de Barcelona un acte decomiat abans de marxar cap aAustràlia. En aquest acte es va realitzar una conferència organitzada perl'Institut d'Estudis Catalans i també es va presentar de forma oficial elpatrocinador principal: LeasePlan.

4.3.3 cap a austràliaTot l'Equip va marxar cap aAustràlia amb la fita de participaren la cursa. Cursa en què elDespertaferro va aconseguir lapole position gràcies a la gran

18

El Despetaferro alMuseu de la Ciènciade Barcelona.

El Despetaferro il’Equip Mediterrani al'ETSEIB.

El Despetaferro il'Equip Mediterrani aSIdney.


acceleració del motor, la sisena posició en la classificació final i el mèritd'acabar la cursa i d'aconseguir el premi a l’Equip més coratjós.

4.4.4 Premi eduardo barreiros 2000El 17 de maig del 2000 l'Equip Mediterrani va rebre el 1r Premi a la Investigacióen el camp de l'Automoció de la Fundació Eduardo Barreiros, atorgat al seuprojecte Despertaferro en el Museu Eduardo Barreiros a Madrid.

4.3.5 Travessia girona-tarragonaEl dia 23 de juliol del 2000 elDespertaferro va realitzar una tra-vessia d'exhibició entre Girona iTarragona. Va passar perGranollers i Barcelona.

4.3.6 Jornada sense cotxesEntre els dies 13 i 24 de setembre elDespertaferro va estar exposat en laMostra sobre Mobilitat Sostenible, a laplaça Universitat de Barcelona, orga-nitzada per la Diputació de Barcelona.El 22 de setembre l'Equip Mediterrani va participar amb el seu vehiclesolar Depertaferro en les activitats que es van organitzar al passeig deGràcia de Barcelona amb motiu de la celebració del Dia de la Ciutatsense Cotxes.

4.3.7 Premis fundació Hispano-SuizaEl Despertaferro va ser guardonat amb el premi de la fundacióHispano-Suiza a la innovació i el medi ambient.

4.3.8 Altres esdevenimentsA més de tots els esdeveniments que hem vist cal destacar que l'EquipMediterrani, amb el Despertaferro, ha estat també present en:• Fira de l'Automòbil de Madrid (IFEMA) a l’estand de la revista Flotasque edita l’empresa LeasePlan, patrocinadora del vehicle.• Fira d'Artés (abril 2004) en la qual l'Equip Mediterrani va realitzar una conferèn-cia sobre el projecte del vehicle solar. Va rebre un trofeu al mèrit i a la innovació.• Fira Expomòbil de Barcelona (del 19 al 27 de maig del 2001) a l’es-tand de la Sociedad de Técnicos de Automoción (STA), on tambél'Equip Mediterrani hi va realitzar una conferència.En l’actualitat es pot gaudir del Despertaferro en l’exposició permanental Museu de la Ciència i la Tècnica de Terrassa, on el vehicle espera l’a-rribada d’un nou repte, d’una nova cursa...

19

El vehicle solar aDiagonal deBarcelona.

Jornada de la Ciutatsense Cotxes al

passeig de Gràciade Barcelona.


4.4 cinc anys més tardDesprés de cinc anys i de la gratificant experiència que va suposaraquest projecte, estem en disposició de continuar amb la tasca empre-nedora que va començar l’any 1998 amb el Despertaferro, però aquestcop ho podem fer des de la experiència viscuda.

Gràcies a la cursa australiana es varen poder conèixer en profunditat les limi-tacions que patia aquest primer prototip. Un exemple seria el perfil aerodinà-mic en forma gota d’aigua, escollit per ser el més adient per complir el requi-sit d’alçada mínima d’un metre. A causa de la inexperiència en aquest tipusde cursa, el perfil aerodinàmic del Despertaferro no es corresponia amb l’em-prat per la resta de participants ja que utilitzava un perfil pla; però aconseguiacomplir el requisit d’alçada mínima gràcies a elements externs com aletes detauró col·locades sobre la comporta del conductor, la qual cosa proporciona-va 20 cm extres d’alçada sense penalitzar l’aerodinàmica.

També hi havia una gran diferència amb la resta de participants respecte almotor emprat, ja que els cotxes guanyadors portaven motors especials aco-blats dintre de la mateixa llanta, de manera que disminuïen les pèrdues mecà-niques en la transmissió del moviment i baixaven el centre de gravetat. Aquesttipus de motors són altament eficients en pla perquè aconsegueixen velocitatspunta molt elevades, però acceleracions molt baixes des de parada.Això no es pot considerar una errada de disseny, ja que aquest tipus demotors són molt cars, i no són adients per a una geografia com la nostra, bendiferent de l’australiana on destaquen les grans planícies en contraposició alperfil escarpat de la geografia europea.

De fet, el Despertaferro va sorprendre tots els adversaris aconseguint la poleposition el primer dia de competició amb la prova d’acceleració.Ara, cinc anys més tard, es poden afrontar nous reptes, com per exempleuna carrera transpirenaica, on les fortes pendents afavoreixen el disseny imotor actual del Despertaferro. Són necessàries, però, noves aportacionstecnològiques i noves solucions tècniques per a superar pendents del 14%i més. Proves en les que actualment els cotxes solars no estan preparats demanera continuada per la manca de parell dels motors acoblats a roda.

Cinc anys més tard la il·lusió es manté viva i el Despertaferro pot des-pertar i competir de nou, però aquest cop en una cursa transpirenaicaamb nous reptes, nous traçats i nous equips que només esperen unsenyal per començar a treballar... I qui sap, potser no estem tan llunyde veure rodar de nou pels nostres carrers i les nostres carreteres elperfil de la gota d’aigua...

20



5. Passat, present ifutur del vehicle solar

22

5.1 Història i evolució5.1.1 Els orígens de l’automoció solarEl 7 de gener de 1983, l’aventurer australià Hans Tholstrup va arribar al’Opera House de Sidney conduint un tipus de vehicle totalment inèditfins aquell moment. Es tractava d’un vehicle impulsat únicament perl’energia que rebia del sol. Vint dies abans, ell i l’enginyer i companyd’aventura Larry Perkins havien sortit de Perth, a la costa oestd’Austràlia. En la seva èpica travessa van recórrer 3.500 km a una velo-citat mitjana de 23 km/h, i van fer realitat per primera vegada el con-cepte de vehicle solar.

El Quiet Achiever (així el van batejar) era un vehicle pesat i poc aerodinà-mic, que necessitava una gran superfície fotovoltaica i tenia unes presta-cions molt limitades. Malgrat que en aquell moment va ser considerat unamera curiositat, el cert és que avui aquest enginy és considerat com undels precursors de l’automoció solar, un camp en constant evolució.

5.1.2 Evolució dels vehicles solars. Les cursesQuatre anys més tard, el mateix Tholstrup donava la sortida de la pri-mera edició de la World Solar Challenge. La cursa sortia de Darwin ifinalitzava a Adelaide, després de travessar de nord a sud el continent.Vint-i-tres vehicles vinguts de set països diferents van participar enaquesta primera edició, que va resultar ser tot un èxit. El vencedor, elprototip Sunraycer de la General Motors, va recórrer els 3.010 km queseparen Darwin d’Adelaide en tan sols cinc dies, realitzant una mitjanade 67 km/h i recorrent uns 600 km diaris. L’era dels vehicles solars totjust havia començat, i una nova competició havia nascut en el món delmotor, competició que el mateix creador va batejar com a Brain sport.


El 1990 es va disputar la segonaedició de la World Solar Challenge(WSC). Aleshores ja era reconegudacom la més prestigiosa cursa devehicles solars del món. Trenta-sisvehicles hi van participar. El vence-dor va ser l’Spirit of Biel, prototipuscreat a l’Escola d’Enginyeria de Biel(Suïssa). Els vehicles solars haviensofert ja una gran evolució d’ençàdels primers prototipus, essent cadavegada més eficients i més ràpids.

Tres anys més tard, el 1993, la ter-cera edició de la WSC va fer un saltqualitatiu molt important. Els aven-ços aconseguits en el disseny delsvehicles van fer possible allò quenomés uns pocs anys abans escreia impossible: creuar el continenta una velocitat mitjana de 85 km/h irecórrer 803 km en una sola jorna-da. El responsable d’aquesta fita vaser el vehicle Dream d’Honda, vehi-cle en el qual la marca japonesa vainvertir molts mesos d’investigació,així com una gran quantitat derecursos econòmics i tècnics, fetque dóna una idea de la importànciaque algunes prestigioses marquesdel món de l’automoció donen aaquest nou concepte de vehicle.

L’any 1996 Honda va revalidar el títolaconseguit en l’anterior edició eninvertir només quatre dies en creuarel continent. La velocitat mitjanaaconseguida va ser de 90 km/h.

És clar que l’avenç assolit enaquesta tecnologia ha estat

23

El Quiet Achiever(Austràlia, 1983) deHans Tholstrup iLarry Perkins ésconsiderat un delsprecursors.

El Sunraycer, de laGeneral Motors,vencedor de la pri-mera World SolarChallenge (1987).

Honda Dream 2,vencedor de la 4aWorld SolarChallenge (1996).

El Desert Rose,rècord de velocitatamb 107,78 km/h enla cursa Sunrace(2000).

L’Aurora 101, amb lacarrosseria superiordesmuntada, carre-gant bateries al solde manera més efi-cient..


extraordinari en els darrers anys i és evident que curses com la WorldSolar Challenge hi han jugat un paper determinant. Tanmateix, la WSCno ha estat l’únic esdeveniment d’aquest tipus de vehicles. L’any 1997naixia també a Austràlia la Sunrace, com a cursa de caràcter anual,amb un recorregut de 1.790 km entre Sidney i Melbourne. Aquestanova cursa sorgia de la voluntat no només de seguir promocionant latecnologia associada als vehicles alternatius, sinó també de fer denexe d’unió entre els vehicles elèctrics supereficients (la base delsvehicles solars) i l’aplicació pràctica d’aquesta tecnologia. Amb aques-ta motivació, la Sunrace acull no només vehicles solars sinó tambévehicles elèctrics en una categoria diferent.

En l’edició de la Sunrace disputada el febrer del 2000 i en la qual vaparticipar el Despertaferro es va assolir un nou rècord de velocitatsobre un recorregut de 100 km plans, fixat en 107,78 km/h.

A més de les competicions australianes, altres curses han estat creadesarreu del món amb més o menys repercussió internacional. Un exemplesón la Sunrayce americana, la World Solar Car Rallye d’Akita (Japó), o laTour de Sol, primera cursa de vehicles solars disputada al món el 1985a Suïssa, i que amb el temps ha esdevingut més una cursa per a vehi-cles elèctrics. Totes elles han tingut en comú estimular la investigació iel desenvolupament tecnològic en el camp del vehicle alternatiu persobre de l’aspecte purament competitiu. L’autèntica cursa comença,doncs, quan s’accepta el repte de dissenyar un vehicle capaç de captarla màxima energia del sol i fer-ne un ús al més eficient possible.

Actualment, es pot dir que un vehicle solar amb una superfície foto-voltaica d’uns 8 m2 és capaç de recórrer 6 km amb la mateixa energiaque una torradora consumeix en fer una torrada de pa (216 kJ - 60Wh), o bé que és possible creuar Austràlia a una velocitat mitjana pro-pera als 90 km/h usant menys potència que la necessària per a fer fun-cionar un assecador del cabell (1.800 W). Aquestes característiquessón, de ben segur, les que més fàcilment defineixen l’Aurora 101, ven-cedor de la WSC l’any1999.

24


5.2 limitacions actualsEl vehicle solar s’alimenta d’una fontd’energia neta, gratuïta i inesgotablecom és l’energia solar. A més, noemet cap tipus d’emissió contami-nant de resultes del seu funciona-ment. Si aquest nou concepte devehicle fos explotable, de ben segur

estaríem davant de la solució alsproblemes de contaminacióambiental i d’abastiment energèticderivats del sistema de transportactual, basat en l’explotació decombustibles fòssils, una font d’e-nergia finita i de nefastes conse-qüències per al medi ambient.

25

Vistes (en formatdigital) del

Despertaferro, dedimensions 6x2x1 m.


Existeixen però, encara avui en dia,una sèrie de factors que fan inviable laidea de vehicle solar com una alterna-tiva factible al vehicle convencional:• És necessària una gran superfíciefotovoltaica per tal de captar l’ener-gia perquè funcioni. Amb el rendi-ment actual de les millors cèl·lules

fa falta uns 8 m2 per a moure unprototipus elèctric d’alta eficiència.• Cal fer un ús molt eficient de l’e-nergia captada. Això deriva en vehi-cles on l’aerodinàmica és fonamen-tal (molt plans) i el pes és molt baix.Aquests vehicles són monoplaça obiplaça, i estan construïts permaterials resistents i molt lleugers.• Òbviament, en aquests vehiclesl’autonomia depèn de les condi-cions de la radiació. A més, s’ha dereduir al màxim el pes en bateries.• El seu cost de fabricació, siacceptem que es pugui fabricar ensèrie, seria actualment molt elevat.

5.3 AplicabilitatLa primera qüestió que hom esplanteja quan descobreix les pres-tacions dels actuals vehicles solarsés: Quan podrem conduir aquestsvehicles?El cert és que probablement aquestvehicles no representen fidelmentel que serà el transport del futur,però malgrat tot, la seva evoluciósegur que serà una eina molt valuo-sa per al desenvolupament de lesenergies renovables i de les alter-natives al vehicle actual. Aixídoncs, el benefici dels resultatsobtinguts no cal buscar-lo tant en lacomercialització directa del con-cepte de vehicle solar, sinó en lapossible aplicació que tenencadascuna de les tecnologies apli-cades en diferents camps, compuguin ser el mateix transport o béen la promoció de l’energia solarcom a font d’energia viable.

26


5.3.1 Els vehicles elèctricsSegurament l’aplicació més clara i directa dels resultats obtinguts en lainvestigació sobre els vehicles solars cal buscar-la en els vehicles elèc-trics. De fet, es podria dir que les curses de vehicles solars són com unamena de Fórmula 1 per als vehicles de tracció elèctrica en general, atèsque són un magnífic camp de proves per a assajar noves tecnologies.

Un exemple d’aquest fet es pot trobar en el model de vehicle elèctric des-envolupat per la GM arran dels resultats obtinguts en el seu prototipusSunraycer. Amb aquest prototipus es va demostrar que les prestacionspoden ser acceptables malgrat que la potència emprada sigui poca, sem-pre que es minimitzi al màxim les pèrdues. El resultat ha estat l’EV1, unvehicle elèctric amb un coeficient aerodinàmic de 0,19 (l’habitual es potsituar entre 0,3 i 0,4) i una resistència al rodament molt reduïda.

Altres marques com Honda, Nissan i Toyota també han tret profit de lesseves participacions en la WSC i l’han aplicat en els seus respectiusmodels de vehicles elèctrics.

5.3.2 Vehicles elèctrics amb aportació solarL’ús de les cèl·lules solars com a aportació suplementària d’energia envehicles elèctrics no ha tingut fins al moment un resultat comercial. Però caltenir en compte aquesta opció com una possible aplicació futura, si s’a-consegueix una millora en el rendiment de conversió d’energia de lescèl·lules i també una major eficiència i reducció dels consums dels vehicles.

5.3.3 Les cèl·lules solarsLes cèl·lules solars utilitzades per la majoria d’equips en la WSC hanestat entre les més eficients que mai s’han fabricat. El vehicle solarnecessita captar la màxima energia possible amb el mínim espai possi-ble; és a dir, necessita unes cèl·lules d’un elevat rendiment de conversiód’energia. El rendiment d’una cèl·lula indica quin tant per cent de l’ener-gia solar incident que absorbeix és capaç de transformar en energiaelèctrica útil. Aquest fet ha estat sens dubte un extraordinari estímul pera la investigació fotovoltaica del qual se n’ha tret un gran benefici. No enva, el rendiment de les cèl·lules ha anat en augment d’una edició a unaaltra, essent actualment d’un 24%. En aquest cas, per a una intensitatde radiació mitjana del sol d’1 kW per m2 obtindríem 240 W elèctrics.

27

Vehicle elèctric, deGeneral Motors,

l’EV1.%

Vehicle elèctric expe-rimental amb sostre ifrontal fotovoltaic.


Malgrat aquestes cèl·lules d’altrendiment, tenen encara avui unelevadíssim cost les investiga-cions realitzades en aquest camp.Al marge de servir per a ampliarconeixements relacionats amb laconversió fotovoltaica, tindranuna gran repercussió en futuresaplicacions comercials per a elec-

trificació rural i urbana, amb el conseqüent abaratiment de costos.Algunes de les patents ja han estat comprades per grans fabricantsfotovoltaics que avui ja estan comercialitzant amb tecnologia nascudagràcies a les primeres competicions de vehicles solars.

5.3.4 Els pneumàticsLes pèrdues per rodament amb l’asfalt són, juntament amb les pèrduesper fricció amb l’aire, les que fan perdre més energia. Actualment,almenys quatre grans fabricants de pneumàtics tenen un programad’investigació centrat al voltant de la WSC i de la problemàtica asso-ciada als vehicles solars. A partir d’aquestes investigacions sobre nousdissenys i materials s’ha arribat a fabricar pneumàtics amb un coefi-cient de rodament de només 0,007. Recordem que els pneumàticsd’un cotxe habitual solen estar entre 0,01 i 0,03.

5.3.5 El motor sense transmissióEl concepte de motor acoblat directament a la roda va aparèixer el1993, i l’any 1996 dotze vehicles ja funcionaven amb aquest sistema.En aquest tipus de motor el rotor és solidari a l’eix de la roda, senseser necessària cap corretja ni cadena per a la transmissió del movi-

ment, fet que produeix un majorrendiment de la tracció elèctrica.La marca japonesa Honda, apro-fitant els resultats obtinguts delseu prototipus Dream, ja té dis-ponible una gamma de motorsde petita potència per tal demuntar-los en la roda de petitsvehicles elèctrics.

28

Instal·lació fotovoltai-ca a l’Ajuntamentde Barcelona.

Motor elèctric aco-blat a la roda.


5.4 El futur del vehicle solarQuan el gener del 1983 Hans Tholstrup va finalitzar la primera traves-sa del continent australià a bord d’un vehicle solar poc s’esperava quedurant els anys que havien de venir aquest camp sofrís una evoluciótan espectacular. Els vehicles solars estan en constant evolució i hanassolit un nivell de prestacions tan alt que deixen oberta qualsevolespeculació sobre les seves possibilitats futures.

Les curses, veritables impulsores de la tecnologia solar, han anatadaptant-se a aquestes prestacions i guiant el futur desenvolupamentmitjançant les regulacions i recorreguts. Actualment existeix la tendèn-cia de canalitzar les futures millores en aquest camp cap a l’assolimentdel vehicle elèctric de dues places i quatre rodes com a concepte devehicle més proper al convencional. El repte se centra a fer vehiclessolars que tinguin cada cop més similituds amb el vehicle convencio-nal, sense renunciar, però, a les brillants prestacions aconseguidespels vehicles monoplaça.

29

El NED 26, vehiclebiplaça (Sunrace

2000).


6. la tecnologia dels vehicles solars

30

Els vehicles electrosolars es troben encara en una fase de desenvolupa-ment molt inicial i, tot i que fa més de vint anys des del primer prototip,encara són molt lluny d’assolir tot el seu potencial. Això es deu al fet queha estat necessari replantejar alguns conceptes tècnics que des de fa anyses consideraven definitius i invariables per als vehicles convencionals.

Els reptes tecnològics que ha plantejat el disseny d’aquests vehiclessolars han obert nous camps d’investigació en l’àmbit de l’automoció quevan molt més enllà de la tecnologia que s’aplica a les cèl·lules solars.

Els fruits dels desenvolupaments i les experiències que estan tenintlloc en el disseny dels cotxes solars tindran ben aviat aplicació en elsvehicles convencionals amb motor de combustió, i sobretot en aquellsque utilitzin noves formes de propulsió, com són els vehicles ambcèl·lula de combustible, els vehicles híbrids (aquells que incorporen unmotor elèctric i un motor tèrmic), l’aprofitament de volants d’inèrcia iels vehicles d’aire comprimit.

La tecnologia de les cèl·lules de combustible es basa en fer reaccionarl’hidrogen emmagatzemat en un dipòsit amb l’oxigen de l’aire. Aixís’obté energia elèctrica i, en la majoria de casos, aigua com a únicproducte residual de la reacció.

Els motors híbrids, a més, es basen en la combinació d’un motor tèr-mic, habitualment de cilindrada menor a l’habitual, i un motor elèc-tric. De vehicles híbrids se’n distingeixen bàsicament de dos tipus:els híbrids sèrie i els híbrids paral·lel. En els primers es té la clàssicaconfiguració de vehicle elèctric pur en el qual s’hi ha afegit un petit


motor tèrmic que, funcionant arègim, s’utilitza bàsicament per agenerar energia elèctrica i carre-gar les bateries. En els vehicleshíbrids paral·lel ambdós motorspoden impulsar el vehicle alter-nativament, essent generalmentusada la tracció elèctrica en con-ducció urbana i la tracció con-vencional en recorreguts interur-bans. En aquest cas el motor tèr-mic té també la capacitat degenerar electricitat per a carregarles bateries.

Els reptes que sorgeixen de l’estu-di dels vehicles solars, si bé tenenel seu nucli principal en les formesd’obtenció i molt especialment enles noves formes de gestió de l’e-nergia, inclouen també nous con-

ceptes d’aerodinàmica, de cons-trucció lleugera i de reducció deles pèrdues energètiques en elselements mecànics (es pot plante-jar fins i tot la substitució d’algund’ells com la transmissió).

Per tal de poder fer viables els cot-xes solars, cal buscar noves solu-cions tècniques que redueixin elconsum, però que conservin i millo-rin el nivell de seguretat i de confort.

31

Aerodinàmica

Les diferents discipli-nes del Despertaferro.


32

Gestió energia

Motor elèctric

Construcció lleugera

Cèl·lules solars

Pneumàtics


6.1 Objectius del dissenyEl disseny de qualsevol vehicle s’inicia amb una etapa de concepte enquè, a partir de la definició de les característiques d’ús i de la finalitatque es volen que tingui el vehicle, es defineixen quines són les espe-cificacions tècniques que haurà de solucionar el projecte.

Analitzant un per un els objectiustècnics que es volen assolir (habita-bilitat, rigidesa de carrosseria, reco-rregut i duresa de la suspensió, ren-diment, pesos, costos...) es podenconèixer les diferents tecnologies irecursos que seran necessaris iestudiar les possibles incompatibili-tats entre objectius. Aquesta és l’e-tapa que es coneix com la viabilitattècnica del projecte.

Aquesta etapa del disseny tenia una importància especial en la concep-ció del Despertaferro, ja que hi havia la falta de referents i la singularitattant del tipus de vehicle com de les tecnologies que es volien emprar.

Actualment els cotxes solars no es construeixen amb un objectiu comer-cial sinó amb un objectiu d’investigació que recau en el desenvolupa-ment de la pròpia tecnologia. Aquest objectiu es materialitza en forma deprototip i es posa a prova en una de les competicions que se celebrenanualment, com la Sunrace 2000. Les curses busquen que els cotxesparticipants tinguin emissió zero, és a dir, que no siguin contaminants.Encara que en un principi van començar com a carreres de cotxessolars, més endavant es van obrir noves modalitats, on la filosofia defons residia en fomentar la investigació de les noves tecnologies. Novescategories com cotxes solars veterans, cotxes solars que funcionen ambcèl·lules comercials, vehicles elèctrics ultra-lite, vehicles que funcionenamb hidrogen (amb producció autònoma) i fins i tot vehicles híbrids.

Aquestes competicions acostumen a tenir forma de ral.li, d’entre 2.000 i3.000 quilòmetres, i transcorren per carreteres obertes al trànsit. Les eta-pes d’aquestes proves tenen al voltant de 300 quilòmetres de distànciai van alternant diferents tipus de condicions de conducció.

33

El Despertaferro cir-culant per Barcelona.


Tant s’ha de circular per una ciutat (on els cotxes solars tampoc s’esca-pen dels embussos), com per una autopista o una carretera comarcal enmales condicions, revolts tancats i grans pendents de fins a un 7%.

Així s’aconsegueix que els vehi-cles solars no perdin de vista elsaspectes de seguretat, manejabili-tat i fiabilitat dels vehicles conven-cionals i que les seves prestacionses puguin comparar amb els vehi-cles amb motor de combustió enigualtat de condicions.

Evidentment però, ha estat necessari penalitzar alguns dels objectius,especialment els de la reducció de pesos que es plantegen per a acon-seguir la màxima eficiència.

En el cas del Despertaferro els aspectes que primer es van considerarper a començar a dissenyar el vehicle i per a determinar-ne la viabilitatvan ser els següents:

Compliment de la normativaÒbviament, calia complir les especificacions de la normativa de laSunrace 2000. Algunes de les limitacions van ser:- Cèl·lules solars: superfície màxima de 8 m2 i potència màxima de 1.200 W.- Bateries: pes mínim de 64 Kg i capacitat màxima de 2.500 VAh.- Dimensions màximes: 6 m x 2 m.- Altura mínima: 1 m.

El requisit de l’alçària mínima no té cap base científica, ja que noméslimita el rendiment aerodinàmic del cotxe. L’organització la va introduirper potenciar l’ergonomia. Així mateix calia complir altres indicacionssobre seguretat en cas d’accident: senyalització, visibilitat i estabilitat.

Integració de les cèl·lules solarsCalia que la geometria del vehicle permetés col·locar les cèl·lules sobreuna superfície ben plana i sense ombres. Per millorar el rendiment, leszones en què se separen les cèl·lules haurien de ser homogènies, és adir, amb condicions semblants de radiació solar.

34


Rendiment aerodinàmicEs volia aconseguir un coeficient Cx inferior a 0,2 i amb una àrea fron-tal inferior a 1,5 m2.

Rendiment mecànic (frecs)En el disseny de cada component calia buscar la màxima eficiència iaquells sistemes més senzills de suspensió i direcció:- Reducció de frecs entre peces.- Transmissió eficient.- Mínim frec dels pneumàtics.

Màxima eficiència dels componentsAixí mateix la distribució dels diferents components del vehicle teniaefectes sobre el seu rendiment:- Refrigeració de l’electrònica.- Reducció de cablejats.- Proximitat motor-roda.

Condicionants de seguretatLa seguretat s’havia de considerar en la prevenció dels accidents:- Visibilitat del conductor.- Sistema de direcció i frenada fiables.- Aïllament de bateries i del cablejat.- Sistemes de comunicació.I en els aspectes relacionats amb els possibles incidents:- Estructura rígida i absorbent d’energia.- Accés i evacuació ràpida del pilot.- Sistemes de desconnexió elèctrica d’emergència des de l’interior i l’exterior.

Reducció de pesMinimitzar el pes del cotxe representa disminuir la necessitat d’energiai augmentar-ne la maniobrabilitat. Aquest és un aspecte realment deci-siu que s’ha de tenir sempre present.

Reducció de costosAquest últim objectiu és, en la majoria de casos, contradictori amb elsanteriors objectius pel que fa a disseny, però no és l’única incompati-bilitat que hi ha. Per una banda, els sistemes de seguretat afegeixenpes i compliquen els cablejats elèctrics. Per l’altra, si parlem de l’aero-dinàmica, el fet que les cèl·lules puguin estar sobre una superfícieplana fa més difícil que el pilot tingui una bona visibilitat.

35


En aquests casos es van haver d’acceptar certs peatges sobre el ren-diment d’alguna part del vehicle per millorar el rendiment d’altres com-ponents i poder complir amb les necessitats de seguretat del cotxe.

6.2 Característiques dels vehicles solarsUna vegada s’han determinat els objectius, és l’hora de definir el vehicle.

Tot i que els vehicles solars són molt diferents entre ells, hi ha una sèriede característiques que són comunes en la majoria de dissenys i querepresenten les tendències que porten a la màxima eficiència.Obtenir el perfil més aerodinàmic i estable suposa aprofitar al màxim lasuperfície de què es disposa. Així la majoria de cotxes tenen l’ampla-da de 2 m i la longitud total de 6 m com el Despertaferro.Normalment, el morro té la forma més aerodinàmica i permet una millorpenetració a altes velocitats; i la zona posterior és plana i permet l’ex-posició de les cèl·lules.

Com podem veure per la cúpula, el pilot se situava en una posició cen-tral avançada que entrava lleugerament a la zona coberta per lescèl·lules solars.

Una altra característica derivada de la millora del coeficient aerodinàmicés la poca alçada dels vehicles, que no acostumen a superar el metre.

Per tal de minimitzar els fregaments amb el terra, molts vehicles hanoptat per una configuració de tres rodes. El Despertaferro en té duesal davant, que són les rodes directrius, i una al darrera que té la funciómotriu. Per a augmentar l’estabilitat s’aprofita tot l’ample del vehicle, iles rodes se situen gairebé als costats, maximitzant l’ample de les vies.

36

Layout elèctric delDespertaferro.


6.3 El funcionament elèctric del despertaferroPer a poder entendre el funcionament elèctric del vehicle electrosolares descriuen els elements elèctrics fonamentals de què es constitueixi quin és el seu paper dins del sistema elèctric.

Les cèl·lules solars, que les podem trobar en la carcassa superior delvehicle, són les encarregades de transformar l’energia provinent del solen energia elèctrica. Per tant, podem dir que les cèl·lules solars fun-cionen com a generadors d’energia. El total de cèl·lules solars s’ha dis-tribuït en quatre camps que funcionen de manera independent per tald’augmentar-ne el rendiment.

Aquesta energia, que com veurem més tard s’utilitzarà per a moure elvehicle, s’ha d’emmagatzemar per poder consumir-la quan siguinecessària. Per tant, és l’hora de parlar de les bateries, que assumei-xen el paper de dipòsit d’energia. Estan situades als dos costats delcompartiment del conductor. En aquest moment ja tenim una energiasolar que s’ha transformat en energia elèctrica mitjançant les cèl·lulessolars, i que l’hem emmagatzemat dins de les bateries.

El motor elèctric serà l’encarregat de transformar l’energia elèctrica enmoviment; és a dir, serà el consumidor de l’energia que teníem dins deles bateries, per tant, de l’energia solar.

Aquest és fonamentalment el principi de funcionament del vehiclesolar. Anem a veure una mica amb més profunditat algunes de lesseves peculiaritats:

Tal com s’ha dit, el motor convertirà l’energia elèctrica en moviment degir d’un eix mecànic, que serà l’encarregat de moure la roda del darre-ra, mitjançant un sistema de transmissió per cadena, similar al d’unamotocicleta. Però el motor, no només pot actuar com a consumidord’energia quan està estirant el vehicle, sinó que també es pot fer fun-cionar com a generador. Això significa que, si s’inverteix el sentit delgir del motor, aquest frenarà de manera suau el vehicle, però amb l’a-vantatge que ho farà transformant l’energia cinètica de la velocitat enenergia elèctrica. Si aquesta energia és emmagatzemada per les bate-ries, el Despertaferro està carregant les bateries amb l’energia ques’hauria perdut als discs de frens si haguéssim utilitzat el fre estàndarddel vehicle. Aquest tipus de fre, que aprofita la velocitat per generarelectricitat, s’anomena fre regeneratiu.

37


Per tant, és molt important poder emmagatzemar l’energia, ja que ni l’energiagenerada per les cèl·lules solars ni l’energia consumida pel motor és constanten el temps. L’energia generada per les cèl·lules serà variable perquè la inten-sitat de radiació solar incident també serà variable al llarg del recorregut. Elconsum del motor també canviarà segons el pendent, la velocitat, el vent i latemperatura. Així doncs, les bateries ens asseguren un mínim d’energia dis-ponible per als casos on les cèl·lules solars generen insuficient energia per amoure el Despertaferro, i alhora ens permeten utilitzar el fre regeneratiu.

6.3.1 Balanç energèticQuan es parla de balanç energètic en un vehicle hom es refereix al per-centatge d’energia continguda en un combustible que es transformaen moviment o en energia útil. En el cas dels vehicles solars, si el seuúnic combustible és la radiació solar incident, es poden definir elssegüents balanços:

6.3.1.1 Balanç energètic del DespertaferroPer a conèixer el balanç energètic ens caldrà saber els rendiments detots els elements intermedis entre la captació de l’energia i el movi-ment del cotxe. Una vegada coneguts, podem representar el balanç

energètic del Despertaferro de laforma que es mostra en el gràfic.Com podem observar, la principalpèrdua d’energia dels cotxessolars és la que es produeix en lacaptació de l’energia. En el casdel Despertaferro, estem parlantd’unes pèrdues superiors al 80%de l’energia emesa pel Sol.

6.3.1.2 Balanç energètic dels vehicles solars més eficientsEl balanç energètic d’un dels vehicles solars més eficients no és pas gairediferent al del Despertaferro. La principal pèrdua d’energia en tots els casos

es produeix en l’energia que lescèl·lules solars no són capaces detransformar, en un factor d’impor-tància superior al 75 % per la majo-ria de cotxes solars actuals.

Cal dir també que, del 20% d’e-nergia transformada en moviment

38

Balanç energètic delDespertaferro.

Balanç energèticd’Honda Dream.


6.3.2 Les cèl·lules solarsLa conversió fotovoltaica es basaen l’efecte fotoelèctric; és a dir,en la transformació directa de l’e-nergia provinent del sol en ener-gia elèctrica. Per a realitzaraquesta conversió són necessarisuns dispositius anomenatscèl·lules solars, els quals estanbasats en les propietats delsmaterials semiconductors. Elssemiconductors són materialsque poden ser dopats o contami-nats amb impureses per tal devariar les seves propietats elèctri-ques, amb la qual cosa s’obtéuna capa negativa o de “tipus n”(amb excés de càrrega negativa),i una capa positiva o de “tipus p”(amb excés de càrrega positiva).

útil a la roda, i considerant que el vehicle avança a velocitat constantd’uns 75 km/h per un terreny pla, aproximadament un 35% s’inverteixa vèncer el fregament de les rodes amb el terra i el 65% restant s’in-verteix a superar el frec aerodinàmic.

Això provoca que les diferències que poden fer que un equip guanyi unacursa es troben en les millores aconseguides mitjançant moltes horesd’investigació i desorbitades xifres de diners, que fan augmentar el ren-diment de les cèl·lules, que un cotxe es mogui amb un motor de rendi-ment un 1% millor que l’altre, o que les pèrdues produïdes per fregamenten el moviment del cotxe siguin un 5% inferiors a les de l’altre equip.

La conclusió és que fins al moment el principal inconvenient per a laconstrucció dels cotxes solars és la gran superfície de cèl·lules solarsque es necessiten per a captar l’energia suficient per a circular.Actualment només és possible transformar en energia útil una propor-ció que és de l’ordre del 20% de l’energia total rebuda del sol. Això faque siguin necessaris uns 8 m2 per a fer funcionar un vehicle lleuger isupereficient. I que sigui impensable encara alimentar amb energiasolar el model del vehicle convencional com avui el coneixem.

39

Cèl·lula convencionalde silici monocristal·lí.


La unió d’aquestes dues capes (unió p-n), proveïda dels contacteselèctrics adequats i que fa possible l’aparició de corrent elèctric quanhi ha una que és il·luminada (la capa “tipus n”), forma una cèl·lulasolar. Efectivament, quan la cèl·lula és exposada a la radiació solar,formada per fotons, alguns d’aquests fotons, els que tenen l’energiasuficient, són absorbits pel material semiconductor i alliberen elec-trons dels àtoms que formen el cristall. Cada electró alliberat deixadarrere seu un forat o buit, també entès com una càrrega positiva. Enla cèl·lula solar, la unió p-n indueix un camp elèctric permanent queatrau els electrons cap al costat n, i els buits cap al costat p. Aquestaseparació de càrregues indueix alhora un voltatge entre els dosextrems de la cèl·lula, de manera que quan les dues cares de lacèl·lula s’uneixen per un circuit conductor exterior es permet la circu-lació de corrent i es genera energia elèctrica.

Una cèl·lula solar (o conjunt de cèl·lules solars connectades en sèrie)pot ser operada en qualsevol punt de la seva corba característica V-I,

la qual depèn bàsicament de dosparàmetres: la intensitat de radia-ció incident (W/m2) i la tempera-tura de la cèl·lula. De tots elspunts de la corba, però, n’hi haun que té una potència màxima(producte V x I). Aquest és el puntde màxima potència i queda defi-nit per les coordenades Imp(intensitat de màxima potència) iVmp (tensió de màxima potèn-cia), com s’indica en la gràfica.

Les cèl·lules emprades en el Despertaferro són cèl·lules de silici mono-cristal·lí convencional, que tenen el rendiment més elevat disponible enel mercat. Les característiques que tenen són les següents:

40

Dimensions: 95 x 31 mm

V circuit obert: 600 mV

V mp: 503 mV

I curt-circuit: 980 mA

I mp: 900 mA

Eficiència: 15 %

Cèlul·les Isofotón Si monocristal·lí

Punt de màximapotència.


La mida d’aquestes cèl·lules és d’aproximadament una tercera part dela mida de la cèl·lula original. El fet de reduir-ne les dimensions responal fet d’adaptar-les a la curvatura de la carrosseria. S’ha comprovatque una cèl·lula sencera no era capaç de salvar la màxima curvaturaexistent en el sentit transversal, concretament en la zona dels lateralsde la cabina del conductor. Per aquest motiu s’ha optat per treballaramb fraccions de cèl·lula, per reduir-ne un dels costats de la cèl·lulaoriginalment pseudoquadrada a una tercera part. Les característiqueselèctriques per a la nova cèl·lula es troben en el manteniment delsvalors de tensió i en la divisió dels valors d’intensitat per tres, atès quela tensió entre els extrems de la cèl·lula no depèn de la superfície, i encanvi el corrent fotogenerat n’és directament proporcional.

Cal destacar que la cèl·lula emprada és totalment rectangular, amb lescantonades en angle recte, fet que permet tenir una millor compacitatde mòdul i minimitzar la superfície morta o inútil.

Tenint en compte que l’eficiència de la cèl·lula és del 15%, s’ha vist lanecessitat de recórrer al màxim de superfície permesa per la cursa,fixat en 8 m2. Això és així perquè si disposem d’una superfície fotovol-taica de 8 m2 amb un rendiment del 15%, la potència que n’obtenimsota condicions estàndards de radiació (1.000 W/m2) i temperatura(25ºC) és precisament el límit permès per l’organització, 1.200 Wp.

Si s’instal·len cèl·lules de major rendiment, assolint la mateixa potènciapermesa de 1.200 W, es pot reduir la superfície total de les cèl·lules, demanera que tenim un cotxe de dimensions i pes més reduïts. En aquestsentit, val a dir que el límit de potència de 1.200 Wp introduït en laSunrace es fa per limitar d’alguna manera la velocitat dels vehicles par-ticipants, atès que la majoria de vehicles circulen gran part del temps avelocitats pròximes a la màxima permesa en les carreteres australianes(110 km/h) i en trànsit obert. Altres curses com la WSC en limiten nomésla superfície de cèl·lules i no la seva potència.

41

Muntatge de lescèl·lules. S’observa ladiferent curvatura dela carcassa superior

on van muntades.

Zona amb molta curvatura, camps 3 i 2

Zona amb poca curvatura, camps 4 i 1


6.3.2.1 Camps fotovoltaicsEl següent pas ha estat la distribució de les cèl·lules sobre la superfíciehabilitada a aquest efecte, i la divisió del conjunt en camps o conjuntsde cèl·lules més semblants, que treballaran de manera independent.

Aquesta divisió en camps fotovoltaics és necessària perquè la geome-tria de la carcassa superior fa que una cèl·lula pugui rebre en unmoment determinat una irradiació molt diferent en funció de la sevalocalització. Com que és molt difícil l’optimització del conjunt global,se separa en grups més homogenis i s’optimitza per separat. La defi-nició dels camps ve determinada pel fet d’intentar agrupar cèl·lulesque tenen una orientació comuna o bé que en cada moment treballa-ran totes sota les mateixes condicions d’irradiació.

Amb aquest criteri s’ha dividit la superfície total fotovoltaica en quatrecamps. Els camps 2 i 3 són els que tenen més inclinació, cada un ambun sentit, i l’1 i el 4 són més plans i, en principi, amb unes condicionsde treball més semblants. Cada un d’ells està format per 616 cèl·lulesconnectades en sèrie. Tots quatre estan en configuració paral·lela res-pecte del motor i les bateries, i cadascun d’ells està regit per un regu-lador, el qual n’optimitza la seva producció en funció de la intensitat deradiació incident, de manera independent a les condicions que s’esti-guin donant en els altres tres camps.

Configuració dels camps fotovoltaics:- Número de cèl·lules per camp: 616- Camps 1 i 4 formats per 22 ristres de 28 cèl·lules- Camps 2 i 3 formats per 10 ristres de 28 cèl·lules i 16 ristres de 21 cèl·lules

S’anomena ristra a una cadena decèl·lules connectades en sèrie. La con-nexió es realitza mitjançant dues cintesde coure platejat que posen en contac-te la superfície frontal d’una cèl·lula(pol negatiu) amb la superfície poste-rior (pol positiu) de l’adjacent. Aquestcontacte mitjançant dues cintes ésredundant, si bé és d’utilitat ja queassegura la conducció elèctrica fins itot en el cas que una cèl·lula es trenquii quedi partida en dues meitats.

42

Exemple de ristra decèl·lules solars ensèrie.


Aquest tipus de connexió requereix d’una separació entre cèl·lulesadjacents d’uns dos mm, l’espai per a passar-hi les connexions i per-metre alhora una certa expansió tèrmica.

En tota la superfície hi ha dos tipus de ristres, les de 21 cèl·lules i lesde 28. Les de 21 cèl·lules es reparteixen entre els camps 2 i 3, i corres-ponen a les superfícies laterals més estretes situades a banda i bandade la cabina del conductor. Un camp està format per la connexió ensèrie de totes les ristres que el formen, per tant, un camp és un con-junt de cèl·lules connectades totes elles en sèrie.

La definició dels camps s’ha realitzat seguint també criteris elèctrics.Atès que la configuració escollida per als reguladors és d’step-down,cal que cada camp entregui la potència generada a una tensió superiora la tensió de càrrega de les bateries (230 V), més un marge d’uns 10 Vper permetre la petita caiguda de tensió en el regulador. D’aquestamanera, s’ha trobat que en condicions estàndards d’irradiació (1.000W/m2) i temperatura (25ºC), la tensió quan el camp treballa en el seupunt de màxima potència és de 310 V, i que en les condicions de treballmés desfavorables previstes, i estimades en una temperatura de cèl·lulade 60ºC, la tensió del camp que treballa en el nou punt de màximapotència és de 258,5 V. Queda doncs garantit, inclòs en el cas previstmés desfavorable, la condició fixada per al mínim de tensió exigible.

6.3.2.2 Díodes de proteccióPer una banda, el fet de disposar d’un nombre elevat de cèl·lules con-nectades en sèrie permet treballar a una tensió elevada i reduir-ne laintensitat. D’aquesta manera es minimitzen les pèrdues per efecteJoule. Per altra banda, això requereix que totes les cèl·lules de la cade-na siguin el màxim d’iguals possible, ja que en estar totes connecta-des en sèrie el rendiment de tot el conjunt queda condicionat pel ren-diment de la més desfavorable.

En aquesta situació, la cèl·lula defectuosa pot arribar a polaritzar-seinversament i aleshores es veu obligada a dissipar la potència genera-da per les altres cèl·lules de la sèrie. És a dir, la defectuosa es com-porta com una càrrega per a les altres. Si aquesta situació s’allarga enel temps, la cèl·lula pot arribar a escalfar-se per sobre la seva tempe-ratura límit (85ºC), fet que pot arribar a malmetre definitivament lacèl·lula i a obrir la sèrie. Per a impedir-ho, s’acostuma a situar en anti-paral·lel amb cada ristra un díode, de tal manera que quan aquestes es

43


polaritzen inversament el díode ho fa positivament. Això proporcionaun camí fàcil de pas per al corrent degut a les altres cèl·lules del gene-rador, i limita la màxima potència a dissipar per una cèl·lula a la gene-rada únicament per les que composen el seu grup.

Habitualment, en un mòdul convencional de 36 cèl·lules se situa undíode de pas per cada 18 cèl·lules, però atès que en el nostre cas esdisposa de ristres de 21 i de 28 cèl·lules, s’ha col·locat un díode de pasper cada ristra. D’aquesta manera s’evita la possibilitat que el rendi-ment del camp caigui notablement a causa una cèl·lula defectuosa.Els díodes de pas emprats en cada una de les 96 ristres del vehicle sónSchottky de 3 A i 40 V de tensió de ruptura, valors suficients ja que elcorrent màxim circulant per un camp és d’1 A i la tensió d’una ristra de28 en curtcircuit no serà en cap cas superior als 17 V. Aquests díodestenen una caiguda de tensió en conducció molt baixa que en minimit-za les pèrdues en cas de conducció.

6.3.2.3 Encapsulat de les cèl·lules L’encapsulat o recobriment escollit per a protegir les cèl·lules ha estatlleuger i força simple en la seva realització. Després d’estudiar i valorarles dificultats de l’opció d’un encapsulat més rígid a base de dues capesde recobriment de polivinil (Tedlar), opaca la de darrera i transparent lade davant, es va optar per realitzar un encapsulat consistent en una sim-ple capa de vernís de poliuretà transparent, aplicat directament sobre lasuperfície de les cèl·lules amb un gruix d’unes desenes de micres.

Per una banda, aquesta capa ha deprotegir les cèl·lules contra elsefectes externs com l’aigua, però elseu poc gruix les deixa força des-protegides contra possibles impac-tes fortuïts que podrien arribar atrencar-ne alguna. Per altra banda,el seu gran avantatge radica en el

44

Exemple de ristra decèl·lules solars ensèrie.

Incorporació d’unapetita capa de vernísde poliuretà transpa-rent per protegir lescèl·lules.


fet que el seu poc gruix permet una molt bona refrigeració de la cèl·lula,cosa que millora el seu rendiment. És conegut l’efecte negatiu sobre elrendiment de la cèl·lula, que sofreix l’augment de temperatura.Concretament s’estima que per cada 10ºC d’augment de la temperaturade la cèl·lula, el seu rendiment disminueix en un 0,6%. Un altre avantatgede l’opció de recobriment de capa fina és que en cas de trencament d’al-guna cèl·lula, la capa prima de vernís ens permet la substitució només dela cèl·lula malmesa. Abans d’aplicar-se el vernís, cada una de les cèl·lulesha estat enganxada i fixada directament a la superfície del vehicle.

Aquest vernís de poliuretà és el mateix que es fa servir en el món de l’auto-moció per a recobrir la pintura del xassís dels vehicles, que dóna a la super-fície una certa brillantor i també una protecció contra rallades de la pintura.

6.3.2.3 Reguladors MPPT Els reguladors amb funció de cercador del punt de màxima potènciaconverteixen la tensió de treball del camp fotovoltaic a la tensió decàrrega de les bateries, i a més busca en cada moment quina és la ten-sió de treball del camp en la qual s’aprofita la màxima potència del sol(funció també anomenada Maximum Power Point Tracker). Aquestaconversió de tensió és descendent, és a dir, la tensió de càrrega de lesbateries sempre és inferior a la tensió de treball del camp. Aquestaconfiguració es va triar perquè en cas d’avaria del regulador sempre hiha l’alternativa de connectar directament el camp a les bateries, demanera que malgrat que aquest no treballi en condicions òptimes defuncionament, pot anar carregant en certa mesura. Aquesta alternativano sempre és possible en el cas de convertidors elevadors de tensió,ja que sempre que la tensió de càrrega de la bateria és superior a latensió de circuit obert del camp no es pot establir cap flux de lescèl·lules cap a les bateries.

45

Resultat final obtinguten el Despertaferro.


Hi ha un regulador per cada un dels quatre camps, i tots quatre sóniguals ja que també ho són els camps. La tensió d’entrada del reguladorpot variar dins el rang comprés entre 230 i 370, si bé el rang dins del quals’estableix el seguiment del punt de màxima potència és el comprèsentre 230 i 315 V. Aquest rang té en compte tots els valors de funciona-ment del camp per a totes les condicions d’intensitat de radiació previs-tes. La tensió de sortida pot variar en el rang de valors compresos entre220 V (tensió de flotació de les bateries) i 230 V (tensió de càrrega).Aquest regulador no incorpora la funció de desconnexió per sobrecàrre-ga de bateries, ni en fa el seguiment de càrrega. Això és així perquèaquesta funció pot arribar a complicar en gran part el disseny del regu-lador, essent a més poc necessària ja que una sobrecàrrega de bateriesés altament improbable quan es tracta d’alimentar un vehicle solardurant una cursa. Sí incorpora, però, una funció que detecta quan elvehicle s’ha aturat sota el sol (per augment de tensió de bateries), essentprogramable un temps a partir del qual la tensió de bateries baixa enesglaó de 230 a 220 (tensió de flotació) per evitar-ne la sobrecàrrega.Igualment un polsador permet avançar la càrrega a fons de les bateriesencara que el vehicle estigui aturat, passant la tensió de bateries de 220a 230 V. Una sortida per LED en cada regulador permeten visualitzar elfuncionament de cada camp des de la posició del conductor.

6.3.2.4 Cèl·lules dels altres vehicles Les diferències que podem trobar entre el Despertaferro i els altresvehicles electrosolars existents, pel que fa a cèl·lules solars i regula-dors, són principalment de qualitat, i per tant d’eficiència. Això signifi-ca que pràcticament tots els vehicles utilitzen avui cèl·lules de silicimonocristal·lí, però amb uns rendiments que van fins al 24%. El costd’un generador fotovoltaic de 8 m2 de cèl·lules d’alt rendiment es potsuposar igual al cost total de fabricació del Despertaferro.

46

El vehicle electrosolarSpirit of Canberra.


El tipus de cèl·lules solars fotovoltaiques més extensament usade són, sensdubte, les de silici (Si). Només un altre tipus de cèl·lules, les de gal·li - arsè-nic (GaAs) va ser emprat en passades edicions de les curses solars (WSCde 1987 i 1990). Les cèl·lules de GaAs, aleshores, gaudien d’una eficiènciauna mica superior a les de Si, i a més presentaven l’avantatge d’un menorefecte de la temperatura sobre el rendiment de la cèl·lula. Des de 1987, però,la tecnologia del Si ha avançat molt i avui es pot dir que les cèl·lules de Sisón les que tenen un major rendiment, havent-se reduït també els efectesnegatius de la temperatura sobre el seu rendiment.

Les cèl·lules de Si existeixen en tres variants constructives: les monocristal·lines,les pol·licristalines i les de Si amorf. Actualment, les cèl·lules de Si monocristal·lísón les més usades ja que de les tres variants són les que tenen un major ren-diment. De fet, l’avenç produït en els darrers anys en matèria de cèl·lules mono-cristal·lines està molt relacionat amb l’aparició de les competicions de vehiclessolars, essent aquestes un magnífic camp de proves per a les noves cèl·lules.Així, els millors vehicles solars del moment usen l’última generació de cèl·lulesmonocristal·lines d’alt rendiment com són les anomenades PERL (PassivatedEmitter and Rear Locally-diffused, rendiment de fins a 24,5%) o les BCSC(Buried Contact Solar Cell, rendiment de fins a 20%), creades especialment perla WSC en la UNSW (University New South Walles, Sydney).

6.3.2.5 Cèl·lules monocristal·linesLa cèl·lula BCSC (Buried Contact Solar Cell o cèl·lula solar de contactes ente-rrats), com alternativa a la cèl·lula convencional, té una estructura que permetassolir rendiments superiors al 20%. Aquest avantatge sobre la cèl·lulamonocristal·lina convencional es pot explicar a través dels punts següents:

• Els contactes metàl·lics de la part superior poden arribar a ser fins adeu vegades més prims que el gruix d’un cabell humà, amb gran partdel contacte enterrat sota la superfície lliure de la cèl·lula. Això redueixles pèrdues per ombres provocades pels contactes sobre la superfícieútil de la cèl·lula.

• Atès que els contactes metàl·lics, la funció dels quals és la derecol·lectar els electrons alliberats per l’efecte fotoelèctric, són moltmés prims, poden estar molt més junts, fet que redueix la resistènciainterna de la cèl·lula i en millora el rendiment.

• Per a permetre un bon contacte entre el silici i el metall, en la cèl·lulaconvencional és necessari dopar fortament la superfície superior de la

47


cèl·lula amb impureses (assenyalades amb n++ en la figura 2.3.6.1 (a)). Enuna cèl·lula normal això produeix una capa morta al llarg de tota la super-fície que absorbeix la llum blava i en redueix la seva eficiència. En la BCSCaquest problema es minimitza perquè només les incisions estan fortamentdopades, essent la resta de la superfície lliure d’impureses.

• Els contactes en la BCSC estan realitzats amb coure en lloc de plata,fet que redueix els costos en material.

La nova generació de cèl·lules, les PERL, va ser el primer dispositiufotovoltaic de silici en demostrar eficiències de més del 23% (any1990). Des d’aleshores, les millores introduïdes en el procés de fabri-cació ha permès arribar a l’actual rendiment del 24,4%.

La cèl·lula PERL incorpora millores de disseny que totes elles sumadesexpliquen aquest avantatge sobre les altres:

• La cèl·lula està feta amb un cristall de silici molt pur, ja que els defec-tes o impureses poden afectar el seu rendiment.

• La superfície superior té una textura en forma de piràmides invertides,fet que redueix la reflexió de la radiació incident. A més, una doble capa

de recobriment antireflectant s’aplica sobrela superfície frontal per tal de millorar-ne l’e-fecte. Per minimitzar l’ombra en la superfíciesuperior, els contactes són més prims queun cabell humà. Això permet tenir els con-tactes més junts i reduir la resistència inter-na de la cèl·lula.

48

!Cèl·lula monocris-tal·lina BCSC.

!Cèl·lula mono-cistal·lina convencio-nal.

Secció esquemàticade la cèl·lula mono-cristal·lina PERL.


• Sobra les superfícies superior i inferior de la capa de silici s’hi aplicauna capa molt prima d’òxid de silici. Les superfícies es comporten comdefectes en els cristalls i poden reduir-ne el rendiment. La inclusió d’a-questa capa d’òxid redueix aquest efecte negatiu i, per tant, en millo-ra el rendiment. Aquesta tècnica es coneix amb el nom de passivation(d’aquí el nom de passivated emitter).

• Per millorar el contacte elèctric entre el silici i el metall i minimitzar laresistència sèrie de la cèl·lula, unes petites àrees properes a cada undels forats estan fortament dopades (d’aquí el nom de locally diffused).

6.3.2.6 Cèl·lules policristal·lines i de silici amorfAmbdós tipus de cèl·lules han estat molt menys emprades en vehiclessolars que les monocristal·lines, i es pot dir que actualment han estatquasi totalment apartades per aquestes últimes. Les cèl·lules policris-tal·lines tenen un rendiment de com a màxim el 12 o 13%, i fa unsquants anys no era estrany trobar vehicles amb aquestes cèl·lules que,per altra banda, són força més econòmiques que les monocristal·lines.Només un participant en els cinc anys d’història de la WSC ha estatcapaç d’acabar la cursa usant cèl·lules de Si amorf. Aquest tipus decèl·lules té rendiments inferiors al 12%, amb l’agreujant que aquestrendiment disminueix amb el temps a causa de la degradació progres-siva de la cèl·lula d’estructura amorfa. Aquest últim tipus de cèl·lules,si bé són força més econòmiques que les monocristal·lines, no són unabona opció per a un vehicle solar.

6.3.3 Les bateriesMalgrat que les bateries no són estrictament necessàries per al funcio-nament del vehicle solar, la possibilitat d’emmagatzemar energia en con-dicions favorables per a la seva posterior utilització en condicions no tanfavorables fa que les prestacions del vehicle millorin notablement.

Les bateries permeten una aportació addicional d’energia en situa-cions en què aquesta es fa necessària, com per exemple a l’hora de

superar un pendent, de fer unavançament o bé quan momentà-niament el sol deixa de lluir sobreel vehicle. Tanmateix, cal diferen-ciar aquesta acumulació d’ener-gia respecte de la que té un vehi-cle purament elèctric. En un vehi-

49

Conjunt de bateriesd’un vehicle solar.


cle solar, la major part de l’energia prové directament de les cèl·lules,per la qual cosa les bateries esdevenen elements que permeten unacerta flexibilitat en el seu funcionament. En un vehicle elèctric, lesbateries són l’única font d’energia i, per tant, la capacitat d’acumula-ció ha de ser molt superior.Amb les bateries s’introdueix també el concepte de tàctica durant unacursa; amb això volem dir la correcta gestió de l’energia per tal d’e-fectuar el recorregut de cada etapa amb el menor temps possible iamb una despesa energètica assequible per al vehicle. Cal decidir,doncs, en cada situació quina ha de ser la velocitat del vehicle -el con-sum- en funció de l’energia generada per les cèl·lules i de l’energiadisponible a les bateries. Sense bateries, l’única tàctica possible éscircular en cada moment, i com a màxim, a la velocitat que permeti laradiació solar incident.L’elecció de les bateries del Despertaferro estava supeditada, en pri-mer lloc, a les regulacions de la Sunrace 2000. Segons aquesta nor-mativa, les bateries han de ser estanques, recarregables i en conjuntno superar els 2.500 VAh (producte de la tensió total en V per la capa-citat total en Ah a les 20 h). Si bé és possible triar entre qualsevol tec-nologia, es defineix un pes total per al conjunt del sistema d’acumula-ció que en tots els casos és de 62,5 kg i de 64 kg en el cas de les bate-ries de Pb/àcid. Aquest pes total s’assoleix mitjançant un llast (pesafegit) en el cas que sigui necessari. D’aquesta manera, les possibili-tats es resumeixen a la taula següent:

La normativa referent a les bateries ha anat evolucionant a mesura queles edicions de les diferents curses es succeïen. En els inicis no existialimitació d’energia ni de pes, i les capacitats dels sistemes d’acumulaciódels vehicles anaven de 2 a 11 kWh. En la WSC del 1990 s’introduí ellímit de 5 kWh, i en l’edició de 1996 aquest límit es traduí a un límit depes, atès que és més fàcil determinar el pes d’un conjunt de bateries quela seva capacitat. Així, per cada tecnologia d’acumuladors existia un pes

50

Pb/àcid 40 64 0

Ag/Zn 125 20 42.5

Li/Ió 125 20 42.5

Ni/Zn 66.7 37.5 25

Ni/MH 70 35.5 27

Ni/Cd 50 50 12.5

TIPUS Densitat (Wh/kg) Pes màx. Bats. (kg) Llast (kg) Taula de les diferentsalternatives per a lesbateries segons lanormativa de la cursaSunrace 2000.


màxim permès, tenint avantatge aquells vehicles que usaven bateries demés densitat d’energia (més Wh per cada kg d’acumulador), com perexemple aquells que empraven bateries de Ag/Zn.

En la Sunrace, la normativa sobre bateries difereix de la de la WSC enquè el límit màxim d’energia permesa és de 2.500 Wh i també en quès’elimina l’avantatge de disposar de bateries amb major densitat d’e-nergia perquè, sigui quina sigui la tecnologia d’acumuladors emprada,existeix un únic pes límit al qual s’hi arribarà, si cal, tot afegint un llastal vehicle. El motiu de la primera limitació, a l’igual que en el límit esta-blert sobre la potència màxima de cèl·lules, és el de reduir o mantenirla velocitat dels vehicles participants dins els límits permesos, mentreque el motiu per a la segona norma rau en el fet de voler equiparar lesprestacions de tots els vehicles amb independència del pressupostdisponible per a adquirir les bateries, tot fomentant la diferenciacióentre els vehicles en les millores introduïdes en altres camps com aral’aerodinàmica, el rendiment elèctric, etc.

Només es permet la càrrega de les bateries mitjançant les cèl·lules delvehicle, i aquesta es pot fer des del matí fins al capvespre. És motiu dedesqualificació la recàrrega mitjançant altres fonts, i el seu reemplaça-ment durant la cursa, en cas de ser necessari, és durament penalitzat.Un altre condicionant fou la tensió d’alimentació del regulador delmotor, la qual no pot ser mai inferior a 150 Vcc. Per sota d’aquest valor,el correcte funcionament del motor no queda garantit. Altres aspectesconsiderats són la vida útil de les bateries, la seva ubicació per a unacorrecta ventilació i també el seu cost.

Amb totes aquestes consideracions, el sistema finalment emprat vaser el següent:

• 16 bateries YUASA NP12/12 dePb/àcid estanques, sense mante-niment de 12 V i 12 Ah (capacitata les 20 h).• Layout: 16 bateries connecta-des en sèrie.• Tensió nominal conjunt: 192 V.• Energia total: 2304 Wh (192 V x12 Ah).• Pes total: 64 kg.

51

Bateries de Pb/àcid,que estan disponiblesen moltes capacitats.


52

Les bateries de plom/àcid, malgrat ser les que tenen una pitjor densi-tat energètica, tenen un comportament prou robust pel que fa a nom-bre de cicles de càrrega/descàrrega, així com d’eventuals sobrecàrre-gues o descàrregues excessives. El seu estat de càrrega és fàcilmentestimable mitjançant una simple mesura de tensió entre terminals, i pera aplicacions de tracció són les més esteses encara que el seu rendi-ment és més baix que el d’altres tipus. Les bateries de plom/àcid sóneconòmicament les més assequibles.

Les bateries estan repartides i situades a banda i banda del conductor,en uns calaixos especialment dissenyats per allotjar-les. La seva refri-geració queda assegurada pel corrent d’aire que, en avançar el vehi-cle, entra pels faldons de les rodes davanteres.

En la taula anterior apareixen les diferents bateries dels vehicles parti-cipants en passades edicions de la World Solar Challenge. En aques-ta cursa no existeix un pes fixat per al conjunt de bateries (no s’utilitzael sistema del llast), i només es limita la capacitat a 5.000 VAh. Per acada edició es desglossa el nombre total de participants així com elssis primers classificats.De l’estudi d’aquesta taula es pot veure que durant aquests anys, lesbateries de Ag/Zn han tingut una important presència entre els vehiclesque han ocupat les primeres posicions, situació de la que semblaestan essent desplaçades per la nova tecnologia de les bateries de Ió-

1987 22 11 10 1 - - -

Top 6 1 5

1990 36 18 14 - 4 - -

Top 6 1 5 - - - -

1993 52 23 17 - 12 - -

Top 6 1 4 - 1 - -

1996 46 25 13 2 5 1 -

Top 6 1 5 - - - -

1999 40 20 5 - 2 9 4

Top 6 - 2 - - 3 1

Any Núm. cotxes Pb/àcid Ag/Zn Ni/Cd Ni/Zn Li/Ió NiMH Taula resum dels dife-rents tipus de bate-ries emprades en elsvehicles solars depassades edicions dela World SolarChallenge.


Liti. Aquestes últimes estan experimentant una gran evolució en elsdarrers anys, i actualment es pot dir que tenen una densitat energèti-ca lleugerament millor que les de Ag/Zn, tenen un cost que és aproxi-madament una tercera part del cost de les Ag/Zn i a més tenen unavida útil més llarga. Cal destacar també la presència de les bateries dePb/àcid que, malgrat tenir una eficiència inferior a les altres, han per-mès a alguns vehicles ser realment competitius. Aquest tipus de bate-ries segueixen essent, encara avui en dia, de les més utilitzades.

Altres tecnologies emprades per aquests vehicles són les de Ni/MH(níquel-hidrurs metàl·lics), les de Ni/Zn, i en menor mesura, les deNi/Cd. Aquestes últimes, malgrat són l’alternativa alcalina tradicional ales de plom-àcid no han tingut gaire èxit entre els vehicles solars. En elseu lloc s’han emprat les de Ni/Zn, d’una major densitat energètica,encara que aquestes també han anat perdent força. Amb una densitatencara major trobem les de Ni/MH, sorgides en els darrers anys com aalternativa a les de Ag/Zn, encara que amb menor densitat i major costque les de Ió-Liti. En la darrera edició de la WSC, el Radiance (vehiclecanadenc) va acabar en segona posició utilitzant bateries de Ni/MH.

53

Evolució de l’ús deles diferents tecnolo-gies de bateries en la

WSC(1987 i 1999).


6.3.4 Motor elèctricQuan parlem de motor elèctric, ens referim a l’element que és capaçde transformar l’energia elèctrica que rep en el moviment circular delseu eix, i mitjançant una sèrie d’elements intermedis acaba transfor-mant-se en el moviment de la roda i, per tant, del cotxe.

6.3.4.1 - Motor elèctric del DespertaferroEl Despertaferro va ser dissenyat per participar en un cursa i, en aquestcas, no existia cap normativa que afectés el motor, així que aquest vaser triat mitjançant una sèrie d’exigències que va fixar l’EquipMediterrani:

1. Eficiència del motor molt elevada per tal de perdre la menor part d’energia.

2. Pes del motor baix per a disminuir el pes global del vehicle.

3. Parell motor suficient per a moure el Despertaferro a una velocitatelevada.

4. Motor de fàcil comandament per tal de facilitar la tasca de conducció.

5. Possibilitat de fer treballar el motor com a generador en el momentde la frenada per tal de recuperar l’energia que habitualment es des-aprofita en forma de calor als frens.

6. Manteniment del motor mínim.

7. Volum petit.

8. Cost baix.

54

Imatge de la famíliade motors BrushlessAC de la casaMavilor.


D’aquesta manera, mitjançant aquests paràmetres, es van anar elimi-nant possibilitats de motors, bé per pèrdues massa elevades, perpesos excessius o per altres raons com poden ser les econòmiques; ies va decidir col·laborar amb un fabricant de motors català que enscedia el motor i controlador que més ens interessés de la seva gammade productes. Finalment l’Equip Mediterrani es va decidir per un motorBrushless AC, funcionament del qual parlarem més endavant. El motor que incorpora el Despertaferro és el model MA-55 del fabri-cant Mavilor, i les seves característiques tècniques són:

55

Velocitat màxima N Rpm 6.000

Parell a rotor bloquejat Ms Nm 31,8

Corrent a rotor bloquejat Is A 32,7

Parell màxim Mj Nm 190,8

Relació parell pes Tw Nm/Kg 1,9

Constant FEM Ke Vs/rad 0,6

Constant de parell Kt Nm/A 1,0

Parell de reluctància Tr Nm <0,6

Resistència de bobina R Ω 0,2

Inductància de bobin L MH 1,9

Inèrcia J Kgm2103 3,60

Constant de temps mecànica tM ms 1,6

Constant de temps elèctrica tE ms 7,6

Constant de temps tèrmica tTH s 1.500

Resistència tèrmica Rth ºC/W 0,2

Pes M Kg 16,8

Càrrega eix radial Fr N 830

Càrrega eix axial Fa N 410

Característiques Símbol Unitats MA-55

Fotografia dels regu-ladors electrònics

Infranor que contro-len els motors

Mavilor.


En les imatges següents s’il·lustrala integració del motor dins el vehi-cle. Com es pot observar es vaincorporar una reducció en la trans-missió que permet més suavitat enel consum i més facilitat a l’hora desuperar pendents elevats.

56

Situació del motordins del bastidor delDespertaferro.

Imatge del muntatgedel motor.

motor elèctric


6.3.4.2 Motors elèctrics dels cotxes solarsDe motors elèctrics se’n poden trobar de molts tipus diferents, cadas-cun amb una sèrie de característiques que el fan més o menys adientper a determinades aplicacions.

En el cas que ens ocupa, el primordial és trobar un motor que malgas-ti la menor quantitat d’energia possible, ja que el que interessa és treu-re el màxim profit de l’energia que ens proporcionen les cèl·lulessolars. D’aquesta manera, ens referirem a un motor amb un rendimentelevat quan la diferència entre l’energia que li proporcionem i l’energiaque aquest transforma en moviment és petita. L’equació que calcula elrendiment del motor és la següent:

Centrant-nos doncs en aquells motors que podem trobar normalmental mercat, i que poden ser idonis per a un cotxe solar, en caldria des-tacar tres models:

• Motors sense escombretes o motors brushlessLa principal característica dels motors brushless és la que precisamentel seu nom indica: sense escombretes, ja que eliminen gairebé tots elsproblemes dels motors d’escombretes (de corrent continu). Aquestsproblemes tot sovint se centren en el manteniment de les escombre-tes, que no són més que un element que contínuament es manté enfregament entre la part mòbil i la part fixa del motor. A més, cal destacar que l’eliminació de les escombretes implica elimi-nar un fregament mecànic i, per tant, contribuir a una millora del rendi-ment del motor. Un avantatge més d’aquest tipus de motors és que,

57

Esquema d’un motorelèctric de corrent

continu

Esquema del motorde corrent continuamb escombretes


avui en dia, són molt utilitzats en el món de les màquines-eina i l’auto-matització, on una de les premisses imprescindibles és la robustesadels seus elements.Tot seguit podem veure unes imatges que ens deixaran clar de quinamanera estan fets els dos tipus de motors brushless que existeixen, iexplicarem per sobre el seu funcionament.Els motors brushless es poden dividir en dos grans grups, els conegutscom AC brushless i els coneguts com DC brushless. Com el seu nomindica, els primers tenen un funcionament que recorda els motors decorrent altern, ja que els debanats o conductors de l’estator es trobendistribuïts uniformement al llarg d’aquest.Pel que fa als DC brushless, els debanats de l’estator es troben en unspunts determinats, en lloc d’estar distribuïts. Veiem-ho:

Com podem veure, el seu funcionament és bastant simple, ja que en elmoment en què són alimentats els debanats de l’estator, aquests creenun camp magnètic que atrau els imants del rotor i fa que aquest giri.En el cas de motor AC brushless, el que podem veure és que el campmagnètic és creat no per un sòl debanat, sinó per una zona de l’esta-tor pel fet que, com hem dit, els seus debanats es troben distribuïts.Cal dir que ambdós models acostumen a fer-se servir en el món de laindústria i per aquest motiu, tot i treballar internament amb correntcontinu, es troben preparats per a ser alimentats amb corrent altern.D’aquesta manera, com que el corrent generat per les cèl·lules solarsés continu, en cas d’utilitzar un motor d’aquest tipus, caldrà eliminar elconversor altern/continu (pont rectificador de díodes) que es troba al’entrada del circuit elèctric.

58

Motor DC brushless.

!Motor AC Brushless.


• Motor d’inducció El motor d’inducció, tot i tenir unes característiques de treball proubones per a utilitzar en els cotxes solars, presenta de bon principi l’in-convenient de ser un motor de corrent altern. En aquest cas parlemd’inconvenient per la necessitat de convertir el corrent continu quegeneren les cèl·lules solars i que s’emmagatzema a les bateries, encorrent altern abans d’entrar al motor. Un conversor de corrent conti-nu a corrent altern sempre genera unes pèrdues que impliquen unapèrdua de rendiment del conjunt elèctric del vehicle.El motor d’inducció té un funcionament molt similar a l’AC brushless,ja que el camp elèctric es genera mitjançant els debanats de l’estatorque hi ha distribuïts, tot i que el seu rotor no es troba format perimants, sinó que conté els seus propis debanats que creen un altrecamp magnètic atret pel primer.Veiem un petit esquema del motor d’inducció per a fer-nos una micamés a la idea de com funciona:

59

Motor d’inducció.


6.4 Instrumentació i telemetriaUn cop descrits els elements elèctrics que fan possible la utilització del’energia solar per a moure el vehicle, és moment de veure com es con-trola el Despertaferro; és a dir, de quins instruments disposa el pilot pera conduir amb unes condicions mínimes de seguretat i confort.Pel fet que es tracta d’un vehicle en què la base del seu funcionamentés la gestió de l’energia, veurem també quins elements ens facilita lainformació de consums i com es pot regular l’energia disponible.

6.4.1 InstrumentacióTots els vehicles que podem trobar circulant per les carreteres dispo-sen d’una sèrie d’aparells, en alguns dels casos obligatoris, que ser-veixen perquè el conductor tingui informació de velocitat i consums, itambé elements indicadors com per exemple els intermitents. ElDespertaferro, com a vehicle homologat per a la conducció en carrete-ra, disposa dels aparells habituals en la resta de vehicles del parcmòbil estatal.Tots aquests dispositius funcionen amb alimentació de 12 V, provi-nents d’una bateria auxiliar que és independent de l’energia decèl·lules solars i del banc de bateries de potència del Despertaferro.Aquests dispositius els podem diferenciar segons si són obligatoris percomplir les regulacions de la cursa o simplement són necessaris per ala conducció:

Elements obligatoris• Intermitents• Intermitents d’emergència• Clàxon• Llum de fre• Interruptors de seguretat, per atallar el subministrament elèctric• Cinturó de seguretat

Com a peculiaritats podem dir que la llum de fre no només s’activaquan pitgem el fre manual, sinó que també s’encén quan s’està frenantamb el fre regeneratiu de motor. Pel que fa als interruptors de segure-tat, s’ha utilitzat material elèctric convencional com són els interruptorsmagnetotèrmics. Aquests elements ens protegeixen de sobrecorrents ialhora serveixen per activar-desactivar la línia elèctrica de potència,funcionant com a interruptors generals. En podem trobar dos queestan a l’abast del pilot, i uns altres dos que estan a l’abast de l’equip

60

Manillar delDespertaferro, amb elclàxon (blau), intermi-tents (vermell).


tècnic del vehicle, per si el pilot no és capaç de desactivar-los, perexemple en cas d’accident o avaria.

Com es pot veure a la fotografia, el Despertaferro es comanda amb unmanillar molt semblant al d’una motocicleta.

Altres elements• Maneta de gas• Canvi de sentit de gir (marxa enrere-fre motor o regeneratiu)• Velocímetre• Sensors de temperatura• Amperímetre de cèl·lules solars• Amperímetre de motor• Mesurador d’estat de càrrega de bateries• Caixa d’interruptors de control i LED de funcionament de cèl·lules solars

Tots aquests elements han d’estar a l’abast del conductor, perquè caldisminuir al màxim que el pilot desviï la vista de la carretera i, per tant,pugui patir algun accident.

61

Vista general de laposició de conducció

del pilot.


La maneta del gas té el funcionament igual que el d’una moto, peròamb la peculiaritat que no estira d’un cable, sinó que porta un poten-ciòmetre lineal acoblat, i en girar-lo variem la resistència d’aquest. Envariar la tensió de consigna de velocitat, el motor intenta adaptar-se ala nova velocitat demanada i actua accelerant.

A la caixa d’interruptors hi podem trobar els controls més importants,per exemple, podem decidir si la maneta de gas farà de consigna deparell o de velocitat. Normalment, però, el cotxe es farà funcionar ambconsigna de parell, ja que s’ha demostrat que el consum és més con-trolable, i això és molt important. També hi ha l’interruptor que engegael motor i el driver d’aquest.

El velocímetre que s’ha utilitzat és un aparell típic de bicicleta de mun-tanya, muntat a la roda del darrere.

S’ha incorporat també quatre LED, un per a cada camp de cèl·lulessolars. Mitjançant aquests LED es pot saber si les cèl·lules estan fun-cionant correctament; és a dir, si estan generant energia.

Els amperímetres serveixen al pilot per a saber quanta energia s’estàrebent de cèl·lules solars o quanta s’està consumint per part del motor;estan situats als peus del conductor. I el mesurador de bateries estàsituat a sobre de la caixa d’interruptors, molt a l’abast del conductor.Per acabar, també hi ha l’interruptor que serveix per donar tensió a totsels instruments que s’alimenten de la bateria auxiliar.

62


6.4.2 El mesurador de bateriesEl mesurador de bateries capta la tensió del banc de bateries i la inten-sitat que hi circula; per tant és un element importantíssim ja quesabrem si, malgrat que les cèl·lules subministrin energia al motor, en fafalta més (que la subministra la bateria) o, per contra, ens en sobra is’estan carregant les bateries.

Una altra dada molt important que ens dóna el mesurador de bateries és elconsum mitjà que s’està obtenint de bateries, en forma d’ampers per hora(Ah). Com que la capacitat en Ah és una dada coneguda, es pot fer una apro-ximació de l’energia que resta disponible dins les bateries segons el règim defuncionament actual. Però el més important del mesurador de bateries ésque té una sortida RS-232, que s’ha connectat a un ràdio-mòdem que porta

incorporat el Despertaferro. Lesdades que va generant el mesuradorde bateries es van enviant a un ordi-nador portàtil que es troba situat alcotxe de suport del davant. Per tant,des del cotxe de suport es vanrebent i visualitzant les mateixes

dades que el conductor té en pantalla en el mesurador de bateries. Això faci-lita molt la gestió de l’energia disponible. Durant la cursa es disposava delspendents de la carretera i es podien realitzar càlculs per saber amb certa fia-bilitat com s’havien d’afrontar els quilòmetres següents.

També cal destacar que el pilot està en tot moment en contacte ambel cotxe de suport gràcies a uns aparells de radioafeccionat, mitjançantel qual pot rebre instruccions o comentar el funcionament delDespertaferro amb la resta de l’equip que es troba a l’altre cotxe.

La resta d’equips de cotxes solars, per norma general, utilitzen un apa-rell molt més complex, i per tant d’un preu molt més elevat, que s’a-nomena Datalogger. Aquest equip té vint canals de recepció de dadesi permet rebre molta més informació del vehicle. Això possibilita podersaber i entendre molt millor el comportament del vehicle a temps reali, per tant, poder actuar per optimitzar l’energia disponible, sigui solaro emmagatzemada dins de les bateries.

Nota : Malauradament, durant el viatge es va malmetre l’ordinador por-

tàtil i tot el sistema de telemetria es va substituir per la comunica-

ció oral entre el pilot i la resta de l’equip.

63

Mesurador de bate-ries, radiomòdems i

ordinador portàtil.


6.5 La mecànica d’un vehicle solar6.5.1 Les rodesLes rodes poden semblar a primer cop d'ull uns elements d’importàn-cia relativa en un vehicle solar. Res més lluny de la realitat, ja que lesrodes són l'element de contacte del vehicle amb el ferm i, en conse-qüència, de l’eficiència que tinguin les rodes per a avançar pel seumedi en dependrà en gran mesura la suavitat en què el vehicle solar espodrà desplaçar. Per tant, les rodes, formades per les llantes i elspneumàtics, són elements de vital importància a l'hora de desenvolu-par un vehicle solar d'altes prestacions.

Els principals enemics de les rodes sobre el ferm són dos: la resistència alrodament i la divergència d’ambdues rodes directrius respecte al centre de gir.

• Resistència al rodamentÉs un fenomen físic que existeix sempre, tant si el vehicle està aturatcom si està en moviment. El fenomen físic és complex, ja que hi inter-venen multitud de variables com poden ser la pressió dels pneumàtics,la càrrega que suporta, el radi de la roda, l’estat del ferm... Però a

grans trets, la resistència al roda-ment és l'esforç que ha de vèn-cer una roda que no és perfecta-ment rodona per avançar per unferm que no és perfectament llis.Aquest esforç es pot reduir aug-mentant el radi de les rodes, lapressió dels pneumàtics i, sobre-

tot, disposant d'un pneumàtic dur d'alta recuperació elàstica. És peraquesta raó que la majoria de vehicles solars calcen uns pneumàticsd'altes prestacions, els quals tenen un coeficient de rodament moltinferior al dels vehicles convencionals.

A l'hora de dissenyar el Despertaferro es va optar per pneumàtics d'altrendiment. Això, però, va comportar un problema addicional prouimportant: l’elecció del tipus de llantes. La llanta és l'element quesuporta el pneumàtic i, per tant, ha de ser compatible amb el pneumà-tic que calçarà el cotxe.

El pneumàtic condiciona en gran mesura el tipus de llanta que portarà elvehicle. Existeixen en el mercat llantes de fibra de carboni per a pneu-màtics d'alt rendiment, tot i que actualment el mercat és molt limitat i els

64

A) Roda perfecte enferm ideal.

B) Roda Real. Esnecessita una força Frper mantenir-la enmoviment.


preus elevadíssims. Les llantes defibra de carboni tenen el granavantatge de ser molt lleugeres, fetque les fa ideals per a un vehicleon el pes és un factor clau.

Al Despertaferro, però, se li vanconstruir llantes especials d'aliat-ge d'alumini, dissenyades i cons-truïdes expressament per al pri-mer vehicle solar del país.

Les llantes del Despertaferro vanser dissenyades i millorades mit-jançant mètodes amb computa-dor d’elements finits per assegu-rar la seva resistència.

• Divergència respecte al centrede gir de les rodes directriusEl segon enemic per a qualsevolvehicle amb rodes per avançaramb suavitat pel ferm (sobretot pera un vehicle d'altes prestacionsenergètiques) és la divergènciaque pot existir entre les dues rodesdirectrius en el moment de girar.

Quan un vehicle gira, ho fa al vol-tant d'un punt teòric, anomenatcentre de rotació. Aquest punt ésgeomètric i no pertany a cap puntfísic real. Per a realitzar un girsense incompatibilitats (de manerasuau) les rodes directrius han degirar de manera que l'eix de lesdues es tallin en el centre instanta-ni de rotació (figura a). Això implicala necessitat física que les duesrodes girin angles diferents quans'està realitzant un gir. Si aquest

65

"Llanta davantera del

Despertaferro fetad’aleació d’alumini.

'Resultat de la simu-

lació de desplaça-ments.


fet no es complís es produirien lliscaments entre les rodes directrius i elterra. Això provoca frecs no desitjats, possibilitats d'iniciar derrapades isobretot contínues pèrdues energètiques (figura b).

6.5.2 La direcció

66

Figura a: el vehicle nollisca.

Figura b: el vehiclellisca.

Per a evitar que les rodes llisquin existeixen dues possibilitats: La primera éstenir una sola roda directriu central, amb la qual cosa s'elimina totalment elproblema d'incompatibilitats en el gir; la segona opció és introduir un siste-ma de direcció amb mecanisme de bieletes que permeti assegurar la corres-pondència d'angles entre les rodes directrius per a un ampli rang de gir.

El sistema de direcció permet controlar l’orientació del vehicle.Aquesta funció pot semblar en un principi bastant senzilla, però real-ment no ho és. La direcció d'un vehicle solar és un cas molt especial,i no es pot pensar en introduir un sistema de direcció importat, d'unvehicle convencional, ja que ni l'espai ni el pes ho permetria. Les solu-cions a aquesta realitat han estat diverses: incorporar una sola rodadirectriu, cables o corretges per aconseguir el moviment desitjat...

El sistema, però, que ha demostrat ser més efectiu, robust i fiable és el detransmissió directa del moviment del manillar fins a les rodes a través debieletes. Aquesta última opció és la que va ser implementada en elDespertaferro, pel qual es va dissenyar un sistema de bieletes formadesper tres barres, que s'adaptaven perfectament al reduït espai del vehicle.

La part d'actuació sobre la direcció pot ser un manillar o un volant,independentment de la solució adoptada quant al mecanisme dedirecció. No obstant això, la majoria de vehicles compten amb petits


manillars en els quals s'hi incor-poren i s'hi concentren altres fun-cions a part de la governabilitatdel vehicle: frenada, control d’in-termitents, connexió amb ràdio,senyal de potència al motor, etc.,afavorint així una conducció méssegura i sense distraccions.

6.5.3 La suspensióEl sistema de suspensió és elconjunt d'elements que s'interpo-sen entre el bastidor i les rodesper tal de realitzar les funcionssegüents:• Assegurar la comoditat del con-ductor.• Aconseguir l'estabilitat del vehicle.• Esmorteir les vibracions provo-cades per les irregularitats delterreny, amb l’objectiu de protegirels òrgans del vehicle i els seuspassatgers.

Els elements de suspensió han detenir la suficient capacitat de supor-tar el pes del vehicle i el dels seuspassatgers i, a la vegada, han de sersuficientment elàstics per tal d'ab-sorbir l'energia mecànica produïdaper les irregularitats del terreny,amortint el moviment oscil·lant de lacarrosseria i mantenint-la estable.Per a un vehicle solar, a més a més,tenir una suspensió lleugera és,també, una característica especial-ment important.

67

Sistema de direcció isuspensió davantera.


A l’hora de parlar de la suspensió, podem distingir entre l’aplicada a lesrodes davanteres i l’aplicada a les rodes posteriors.

Pel que fa al primer cas, hi ha diferents possibilitats: per trapezissuperposats (és a dir, dos trapezis, que poden ser paral·lels o no entreells, són els elements que uneixen la barra d’acoblament, que és l’ele-ment que suporta l’eix de la roda, amb el bastidor); una altra possibili-tat és una suspensió tipus Mcpherson (que és com l’anterior, però eltrapezi superior queda substituït per un conjunt molla-amortidor); o bépossibilitats més simples, com ballestes o forquilles de bicicletes.L’opció triada pel Despertaferro va ser la de trapezis superposats, jaque ofereix una bona relació prestacions-pes i permet trobar punts dedirecció compatibles (que permetin que el vehicle no llisqui, com jas’ha comentat anteriorment).

Si parlem de la suspensió del tren posterior, les configuracions possi-bles són diferents, ja que, a diferència del tren anterior, aquí disposemd’una sola roda. Així doncs, encara que ens podem trobar amb altrestipus de configuracions, com poden ser sistemes similars a les forqui-lles de bicicletes o, si hi tenim dues rodes, suspensions similars al trenanterior, el més comú és la suspensió per mitjà d’un basculant tipusmotocicleta. Aquesta va ser, doncs, l’opció escollida pel vehicleDespertaferro. A més a més, aquesta opció ens permet obtenir un dis-seny relativament fàcil de la transmissió (és a dir, de les parts encarre-gades de transmetre la potència del motor a les rodes).

68

Suspenció posteriordel Despertaferro.


6.5.4 El sistema de frenadaEl sistema de frenada és tot aquell conjunt de peces que tenen com afunció principal aturar el vehicle, sense comprometre en cap momentla seva estabilitat i/o governabilitat. Per tal de dissenyar aquest siste-ma s’han de tenir en compte varis factors, com ara el pes del vehicle,la seva velocitat punta, la desacceleració que es vol arribar a aconse-guir, la posició del centre de gravetat del vehicle, etc.

Els elements que constitueixen el sistema de frenada es poden dividir endues parts interrelacionades: el fre pròpiament dit, és a dir, l’element fixque actua contra un element mòbil que, en la majoria dels casos, és soli-dari a la roda; i l’actuació, de la qual formen part tots aquells elementsque ens permeten transmetre la força del conductor cap al fre.

Les opcions existents pel que fa al fre són una pinça de bicicleta, untambor o bé un disc de fre. Si bé la pinça de bicicleta és l’opció méslleugera, també és la que té una potència de frenada més baixa; és adir, implementant una pinça de bicicleta la distància de frenada queobtindríem seria massa gran per a poder circular amb total seguretat.Pel que fa a l’opció disc o tambor, cal dir que les seves prestacions sónsimilars. Tot i així, en el Despertaferro es va optar per tres frens de disc(un en cada roda) per la seva senzillesa d’implementació.

Pel que fa a l’actuació, es pot pensar en un sistema de cablejat, o enun sistema d’amplificació mecànic. Però havent escollit frens de disc,que funcionen hidràulicament, l’opció més lògica és un sistema d’am-plificació hidràulica. L’opció escollida pel Despertaferro va ser, doncs,unes manetes de fre.

Així doncs, el sistema de frenada resultant va ser molt semblant ald’una motocicleta: tres frens de disc i unes manetes de fre implemen-tades en el manillar.

69

Detall del sistemade frenada delDespertaferro.

S’aprecia el disc defre (peça blava

transparent) i lapinça de fre (peça

verda i blava)


6.6 Carrosseria i bastidor6.6.1 La carrosseriaLa carrosseria del Despertaferro ha estat dissenyada emprant les mésmodernes eines de dibuix i simulació CAD/CAE íntegrament en tresdimensions.En efecte, la carrosseria és un punt a considerar amb deteniment jaque la seva forma i estructura influiran decisivament en dos paràme-tres vitals per a aquests tipus de vehicles:• El coeficient aerodinàmic• El pes

Així doncs, el procés de disseny ha comptat amb fases de dibuix, de simulaciónumèrica i d’assaigs en el túnel de vent, per tal d’optimitzar aquests paràme-tres. Les modernes eines CAD/CAE han estat claus per a l’èxit en el disseny.

Per a la definició de la carrosseria s’han tingut en compte diversoscondicionants de tipus tècnic, com aconseguir un pes mínim o unaresistència elevada; i altres condicionants també necessaris per estard’acord amb la reglamentació de la cursa Sunrace 2000.El resultat ha estat una carrosseria de sis metres de llarg per dos d’am-ple amb forma de perfil d’ala d’avió, fabricada amb materials compo-sites, on el coeficient aerodinàmic obtingut ha estat de 0,18. A lasegüent taula podem veure una comparació d’aquest coeficient ambels altres participants a la Sunrace 2000.

70

Nom Característiques Coeficient aerodinàmic

Aurora 0,12

Sunshark 0,14

Desert Rose 0,14

Spirit of Camberra 0,1

Sunswift II 0,13


La forma de la carrosseria és la que permet l’accés fàcil al pilot així comuna posició de conducció confortable i amb bona visibilitat tant frontalcom lateral. A més, també ha de ser suficientment plana com per a poderservir de suport per a les cèl·lules solars sense corbar-les excessivament.Tot això comptant amb una forma aerodinàmica que ens minimitzi les pèr-dues d’energia amb l’aire.

Naturalment també ha de ser lleugera i resistent. És per això que estàfabricada amb estructura sandvitx de niu d’abella amb recobriment defibra de carboni que correspon a una disposició àmpliament emprada enaplicacions aeronàutiques i competició automobilística. La fibra de carbo-ni combinada amb la resina epoxi fa la funció d’element resistent mentreque el niu d’abella serveix d’element separador entre les capes de carbo-ni per a incrementar més encara la resistència i rigidesa de la secció.

En la figura podem observar elselements constitutius del sand-vitx: fibra de carboni, niu d’abellai resina epoxi.

L’ estructura de la carrosseria va ser la següent:

• Carcassa superiorCorrespon a la peça de carboni que cobreix pràcticament la totalitatdel vehicle i al damunt de la qual estan unides les cèl·lules solars.Aquesta peça, malgrat ésser de carboni, porta un recobrimet de fibrade vidre per aïllar la superfície de contacte amb les cèl·lules ja que lafibra de carboni condueix l’electricitat.

• Carcassa inferiorPeça de carboni unida al bastidor que fa la funció de carenar la part inferiordel vehicle. Aquesta part conté les faldilles que fan de carenat de les rodesdavanteres i la posterior. La seva forma corbada i el fet que estigui unida albastidor acaba de donar la rigidesa necessària al vehicle.

• MorroPeça que dóna forma a la part davantera del vehicle. El seu disseny ésessencial per garantir un bon coeficient de penetració aerodinàmica.La possibilitat de retirar el morro del vehicle també afavoreix la trans-portabilitat del Despertaferro així com l’accés a la part frontal per aeventuals reparacions.

71


• Porta d’accésCorrespon a la peça en forma de“T” que està unida amb una frontis-sa al bastidor i encaixa en la car-cassa superior. Aquesta peça incor-pora la carlinga (cúpula) de policar-bonat. La funció d’aquest elementmòbil no és només permetre el fàcilaccés del pilot sinó també permetreel fàcil accés al tren anterior per a laseva verificació, posta a punt i repa-ració i l’accés al sistema elèctric debateries i motor.

Quan la porta d’accés està oberta,el pilot pot entrar i sortir fàcilmentdel Despertaferro.

Un cop col·locat el pilot en elseient, connectats els connectors,cinturó de seguretat, ràdio funcio-nant, conjunts revisats i les últimesinstruccions donades, es tanca lacomporta i el Despertaferro quedallest per a córrer.

72


6.6.2 El bastidorEl bastidor és l’element estructu-ral bàsic del Despertaferro.Aquest li confereix la resistència irigidesa necessàries per a garan-tir la seguretat del pilot.

Aquest bastidor, com la resta delcotxe, ha estat construït amb estruc-tura sandvitx de fibra de carboni peròutilitzant un nucli de major espessorque per a la carrosseria.

L’estructura del bastidor consisteixen una caixa central de gran rigidesaen la qual van muntats tots els ele-ments i dispositius electromecànicsdel Despertaferro. Alhora, aquestacaixa central també fa la funció d’ha-bitacle per al pilot.

D’aquesta caixa central en surtenunes nervadures, també de carboni,que van a buscar la carrosseria i elmorro. Concretament, aquests ner-vis van units a la carcassa inferiormentre que la carcassa superiornomés s’hi recolza al damunt. Lapart frontal del bastidor està unida almorro mitjançant una sèrie de car-gols que permeten que es puguidesmuntar per al transport.

73


Sobre la part frontal del bastidor hi ha allotjats els dispositius mecànicsde direcció i els interruptors generals de potència. A més, també hiestan posicionats els aparells de mesura perquè el pilot els pugui con-sultar en tot moment.

Sobre els laterals de la caixa central s’hi troben els suports per a lesbateries a banda i banda del pilot així com les fixacions dels trapezisde suspensió i bieletes de direcció.

A continuació, en la zona que resta darrera l’esquena del pilot hi tro-bem un espai que és ocupat pel motor, el regulador elèctric, el sistemade telemetria i la bateria auxiliar del circuit de control i senyalització delDespertaferro.

Finalment, a la part posterior de la caixa central hi va fixada la forqui-lla que fa de basculant per a la suspensió posterior, el suport superiordel conjunt molla-amortidor i els elements propis de la transmissiócom són la cadena i el seu tensor.

74



7. Agraïments

76

L’Equip Mediterrani agraeix sincerament la col·laboració de totesaquestes empreses que han participat i subvencionat el projecte:

UPC - Universitat Politècnica de CatalunyaETSEIB - Escola Tècnica Superior Enginyers Industrials de BarcelonaEUSS - Escola Universitària Salesiana de SarriàSEAT - Assessorament tècnic i subvenció econòmicaEDAG - Assessorament tècnic, subvenció econòmica i cessió de lesinstal·lacions i recursos per al disseny i construcció del vehicleICAEN - Institut Català d’Energia. Subvenció econòmicaGENERALITAT DE CATALUNYA. DEPARTAMENT DE MEDI AMBIENT -Subvenció econòmicaLEASEPLAN - Subvenció econòmica ISOFOTON - Cessió de les cèl·lules solarsINFRANOR/MAVILOR - Cessió del motor elèctric i el regulador elèctricCENTRE CIM (ICT) - Realització de dues maquetes a escala 1/10 del vehicleHEXCEL - Subvenció del material per a la fabricació del bastidor i carrosseriaIDIADA - Cessió de les seves instal·lacions per a poder realitzar provesdel vehicleFONTANALS - Ajuda econòmica en els materials del bastidor i lacarrosseriaSAMS-C3 -Subvenció parcial de la fabricació del bastidor i la carrosseriaSHOWA - Cessió de les suspensionsDERBI - Cessió de diversos componentsBRIMO - Realització de tractaments tèrmics, superficials i mecanitzatsMETALOGRAFICA - Realització de tractaments tèrmics, superficials imecanitzatsMIRA - Pintat i lacat del vehicle


RACC - Cessió dels seus serveis per al transport en grua del vehicleSKF - Cessió dels rodaments del vehicleEPIDOR - Cessió de components mecànicsTFM - Realització dels reguladors per a les cèl·lules solars i bateriesBOSCH - Cessió del sistema de frenadaSTANDOX - Lacat de les cèl·lules solarsFESTO - Cessió de components mecànicsINTA - Assessorament aerodinàmicMICHELIN - Cessió dels pneumàticsSOUTHCO - Cessió de materialPANALPINA - Subvenció parcial del transport del vehicle cap a Austràlia

77


8. Bibliografia

78

G.R. Allen, J.W.V. Storey. The Australian geographic team marsupialsolar-powered car. Sydney: Photovoltaics Special Research CentreUniversity of New South Wales, 1988 (SAE Technical Paper Nº 880620,Society of Automotive Engineers).

D. Bastow. Car suspension and handling. London: Pentech Press, 1987.

Ricard Bosch. Manual de la técnica del automóvil. Barcelona: EditorialReverté,1994.

J. Daniels. Handling and road holding. Motor Racing Publications, 1988.

J. Font i J.F. Dols. Sistemas de suspensión en vehículos automóviles.València: Servicio Publicaciones Universidad Politécnica Valencia,1993.

J. Font, J.F. Dols. Tratado sobre automóviles. València: ServicioPublicaciones Universidad Politécnica Valencia, 1997.

T.D. Gillespie. Fundamentals of vehicle dynamics. Warrandale, PA:Society of Automotive Engineers, 1992.

H. Heisler. Advanced vehicle technology. London: Edward Arnold, 1993.

L. Roger. Apunts d'automòbils. Barcelona: CPDA, Escola TècnicaSuperior d’Enginyers Industrials de Barcelona – ETSEIB, 1993 a 1997.

V.A.W. Hillier. Fundamentals of motor vehicle technology.Leckhampton: Stanley Thornes, 1993.


Orlando S. Lobosco i José Luiz P.C. Dias. Selección y aplicación demotores eléctricos. Siemens & Marcombo, SA.

W.F. Milliken i D.L. Milliken. Race car vehicle dynamics. Warrandale, PA:Society of Automotive Engineers, 1995.

Donald V. Richarson, Arthur J. Caisse. Máquinas eléctricas rotativas ytransformadores. Mèxic: Prentice-Hall Hispanoamericana.

D.M. Roche, A.E.T. Schinckel, J. W.V. Storey, C.P. Humphris i M.R.Guelden. Speed of light. The 1996 World Solar Challenge. Sydney:Photovoltaics Special Research Centre University of New South Wales,1997.

Ángel Sanz González. Tecnología automoción. Barcelona: EditorialEdebé, 1981.

Adreces web:

Aurora Solar Carwww.aurorasolarcar.comPàgina web del vehicle solar Aurora, inclou característiques tècniques,components de l’equip, patrocinadors, curses en què ha participat,fotografies.

Centre for Photovoltaic Engineering. University of New South Waleswww.pv.unsw.edu.auPàgina web del Centre for Photovoltaic Engineering, centre adscrit a laUniversity of New South Wales d’Austràlia.

Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation.www.csiro.auPàgina web de l’organització australiana Commonwealth Scientific andIndustrial Research Organisation, dedicada a la recerca. Entre d’altreslinies inclou els vehicles solars.

79


Fuji Xerox Desert Rosewww.cdu.edu.au/solarcarPàgina web dedicada al vehicle solar Fuji Xerox Desert Rose: especifi-cacions, història i fotografies.

MIT Solar Electric Vehicle Teamhttp://web.mit.edu/solar-cars/www/Pàgina web de l’equip participant a curses de vehicles solars SolarElectric Vehicle Team, del Massachusetts Institute of Technology.

New Generation Motors Corporationwww.ngmcorp.comPàgina web de l’empresa New Generation Motors, especialitzada entecnologia per als vehicles elèctrics i híbrids.

North American Solar Challengewww.americansolarchallenge.orgPàgina web de la cursa nord-americana de vehicles solars NorthAmerican Solar Challenge. Inclou informació de les diverses edicionsde la cursa, patrocinadors i fotografies.

Ogata-Murawww.ogata.or.jp/englishPàgina web de la comunitat rural japonesa Ogata Mura, que entre d’al-tres informacions inclou dades relatives a la cursa World Solar-CarRallye i al 13th International Electric Vehicle Symposium.

South Australian Solar Car Consortiumwww.unisa.edu.au/solarcarPàgina web del Consorci australià creat per ajudar als estudiants quevulguin dissenyar i construir vehicles per participar a la cursa WorldSolar Challenge.

Sunracewww.sunrace.com.auPàgina web de la cursa de vehicles solars Sunrace.

The University Of New South Wales Solar Racing Teamwww.sunswift.comPàgina web desenvolupada per l’equip participant a curses solars dela University Of New South Wales. Inclou un apartat dedicat a la tec-

80


nologia de les cèl·lules solars, informació relativa a les curses en lesquals han participat, i fotografies.

Tour de Sol. Northeast Sustainable Energy Association (NESEA)www.nesea.org/transportation/tourPàgina web de l’associació nord-americana Nesea, dedicada a la pro-moció de les energies renovables. Inclou informació de la cursa devehicles solars Tour de Sol.

World Solar Challengewww.wsc.org.auPàgina web de la cursa australiana de vehicles solars World SolarChallenge. Inclou informació de les diverses edicions de la cursa,patrocinadors i fotografies.

Tesis doctorals

Aportaciones al estudio de las máquinas eléctricas de flujo axialmediante la aplicación del método de los elementos finitos / EduardFrias Valero. Director Ricard Bosch Tous. Escola Tècnica SuperiorEnginyers Industrials de Barcelona, 12-11-2004.

Nuevas aportaciones al motor eléctrico de flujo axial con rotor conduc-tor sin material ferromagnético / Josep López López. Director RicardBosch. Escola Tècnica Superior Enginyers Industrials de Barcelona,22-12-2000.

Hacia el motor Superconductor: Estudio de las interacciones entre unrotor superconductor y un estator convencional, y de la viabilidad deproducir par y levitación. Inclusión de discos superconductores en elrotor de una máquina eléctrica de flujo axial sin hierro e el rotor / JoanPallarés Viña. Directores Ricard Bosch Tous, Xavier Granados Garcia.Escola Tècnica Superior Enginyers Industrials de Terrassa. 13-6-2002.

Projectes fi de carrera

Adaptació d’un grup electrógen amb alternador d’inducció de 2 kW pera vehicle híbrid / Jorge Alfonso Lorenz. Escola Tècnica SuperiorEnginyers Industrials de Barcelona, 21-10-2003.

81


Análisi experimental de nous métodes de tracció de rotores conductorslaminars sense ferro. Aplicació a tracció directe de vehícles elèctrics.Comanda electrónica / David Bosch Barbosa y Sergio JiménezGonzalvez. Codirigida con los profesores Lupon, Bordonau. Dissenyelectromecànic. Codirigida con el profesor Vicens Porcar. EscolaTècnica Superior Enginyers Industrials de Barcelona ,20-10-2004.

Rodes automotrius per a vehicles elèctrics / Víctor Boyer Lozano iMarc Fernández Seco. Escola Tècnica Superior Enginyers Industrialsde Barcelona, 21-9-1999

Diseño, construcción y ensayo de un modelo teledirigido de barcoelectrosolar / Joan Casas Ribas y David Rissech Roig. Facultad deNáutica de Barcelona, Universitat Politècnica de Catalunya, 26-1-2004.

Estudi de viabilitat tècnica i económica de l’aplicació de propulsors azi-mutals accionats elèctricamet en un buc metaner / Victor FiblaColoma. Facultad de Nautica Barcelona, UPC, 12-9-2002

Desenvolupament experimental d'un alternador per alta frequència mit-jançant variació de reluctància / Ivan Flotats Giralt. Escola TècnicaSuperior Enginyers Industrials de Barcelona, 3-7-1995.

Vehicle elèctric hibrid. Assaig i optimització del conjunt muntat en unSeat 600 / Jesús Hernández Valverdú. Escola Tècnica SuperiorEnginyers Industrials de Barcelona, 13-6-2002.

Estudio de viabilidad para la impulsión de un barco con la energía delas olas / Xavier Jiménez Gispert. Escola Tècnica Superior EnginyersIndustrials de Barcelona, 29-10-2002.

Acumulador Cinético de Energía Eléctrica / Dámaso López Soria.Escola Tècnica Superior Enginyers Industrials de Barcelona, 21-6-2002.

Acumulador cinético de energía eléctrica (ACE) en corriente alterna /Pere Ignasi Muñoz Hernández. Escola Tècnica Superior EnginyersIndustrials de Barcelona, 3-7-1995.

82


Disseny, fabricació i construcció del vehicle solar Despertaferro / DavidPifarré Martinez, Francesc Puig Mas, Arnau Planas Dalmases, SergiFontseca Casañas. Escola Tècnica Superior Enginyers Industrials deBarcelona, 8-6-2000.

Estudio de un vehículo eléctrico híbrido. Aplicación a un Seat 600 /Pedro José Talavera. Escola Tècnica Superior Enginyers Industrials deBarcelona, 13-6-2002.

Disseny i assaig d'un generador prototipus per el grup de càrrega debateries d'un vehicle híbrid / Elisenda Vives Casals. Escola TècnicaSuperior Enginyers Industrials de Barcelona, 13-6-1997. 2º premi pro-jectes fi de carrera CAEIC.

83


9. Vehícles solars participants a curses

84

Altres Participants

Equip: Associazione FUTURAPaís: ItàliaNom del cotxe: Futura IIAny de construcció: 1998-1999Nombre de rodes: 3Bateries: Plom Àcid, 100 kg, 240 VMotor: MGM Motori ElettriciTipus: Asíncron d’alta eficiència amb controlador SIRCO Nominal: 1,5 KW Pic 3,5Kw Cèl·lules: Silici monocristal·lí, area efectiva 7,60 m2, 1192 WpPes: 270 kgHistoria del vehicle: L’equip Futura va començar a competir l’any 1996 en laWSC, que no va acabar. El 1998 va començar la construcció d’un nou cotxe. El1999, Futura va participar en la FIA Elektro Solar Dream Cup en el circuit japo-nès de Suzuka. Després d’alguns mesos de treball van a anar a Austràlia percórrer en la WSC de 1999, on van aconseguir resultats satisfactoris. Després deretocar el sistema electrònic del Futura II l’equip va prendre part a l’AmericanSolar Challenge el 2001 que es disputa de Chicago fins a Los Àngeles. Teninten compte que es tracta d’un petit equip privat amb només sis integrants quefan de dissenyadors, constructors, fabricants i patrocinadors, els resultatsobtinguts han estat tot un èxit.

Vehicle guanyadorde la cursa Sunrace2000: sunshark


Equip: Sunlake - ToyoboPaís: JapóNom del cotxe: SunlakeAny de construcció: 2003Dimensions (longitud, amplada): 5,00 m, 1,80 mNombre de rodes: 3Bateries: Ió-Liti, 18 kg, 112 V (Màx.)Cèl·lules: Silici monocristal·lí 6,32 m2 1,08 kW Motor: DC BrushlessFabricant: New Generation Motors NGM-150Potència: 6 kW Pes: 135 kgHistòria del vehicle: L’equip es va crear l’any 1993. Ha participat en la SuzukaDream Cup anualment des de 1994. El 2001 va competir en WSCC de Malàisia.

Equip: Ashiya University Solar Car TeamPaís: JapóNom del cotxe: Ashiya Sky Ace TigaAny de construcció: 2000Dimensions (longitud, amplada, alçària): 5,00 m, 1,80 m, 1,02 mNombre de rodes: 3Bateries: Liti-PolimerPes: 26 kgVoltatge: 180 VCèl·lules: Silici monocristal·lí, 8.0 m2, 1120 Wp.Motor: Acoblat a la roda, Posició: roda posterior, Potència: 5 kWpPes: 152 kgHistòria del vehicle: Aquest equip ha competit anualment en la Dream Cup SolarRace-Suzuka a on va obtenir la primera posició en la classificació general trescops (2000, 2002 i 2003). També va participar en la WSC del 2001.

Equip: Osaka Sangyo University, OSU/SunPower/SekisuiJushiPaís: JapóNom del cotxe: Mercury model S'Any de construcció: 2003Dimensions (longitud, amplada, alçària): 5,00 m, 1,80 m, 1,00 mNombre de rodes: 4Bateries: Ió-Liti 32kg 130 VCèl·lules: Silici monocristal·lí 7,1 m2, 1300WpMotor: Sistema Direct Drive/ Motor DC brushless / Mitsuba motor acoblata la roda (Potència màxima: 5 kw)Pes: 150 kgHistòria del vehicle: L’equip d’ Osaka Sangyo University va formar part dela World Solar Car Rally en Akita 2003 on va obtenir la primera posició.Posteriorment va participar en la FIA Solar Car Race de Suzuka on vaaconseguir la segona posició.

85


Equip: Tamagawa University Solar Challenge Project (TSCP) País: JapóNom del cotxe: White DolphinAny de construcció: 2001Dimensions (longitud, amplada, alçària): 5,00 m, 1,80 m, 1,05 mNombre de rodes: 3Bateries: Ió-Liti, 21 Kg, 114 voltsCèl·lules: Silici monocristal·lí, 7,14 m2 , 1.433 WpMotor: DC brushless motor acoblat a la roda amb sistema Direct Drivemotor 5 kWPes: 300 kgHistoria del vehicle: White Dolphin va obtenir el primer lloc en el WorldSolar-Car Rally de Japó i va ser sisè en la WSC el 2001. L’any següent vatornar a guanyar la carrera japonesa. El 2003 va ser quart en la Suzuka -Dream Cup Solar Race, però va guanyar el Japan Intercollegiate Solar-car Championship.

Equip: Tokyo Salesian PolytechnicPaís: JapóAny de construcció: 2004Dimensions (longitud, amplada, alçària): 5,00 m, 1,80 m, 1,20 mNombre de rodes: 4Bateries: Ió-Liti, 32 kg, 117,8 VCèl·lules: Silici monocristal·lí, 8 m2, 1,17kWMotor: Brushless acoblat a la roda amb sistema Direct Drive, 1.4 kWPes: 150 kgHistòria del vehicle: L’equip ha participat en la WSC a Austràlia l’any1999 i el 2001.

Equip: Team Tokai Falcon, Shoyo High School OB.País: JapóNom del cotxe: FalconAny de construcció: 1994Dimensions (longitud, amplada, alçària): 5,00 m, 1,80 m, 0,90 mNombre de rodes: 3Bateries: Ió-Liti, 29 kg, 100 VCèl·lules: Motor de flux axial DC brushless en la roda posterior, PotènciaNominal: 3 kWMotor: Silici monocristal·lí 8 m2, 1.200 WpPes: 145 kgHistòria del vehicle: En 1996 va acabar en tretzena posició en la WSC iva obtenir el premi School Asia. El 1999 va tornar a acabar en tretzenaposició en la WSC, però va guanyar en la classe d’escoles de secundà-ria. Durant el 2003, el Falcon va obtenir la sisena posició en la Dream CupSolar Race Suzuka.

86


Equip: University of PatrasPaís: GrèciaNom del cotxe: HermesAny de construcció: 2003-2004Dimensions (longitud, amplada, alçària): 5,00 m, 1,80 m, 1,00 mNombre de rodes: 3Bateries: Liti-polimer, 27,2 kg, 96,2 VCèl·lules: Combinació de cèl·lules de silici i de cèl·lules de Ga-As, 8 m2, 1.600 WpMotor: DC brushless, tracció posterior, Potència nominal: 3.75 Kw,Potència màxima: 7.5 kWPes: 210 kgHistòria del vehicle: Hermes es la primera temptativa de crear un cotxesolar competitiu per a la cursa Phaeton 2004.

Equip: Aristotle University of Thessaloniki, Team Helios 2004País: GrèciaNom del cotxe: Helios 2004Any de construcció: 2004Dimensions (longitud, amplada, alçària): 4,91 m, 1,80 m, 1,10 mNombre de rodes: 3Bateries: Ió-Liti, 29,4 kg, 100,8 VCèl·lules: Silici monocristal·lí, 6,9 m2, 1,34 kWMotor: A/C connectat a la roda posterior mitjançant una cadena Potència màxima: 6 kWPes: 200 kgHistoria del vehicle: L’Helios 2004 va guanyar el primer premi en la GreekSolar Car Design Competition.

Equip: Team Lux - Yale Solar RacingPaís: Estats UnitsNom del cotxe: John LeeAny de construcció: 2003Dimensions (longitud, amplada, alçària): 5,00 m, 1,80 m, 1,00 mNombre de rodes: 3Bateries: Ió-Liti, 30 kg, 96 V nominalCèl·lules: 8 m_ de 23% d’eficiència de cèl·lules de Ga/As d’SpectrolabMotor: Acoblat a la roda de NGMPes: 249 kgHistòria del vehicle: Va participar en la Phaeton 2004.

87


Equip: Aurora Vehicle AssociationPaís: AustràliaNom del cotxe: Aurora 101Any de construcció: 1996, modificat el 2001 i el 2003Dimensions (longitud, amplada, alçària): 4,68 m, 2,00 m, 1,00 mNombre de rodes: 3, una davantera, dues posteriorsBateries: Liti-polimer, 30 kg, 164 V màx.Cèl·lules: Les de junta simple són de Ga/As(60%), i les de triple junta deGa/As (40%), Àrea de 7.85 m2. Cèl·lules: TECSTAR / EMCOREPanels: Gochermann Motor: Acoblat a la roda davantera desenvolupat per Aurora i Csiro aAustràlia. Potència màxima: 8 kW. Rendiment del 94%Pes: 190 kgHistòria del vehicle: L’Aurora va ser construït per competir en la WSC de1996, any en què no va acabar la carrera. El 1999 va ser revisat i va guanyarla WSC de 1999. El 2001 va ser modificat de nou i va obtenir la segona plaçaen la WSC. L’Aurora va aconseguir el rècord de distància corrent a Austràlia.Finalment, després de la seva última modificació el 2003, va tornar a quedarsegon en la WSC.

Equip: University of Applied Sciences, FH-BochumPaís: AlemanyaNom del cotxe: Hans GoAny de construcció: 2002- 2003Dimensions (longitud, amplada, alçària): 5,00 m x 1,80 m x 0,85 mNombre de rodes: 3Bateries: Ió-Liti, 32 kg màx.Cèl·lules: Gal·li i Arsènic, 8 m2, 1,85 kWpMotor: NGM SC - M150 - 08, acoblat a la roda posterior, 4.5 kWPes: 252 kgHistòria del vehicle: El cotxe es va construir amb la cooperació de la SouthBank University, de Londres. Va participar en la WSC del 2003 on va finalitzarcinquè i va ser atorgat amb el premi de la Innovació Tecnològica.

Equip: Southern Taiwan University of TechnologyPaís: TaiwanNom del cotxe: Apollo-IVAny de construcció: 2003Dimensions (longitud, amplada, alçària): 5,00 m, 1,80 m, 1,20 mNombre de rodes: 3Bateries: Ió-Liti (Fabricant: LG Chem. Model: ICR 18650/2200mAh), ~31kg, and ~92.5 VCèl·lules: GaAs/Ge, 7,7 m2, 1.500 WpMotor: New General Motor/Tipus: DC brushless/ Tracció posteriorPes: 196 kgHistòria del vehicle: L’Apollo-IV va finalitzar setè en la WSC del 2003d’Austràlia. L’any 2002, Apollo III va completar un viatge de quatre diesde 700 km entre Tainan fins a Taipei, a Taiwan.

88


Equip: Nuon Solar TeamPaís: HolandaNom del cotxe: Nuna IIAny de construcció: 2003Dimensions (longitud, amplada, alçària): 5,00 m, 1,80 m, 0,80 mNombre de rodes: 3Bateries: Ió-liti, 160 V, 32 kg, Cèl·lules: Gal·li i Arsènic, 8 m2, 2.100 WpMotor: Brushless DC acoblat a la roda posterior.Pes: 250 kgHistòria del vehicle: L’equip Nuon Solar Team va guanyar la World SolarChallenge d’Austràlia l’octubre del 2003. Aquest equip va obtenir el rècordde velocitat mitjana de 97,02 km/h en una distancia de 3.010 km.

Equip: Principia College Solar Car TeamPaís: Estats UnitsNom del cotxe: Ra VAny de construcció: 2003Dimensions (longitud, amplada, alçària): 5,0 m x 1,8 m x 1,0 mNombre de rodes: 3Bateries: Liti-Polimer, 30 kg, 110 VCèl·lules: Gal·li-Arsènic, 7,5 m2, 1.400WMotor New Generation, Tipus: Brushless DC, motor acoblat a la rodaposterior. Potència:10 kWPes: 280 kgHistòria del vehicle: Va acabar quart en l’American Solar Challenge 2003i va ser sisé en la World Solar Challenge 2003. L’equip va participar ambcotxes més vells en l’American Solar Challenge 2001, en la Formula SunGrand Prix 2002 i en la Formula Sun Grand Prix 2001, en les quals vaobtenir el setè, quart i primer lloc respectivament.

89


Equip: HeliodetPaís: AlemanyaNom del cotxe: Heliodet - 6Any de construcció: 1999Dimensions (longitud, amplada, alçària): 6,00 m, 1,90 m, 1,01 mNombre de rodes: 3Bateries: NiCd 54 V - 30 Ah - 1,62 kWh - 27 kgCèl·lules: Silici monocristal·lí, 8 m2, 1.200 Wp, 15,5 % d’eficiènciaMotor: 2 motors d’iman permanent acoblats a les rodes posteriors depotència 2 x 700.Pes: 160 kgHistòria del vehicle: Heliodet es un equip privat que ha participat en lescurses solars World Solar Challenge 1999, 2001, 2003; i al Tour de Ruhr2000 i 2002 d’Alemanya.

Equip: University of Sao PaoloPaís: BrasilNom del cotxe: BananaAny de construcció: 1992-1993Dimensions (longitud, amplada, alçada): 6,00 m, 2,00 mNombre de rodes: 3Bateries: Plom-Àcid, 10 bateries en sèrie, 12 V - 17.2 Ah cadascuna.Total: 120 V, 62,5 kgCèl·lules: Silici monocristal·lí, importades d’Alemanya, 8 m2 àrea efectivai 16% d’eficiènciaMotor Siemens model "Simodrive" DC, iman permanent, brushless.Controlat per un USP basat en IGBTs que controla la roda posterior Potència nominal: 3 kW, Potència de pic: 10kWPes: 262,5 kgHistòria del vehicle: El primer cotxe brasiler va competir en la WSC de1993 que no va poder acabar. L’equip es va dividir en dos l’any 1996 i hanassistit a nombrosos actes i exposicions. Durant l’any 2003 es va modi-ficar per participar en la Phaeton 2004.

90



10. Els protagonistes

92

L’Equip Mediterrani es va crear a finals del 1998 amb l’objectiu de dis-senyar el primer vehicle electrosolar català. L’origen de l’EquipMediterrani el podem trobar a l’Escola Tècnica Superior d’EnginyersIndustrials de Barcelona (ETSEIB), on un grup de sis estudiants vadecidir emprendre com a Projecte Final de Carrera el disseny del cotxesolar Despertaferro. L’abast que ha pres el projecte en anar-se desen-volupant i el seu caràcter pluridisciplinar, han permès que l’equip crei-xés fins a estar format per vuit joves enginyers industrials de diferentsespecialitats i un enginyer tècnic en electrònica industrial de l’EscolaUniversitària Salesiana de Sarrià (EUSS).

L’intens treball que ha representat dissenyar i construir elDespertaferro en poc més de cinc mesos i l’emocionant participació ala carrera Sunrace 2000, on tots els membres de l’equip participarencom a pilots i mecànics, han consolidat l’equip com a grup humàcapaç de treballar coordinadament i d’afrontar nous reptes en la com-petició de vehicles solars.


93

Joan Orús i Valls (1975)Enginyer industrial, especialitat MecànicaTasca en l'Equip: Creador i coordinador del projecte,participació en el disseny de la carrosseria i el bastidor.

Arnau Planas (1975)Enginyer industrial, especialitat MecànicaTasca en l'Equip: Disseny del sistema de frenada, elecció dels sistemes de rodament, participació en eldisseny dels conjunts mecànics.

David Pifarré i Martínez (1975)Enginyer industrial, especialitat Tècniques Energètiques Tasca en l'Equip: Disseny del sistema de captació solar idel sistema d'acumulació.

Eduard Ferreró i Aragonés (1975)Enginyer industrial, especialitat MecànicaTasca en l'Equip: Disseny de la carrosseria i el bastidor, par-ticipació en el disseny dels conjunts mecànics.

Francesc Puig i Mas (1975)Enginyer industrial, especialitat ElèctricaTasca en l'Equip: Motor i regulador elèctric.

Lluís Raurich i Molinas (1975)Enginyer industrial, especialitat MecànicaTasca en l'Equip: Disseny de la direcció i supervisió de la construcció dels conjunts mecànics.


Moisès Morató i Güell (1972)Enginyer industrial, especialitat MecànicaTasca en l'Equip: Construcció motlle, supervisió de laconstrucció de llantes i carlinga, i col·laboració en sub-projectes mecànics.

Oriol Calaf i Centellas (1975)Enginyer tècnic industrial en ElectrònicaTasca en l'Equip: Cablejat elèctric i telemetria.

Sergi Fontseca i Casañas (1975)Enginyer industrial, especialitat MecànicaTasca en l'Equip: Sistema de suspensions i direcció, par-ticipació en el disseny dels conjunts mecànics.

Ricard Bosch Tous (1954)Doctor enginyer industrial, especialitat ElectricitatTasca en l’Equip: Director acadèmic del projecte en lapart d’enginyeria elèctira i de conjunt. Suport logístic i derelació institucional

Enric Trillas Gay (1955)Doctor enginyer industrial, especialitat Mecànica (estructures) Tasca en l’Equip: Director academic del projecte en lapart d’aerodinàmica.

94



Documents

Despertaferro, el primer vehicle solar català