خودروهای سبز – جلسه هشتم

اهداف جلسه : آشنایی با بخش­ های متفاوت خودرو خورشیدی و مسابقات آن
8-1- مقدمه
خودروهای خورشیدی به دو دسته تقسیم بندی می­ شوند:
1- خودروهای خورشیدی به همراه باتری:
این خودروها علاوه بر حرکت با نور خورشید می ­توانند انرژی دریافتی از خورشید را در باتری ذخیره سازی نمایند تا در مواقعی که نور خورشید وجود ندارد به حرکت خود ادامه دهند. به دلیل استفاده از باتری، این نوع خودروها از وزن بالاتری برخوردار بوده و هزینه بالاتری برای ساخت آن­ها صرف می­ شود.
                                                                             شکل 8-1- باتری خودرو خورشیدی
باتری­ های خودرو از نوع لیتیومی است که دفعات زیادی می­ توان آن­ها را شارژ کرد بدون آنکه کاهش چشمگیری در توان آن­ها صورت پذیرد.
                                                                           شکل 8-2- خودرو خورشیدی باتری دار
 2- خودروهای خورشیدی بدون باتری
این نوع خودروها دارای باتری نیستند و در شب قادر به ادامه راه نمی ­باشند و بیشتر برای نمونه های کوچک از این سیستم استفاده می ­شود، اما وزن بسیار کمتری نسبت به خودروهای دارای باتری دارند، ولی در مواقعی که نور خورشید وجود ندارد از این گونه خودرو نمی­ توان استفاده کرد. به همین دلیل از این سیستم تنها برای خودروهای مدل استفاده می­ شود.
                                                                   شکل 8-3- خودرو کوچک خورشیدی بدون باتری

8-2- ساختمان کلی خودرو خورشیدی
8-2-1- پنل­ های خورشیدی
در ساخت خودروهای خورشیدی چند معیار اساسی برای انتخاب پنل خورشیدی وجود دارد که شامل وزن، توان و سرعت خودروست. هر کدام از این معیارها نقش کلیدی را ایفا می­ کنند. به عنوان مثال در صورتی که خودرو وزن زیادی داشته باشد نیروی بیشتری برای حرکت کردن نیاز دارد و ما برای تامین این نیرو باید پنل ­های بیشتری برای دریافت انرژی خورشیدی در نظر بگیریم. این عوامل دیگر همچون سرعت و توان نیز به همین گونه عمل می­ کنند. ما هرچقدر تعداد بیشتر پنل بر روی خودرو نصب کنیم انرژی بیشتری از خورشید دریافت می­ کنیم اما وزن کلی نیز افزایش می­ یابد که باید آن را نیز در نظر بگیریم پس به طور کلی باید به نقطه تعادلی بر روی تمامی عوامل دست پیدا کنیم.
                                                              شکل 8-4- نمای شماتیک خودرو خورشیدی با باتری
انرژی خورشید توسط پنل دریافت و سپس داخل باتری­ ها ذخیره می ­شود. در این نوع خودرو وقتی که از آن استفاده نمی شود هم مادامی که زیر نور خورشید باشد، مشغول به شارژ باتری است.

8-2-2- باتری خودرو خورشیدی

باتری­ها در خودروهای خورشیدی با توجه به مسافتی که می­ توانند بدون نور کار کنند در نظر گرفته می­ شود. یکی از مسافت­ های رایج در نظر گرفته شده برای این نوع خودروها 400 کیلومتر با سرعت 97 کیلومتر بر ساعت است، با توجه به این مسافت باید برای خودرو باتری طراحی شود. ولی اگر بخواهیم مسافت بیشتری را طی کنیم طبعا باید تعداد بیشتری باتری برای خودرو در نظر بگیریم.
                                                                                  شکل 8-5- پک باتری لیتیومی
بیشتر باتری­ های این گونه خودروها لیتیومی می­ باشد که هم توان بالاتری نسبت به سایر باتری­ ها دارد و هم از وزن کمتری برخوردار است. طول عمر باتری ­های لیتیومی بر اساس تعداد دفعات شارژ و دشارژ تعریف می­ شود، که عددی بیش از 2000 بار است.
منظور از توان باتری نیز میزان انرژی در واحد سطح است، یعنی زمانی که ما دو باتری کاملا مشابه از لحاظ اندازه و وزن داریم باتری­های لیتیومی مقدار بیشتری انرژی را در خود ذخیره می­کنند. بنابراین استفاده از باتری­های لیتیومی باعث کاهش وزن کلی خودرو خواهد شد.
8-2-3- موتور الکتریکی خودرو خورشیدی
موتورهای الکتریکی بازده بالاتری نسبت به خودروهای بنزینی و دیزلی دارند، به همین دلیل استفاده از این نوع موتور در خودرو باعث افزایش چشمگیر راندمان آن می ­شود.
 موتورهای بنزینی و دیزلی بیشتر انرژی که از احتراق سوخت دریافت می­ کنند را به گرما تبدیل می­ کنند که دیگر قابل استفاده نیست، بازده این نوع موتورها بین 30 تا 50 درصد می­ باشد که یعنی اتلاف مقدار زیادی از انرژی دریافتی. اما موتورهای الکتریکی بازدهی بین 80 تا 90 درصد دارند که یعنی بازده بالاتر نسبت به دو نوع گفته شده در بالا، پس استفاده از این نوع موتور موجب صرفه جویی در مصرف انرژی می­ شود. 
                                                                        شکل 8-6- موتور الکتریکی خودرو
با توجه به توضیحات ذکر شده انتخاب نوع و مقدار پنل، توان باتری و نوع موتور کاملا بستگی به کاربری خودرو دارد و برای انتخاب این قطعات دقت کاملی در طراحی کلی ساختمان خودرو باید لحاظ شود.
8-2-4- ساختمان خودرو خورشیدی
در سال­های اخیر در سراسر دنیا طراحی ­های مختلفی برای این خودروها صورت گرفته است.
شاسی باید به گونه ه­ایی طراحی شود که علاوه بر استحکام لازم از وزن کمی داشته باشد. علاوه بر این محل قرارگیری پنل ­ها نیز نقشی اساسی در طراحی ایفا می­ کند. طراحی این خودروها به گونه ای صورت می­ گیرد که بتواند بیشترین استفاده از انرژی خورشید را داشته باشد. تمامی قطعات از جمله پنل، باتری موتور و بدنه اصلی بر روی شاسی نصب می­ شود.
                                                                   شکل 8-7- طراحی اولیه شاسی به کمک نرم افزار 
                                                                                شکل 8-8- ساخت شاسی اصلی
                                                                         شکل 8-9- کامل شدن خودرو
                                          جدول 8-1- خودروهای پیروز رقابت ­های خودروهای خورشیدی در سال­های مختلف
تیم­ هایی از کشورهای ژاپن و هلند در بیشتر سال­ ها از پیشگامان این رقابت­ ها بوده­ اند.
 شرکت­ های متفاوت تولید پنل خورشیدی و باتری برای اسپانسر شدن این مسابقات درخواست می­ دهند، که در این رقابت­ ها آخرین تکنولوژی خود را به کار می­  گیرند. این مسابقات انواع متفاوتی دارند که محبوب ترین آن­ها که هر ساله تعداد زیادی خودرو  از  سراسر دنیا حضور دارند رقابت­ هایی است که خودرو می بایست مسافت بالایی را در زمان کوتاه­تری طی کند.

در مسابقات بین المللی استرالیا در سال 2015 ایران نیز با خودرو غرال 2 در بین 50 تیم به مقام هفتم این مسابقه دست پیدا کرد. در این مسابقه قوانین خاصی به کار گرفته شد که یکی از آن­ها ذخیره کردن 5 کیلووات انرژی در باتری­ها است. باقی انرژی لازم برای طی مسافت 3000 کیلومتری باید از طریق پنل خورشیدی و خود خودرو تامین شود.                                                                                         شکل 8-10- غزال ایرانی
وزن خودرو، بازده پنل­ های خورشیدی و نوع باتری عواملی است که تیم ­های شرکت کننده برای این رقابت ­ها باید در نظر بگیرند. هر تیمی که مسافت 3000 کیلومتری را در زمان کمتری طی کند، برنده این مسابقات است. در این گونه رقابت­ ها مصرف برق خودرو از عوامل کلیدی در موفقیت خودروست، تیم ­ها به گونه ای باید خودرو را طراحی کنند که کمترین مصرف انرژی را داشته باشد، یا حتی بتوان از نیروی ترمز خودرو نیز برق تولید نمود.
این رقابت­ ها هر ساله با خودروهای به نسبت کوچکتر در مدارس و دبیرستان­ها نیز برگزار می ­شود.                                                            شکل 8-11- مسابقات دانش آموزی خودرو خورشیدی
                                                  شکل 8-12- مسابقات دانش آموزی خودرو خورشیدی
                                                          شکل 8-13- مسابقات دانش آموزی خودرو خورشیدی
 در رقابت ­های دانش آموزی از خودروهای کوچک برای شرکت در مسابقات استفاده می­ شود، قوانین خاصی هم برای این مسابقات حاکم است که می توان به محدودیت در وزن ماشین و مقدار توان پنل خورشیدی اشاره کرد.
                                                                                شکل 8-14- خودرو مسابقات دانش آموزی
                                                                     شکل 8-15- خودرو مسابقات دانش آموزی
تکلیف 1 : تحقیق کنید راندمان پنل ­های خورشیدی چقدر است؟ چه عواملی موجب کاهش آن­ می­شود؟
تکلیف 2 : تحقیق کنید در چه وسایلی به جز خودرو خورشیدی از باتری لیتیومی استفاده می­ شود.
محل بازدید ، اردو یا خرید : دانشگاه­های شرکت کننده در مسابقات خودرو خورشیدی، فروشندگان تجهیزات انرژی خورشیدی
وسایل مورد نیاز:
منابع مطالعه: 
کتاب راهنمای انرژی خورشیدی، تالیف آزاده ملایی
کتاب انرژی­ های تجدید پذیر، تالیف دکتر شهرام درخشان و مهندس سعید محمدی
تنظیم کننده: محبوبه همت 

مطالب مرتبط :
خودروهای سبز-جلسه اول
خودروهای سبز -جلسه دوم
خودروهای سبز -جلسه سوم
خودروهای سبز -جلسه چهارم
خودروهای سبز -جلسه پنجم
خودروهای سبز -جلسه ششم
خودروهای سبز -جلسه هفتم
 خودروهای سبز -جلسه هشتم
خودروهای سبز-جلسه نهم