Solar Car Design

1. Solar Car Design Solar Car design 1

2. Overzicht • Zonnecel • Keuze DC-motor • Energieverdeling- keuze overbrengingsverhouding

3. Zonnecel • Werking zonnecel • Het zonnepaneel • Zonlicht

4. Werking zonnecel • Zonlicht = Fotonen Fotonen bevatten energie • Zonnecel Foton wordt geabsorbeerd Energie van de foton wordt overgedragen op elektronen in de cel Cel genereert elektriciteit

5. Werking zonnecel: Vereenvoudigd equivalent schema Isc: kortsluitstroom = Iph Is: saturatiestroom (10e-8 A/m²) Ur: thermische spanning (25,7 mV bij 25°C) m: diode factor 1….5 (te bepalen door meting) N: aantal zonnecellen in serie

6. Werking zonnecel: U-I karakteristiek Isc Uoc Isc= kortsluitstroom Uoc = openklem spanning

7. Werking zonnecel: Van zonnecel tot zonnepaneel • U vergroten door serieschakeling van identieke cellen • I vergroten door parallel schakeling identieke van cellen

8. Werking zonnecel:Maximum vermogen punt P = U.I

9. Werking zonnecel : Factoren die de prestatie van de zonnecel beïnvloeden • Intensiteit van het licht afhankelijk van atmosferische condities: wolken, seizoen,vervuiling • Invalshoek van de zonnestralen met de zonnecel afhankelijk van het tijdstip: uur, maand

10. Werking zonnecel : lichtintensiteit • Variaties in de lichtintensiteit beïnvloeden de uitgangsstroom • De uitgangsstroom varieert recht evenredig met de lichtintensiteit

11. Werking zonnecel: invalshoek • Hellingshoek van het paneel met de grond • Zonnestralen • Solar Panel • Hellingshoek

12. Werking zonnecel: invalshoek • middag • namiddag • voormiddag • Oost • West

13. Werking zonnecel: invalshoek • Variaties in invalshoek beïnvloeden de uitgangsstroom • Een hellingshoek van 60° halveert het vermogen

14. Zonnepaneel • Groep T-zonnepaneel bij 1000W/m², 25°C, AM 1.5 • Isc= +/- 0,88A • Uoc= +/- 9V

15. Zonlicht • Atmosfeer: absorptie en diffusie van zonlicht • Zonnespectrum is afhankelijk van lengte van lichtpad door de atmosfeer • Aard van spectrum aanduiden door AM • AM: Air Mass • AM = lengte lichtpad/minimale lengte lichtpad

16. Zonlicht • AM0= Air mass zero = spectrum in vacuüm (dus zonder atmosfeer) • AM1= indien zon in het zenith staat • Zenith = hoogst mogelijke positie van de zon aan de hemel • AM1,5= spectrum van standaard zonlicht, = voor karakterisatie van zonnecellen = komt overeen met 48° tussen zon en zenith

17. Zonnepaneel • Elektriciteit leveren om de motor aan te drijven • Zonnepaneel in bruikleen. • Paneel (incl. bedrading) : in oorspronkelijke staat terug geven • Connectie met motor verwijderbaar.

18. DC motor

19. DC motor

20. DC motor

21. DC motor

22. DC motor Nm momentary operation T continuous operation

23. DC motor

24. DC-motoren: zonnepaneel + motor

25. Keuze van de overbrenging • Formules • Karakteristiek • Zonnepaneel – motor combinatie • Straal wiel ook belangrijk

26. SSV : Transmissie • Doel: Overbrengen van de rotatie van de motor op de as van het SSV • Hoe: Tandwielen Riemen Ketting

27. SSV: Transmissie -Tandwielen Overbrening tussen parallelle assen rechte vertanding schuine vertanding

28. SSV: Transmissie -Tandwielen Overbrenging tussen: Loodrecht snijdende assen: kegel wielen Loodrecht kruisende assen: worm-wormwiel

29. SSV: Transmissie -Riemen • Riem • Vlakke riem • V-riem • Getande riem Bijhorende Riemschijven Riemschijven raken elkaar niet Groter over te brengen vermogen

30. SSV: Transmissie – Ketting Ketting + kettingwiel (Vormgesloten overbrenging)

31. SSV: Transmissie – Overbrengingsverhouding • Toerentalreductie : • Als aandrijvend wiel kleiner is dan • aangedreven wiel • P = T.ω = Constant • Gevolgen aangedreven wiel: • Lager toerental • Hoger koppel Aangedreven wiel Aandrijvend wiel

32. SSV: Transmissie – Overbrengingsverhouding • Toerentalverhoging : • Als aandrijvend wiel groter is dan • aangedreven wiel • P = T.ω = Constant • Gevolgen aangedreven wiel: • Hoger toerental • Lager koppel Aangedreven wiel Aandrijvend wiel

33. SSV: Transmissie – Overbrengingsverhouding • Voorbeeld: • Aandrijvend wiel: 12 tanden, 60tr/min • Aangedreven wiel: 24 tanden , ? tr/min • Overbreningsverhouding i i = zg/zd =24/12 = 2 • Toerental n: i = 2 = nd/ng = 60/ng => ng = 60/2 = 30 tr/min Aangedreven wiel Aandrijvend wiel

34. Koppel vs Snelheid

35. Montage voorbeeld Motor 8.300tr/min 5 cm wiel Wiel 40 tanden rondsel 10 tanden tussenwiel Hoe snel zullen we rijden?

36. Totale overbrenging Overbrenging via bv. tandwielen Straal van de wielen

37. Totale overbrenging Lage k Hoge topsnelheid Kleine versnelling Hoge k Lage topsnelheid Grote versnelling k optimaliseren (hint: teken v(t) grafiek)

38. Totale overbrenging Energiebalans opstellen Vereenvoudig zonnecelkarakteristiek Eerst alle verliezen verwaarlozen SSV vrijmaken

39. Totale overbrenging Verliezen in kaart brengen Sankey diagram

40. Energieverdeling Sankey diagram • Breng de elementen die energie opwekken/omzetten/consumeren in kaart • Zet de elementen in logische volgorde • Bereken/schat het verlies (uitgedrukt in Watt) van elk element • Teken een voorlopig Sankey diagam • Denk eraan: Sankey staat in Watt, energiebalans in Joule

41. Totale overbrenging Verfijnen Helling Verliezen 3e graadsvergelijking in k Iteratief op te lossen Begin bij k uit eenvoudig geval

42. Overzicht • Zonnecel • Keuze DC-motor • Energiebalans - optimale overbrenging • Indien overbrenging niet mogelijk: kies andere motor • GEEN Maple!!

43. Sterkteleer Maak eerst de hele SSV vrij Welke krachten grijpen er op in Maak vervolgens de as vrij

44. Actie !

45. Actie ! • Bestellen motor: • www.farnell.com • Search: DC motor • Bestellen + betalen: ten laatste week 4 • Let op beschikbaarheid: • First come, first served! • Ergens anders mag natuurlijk ook