Eindhovense studenten bouwen gezinsauto op zonne-energie

Reading time: 5 minutes

Author:

Monique van de Ven is redacteur van Cursor, het universiteitsblad van de TU Eindhoven.

Op 6 oktober doet een team van 22 TU Eindhoven-studenten mee aan de World Solar Challenge met Stella, de eerste gezinsauto ter wereld op zonne-energie. Als Stella haar debuut in Australië winnend afsluit, zou dat fantastisch zijn. Het uitrijden van het ruim drieduizend kilometer lange parkoers is echter al een opgave zich. Het uitgekiende ontwerp moet daarvoor zorgen.

De World Solar Challenge is een tweejaarlijkse wedstrijd voor zonnewagens waaraan teams van over de hele wereld meedoen, voornamelijk van universiteiten. De race voert van Darwin naar Adelaide over een afstand van ruim drieduizend kilometer. Het Solar Team Eindhoven (STE) doet dit jaar samen met negen andere teams mee in de gloednieuwe Cruiser-klasse. In deze klasse worden de wagens niet alleen beoordeeld op snelheid, maar ook op het aantal vervoerde personen, de externe energiebehoefte en het gebruiksgemak. Stella, de wagen van STE, vergaart bij voorbaat al bonuspunten: het is de enige wagen die ruimte biedt aan vier passagiers, twee meer dan het vereiste aantal om mee te mogen meedoen aan de Cruiser-klasse.

Het idee komt van werktuigbouwkundestudenten Lex Hoefsloot en Roy Cobbenhagen. In september 2012 kwamen zij met het plan om een gezinsauto op zonne-energie te bouwen die praktischer en comfortabeler zou zijn dan de ’platte vleugels op wielen‘ die de World Solar Challenge al jaren domineren. Een jaar later staat Stella er, klaar voor vertrek naar Darwin.

Foto: Bart van Overbeeke

De wagen is 4,49 meter lang, 1,65 meter breed en 1,15 meter hoog en weegt nog geen 380 kilo. De carrosserie bestaat uit twee lagen carbon – dunne koolstofvezels – met daartussenin een laag schuim. Dat is licht, maar heel sterk. Want hoe lichter de auto, hoe lager de rolweerstand en hoe groter het bereik.

Het was zoeken naar het optimum tussen de aerodynamica van het dak en de opbrengst van de zonnepanelen erbovenop. Uiteindelijk werd het een relatief plat dak dat naar achteren taps toeloopt met zes vierkante meter aan silicium zonnepanelen met hoog rendement. De auto heeft dus een enigszins druppelvormig uiterlijk. De 380 flinterdunne zonnecellen – volgens teamlid en chauffeur André Snoeck de beste in hun klasse, maar wel nog commercieel verkrijgbaar – zijn bevestigd op een groot paneel, waarop ze op basis van hun individuele prestaties werden verdeeld over drie vlakken. Niet willekeurig, maar steeds de best mogelijke cellen bij elkaar. ’Elk vlak presteert zo goed of slecht als de slechtste cel‘, legt Snoeck uit.

Knijpen

Het hart van de auto wordt gevormd door de backbone die alle onderdelen bij elkaar houdt. Deze lange koker is gemaakt van sandwichpanelen, bestaande uit twee lagen aluminium met daartussenin een honingraatstructuur: ook weer zeer licht maar stevig. De ruggengraat van de auto herbergt tevens de batterijpakketten, samen goed voor 66 kilo. Tijdens het rijden leveren de zonnecellen bijna de helft van de benodigde energie, de rest moet komen van deze lithium-ionbatterijen, die de energie uit de zonnevellen tijdens stilstand verzamelen. Het accumanagementsysteem, ontwikkeld in samenwerking met TU Eindhoven-spin-off Prodrive, zorgt ervoor dat dit zo efficiënt mogelijk verloopt.

Boven op de backbone loopt, in kanariegeel, de console. Deze bestaat onder meer uit de schakelpook, het contact, het stuur en het dashboard. Knoppen zijn zo min mogelijk toegepast. Zo is in het dashboard een touchscreen verwerkt en loopt over de console een strip van ledlampen die bijvoorbeeld zichtbaar maken dat de bestuurder de auto in zijn vooruit heeft gezet. De knoppen die echt onmisbaar waren, zijn strak weggewerkt in het stuur. De chauffeur kan zo bijvoorbeeld een van de drie soorten cruisecontrol kiezen. Door in het stuur te knijpen, zijn de knipperlichten te bedienen. Het is bovendien een ’slim stuurwiel‘, dat de bestuurder onder meer waarschuwt als de ingestelde maximumsnelheid wordt overschreden; op dat moment zet het stuur wat uit.

Foto: Bart van Overbeeke

De zonnewagen heeft smalle banden om de rolweerstand zo veel mogelijk te verminderen. Aangezien elke band zo‘n 175 kilo moet dragen, was dat nog even zoeken. Uiteindelijk vond het team banden die eerder speciaal waren ontworpen voor een Duits solarteam, met een maximale belasting van 195 kilo. Voor de aandrijving worden zogeheten in-wheel-motoren van het Australische bedrijf Marand gebruikt. Dit spaart het gewicht van tandwielen van een overbrenging uit. Ook wordt elektrische energie op deze manier zo efficiënt mogelijk omgezet in mechanische energie. De motor control unit – het brein van Stella – stuurt de motoren aan en doet een aantal veiligheidschecks. Zo zijn alle sensoren bijvoorbeeld dubbel uitgevoerd om ervoor te zorgen dat de auto niet kan wegrijden tijdens het opladen.

Strijkbout

Het elektrisch systeem van de auto is opgebouwd als een modulair netwerk van verschillende computers. Onderdeel van het systeem zijn elf ’verdeelpoorten‘, zogeheten translators, die het berichtenverkeer tussen de diverse elektrische onderdelen stroomlijnen. Niet elk bericht van elk onderdeel is per definitie van belang voor het hele systeem. De translators beslissen welke brokjes informatie van en naar welk ander onderdeel gaan.

Stella is een driedeurs model, met een deur achter en twee zijdeuren die naar boven openslaan. Dit was meer een praktische dan een esthetische keuze: met het oog op de aerodynamica wil het team de auto zo veel mogelijk vrijhouden van randen, inkepingen en hobbels.

Foto: Bart van Overbeeke

Airconditioning ontbreekt: te zwaar en het vreet energie. Buitenlucht wordt nu aangevoerd via de ’luchtinhapper‘ aan de voorkant van de auto. Van hieruit wordt ook lucht door de backbone gesluisd om het batterijenpakket te koelen. Daarnaast dragen de passagiers een hightech koelvest: een soort gilet bestaand uit kleine zakjes met polymeren erin. Als het vest in een bak water wordt gelegd, nemen de zakjes al het vocht op en worden het dikke ’koelbollen‘, die twee tot drie dagen koud blijven.

Om de auto goedgekeurd te krijgen door de Rijksdienst voor het Wegverkeer (RDW), moest de elektronica worden afgezonderd van de rest van de auto. De lichtste oplossing was om hier multiplex bekistingen om te bouwen, die aan de binnenkant met een flinterdunne reflecterende laag werden bedekt om straling binnen te houden.

De maximumsnelheid van de wagen bedraagt 120 kilometer per uur, maar in Australië zal Stella gemiddeld zeventig kilometer per uur rijden. Bij die snelheid verbruikt de auto 1,7 kW – vergelijkbaar met een strijkbout. Op een zonnige dag in Nederland kan de auto, met een volle batterij, ruim zeshonderd kilometer afleggen. In Australië is dat nog zo‘n honderd kilometer meer. Ook ‘s nachts kan Stella nog eens vierhonderd kilometer rijden. Afgezet tegen de 37 kilometer die een Nederlandse auto gemiddeld per dag aflegt, levert de wagen gedurende tien maanden per jaar energie op. De overige twee maanden moet stroom worden bijgeladen. Dat maakt Stella in principe tot een energiepositieve auto.

Elena Lomonova, hoogleraar Electromechanics, Power Electronics and Motion Systems aan de TU Eindhoven, schat de winkansen voor de Stella redelijk in: ’De studenten hebben alle ondersteuning gekregen die ze nodig hadden en we sturen zelfs nog een technicus mee naar Australië. Deze wagen heeft zeker de potentie om te winnen. Maar in het binnenland van Australië zal straks een heel scala aan externe factoren een onvoorspelbare rol spelen. Dan gaat het om de temperatuur, om de kwaliteit van de banden en het wegdek, de vaardigheid van de chauffeurs. Met zekerheid valt dus nog weinig te voorspellen.‘