1 solar car design solar car design. overzicht zonnecel keuze dc-motor energieverdeling- keuze...
TRANSCRIPT
1
Solar Car Design
Solar Car design
Overzicht
• Zonnecel
• Keuze DC-motor
• Energieverdeling- keuze overbrengingsverhouding
Zonnecel
• Werking zonnecel
• Het zonnepaneel
• Zonlicht
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
Werking zonnecel: Vereenvoudigd equivalent schema
I = Isc − Is eU
m . N .Ur −1
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
Werking zonnecel: U-I karakteristiek
Uoc
Isc
Isc= kortsluitstroom Uoc = openklem spanning
Werking zonnecel: Van zonnecel tot zonnepaneel
• U vergroten door serieschakeling van identieke cellen
• I vergroten door parallel schakeling identieke van cellen
Werking zonnecel:Maximum vermogen punt
P = U.I
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
Werking zonnecel : lichtintensiteit
Variaties in de lichtintensiteit beïnvloeden de uitgangsstroom
De uitgangsstroom varieert recht evenredig met de lichtintensiteit
Werking zonnecel: invalshoek• Hellingshoek
van het paneel met de grond
Zonnestralen
Hellingshoek
Solar Panel
Werking zonnecel: invalshoek
Oost West
namiddagvoormiddag
middag
Werking zonnecel: invalshoek
Variaties in invalshoek beïnvloeden de uitgangsstroom
Een hellingshoek van 60° halveert het vermogen
Zonnepaneel
• Groep T-zonnepaneel bij 1000W/m², 25°C, AM 1.5
– Isc= +/- 0,88A– Uoc= +/- 9V
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
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
Zonnepaneel
– Elektriciteit leveren om de motor aan te drijven
– Zonnepaneel in bruikleen. • Paneel (incl. bedrading) : in oorspronkelijke staat
terug geven• Connectie met motor verwijderbaar.
DC motor
DC motor
DC motor
DC motor
DC motor
momentary operation
continuous operation
T
Nm
DC motor
DC-motoren: zonnepaneel + motor
Keuze van de overbrenging
• Formules
• Karakteristiek
• Zonnepaneel – motor combinatie
• Straal wiel ook belangrijk
SSV : Transmissie•Doel: Overbrengen van de
rotatie van de motor op de as van het SSV
•Hoe: TandwielenRiemenKetting
SSV: Transmissie -Tandwielen
Overbrening tussen parallelle assen
rechte vertanding schuine vertanding
SSV: Transmissie -Tandwielen
Overbrenging tussen: Loodrecht snijdende assen:
kegel wielen
Loodrecht kruisende assen:
worm-wormwiel
SSV: Transmissie -Riemen
Riem• Vlakke riem
• V-riem
• Getande riem
Bijhorende Riemschijven
Riemschijven raken elkaar niet
Groter over te brengen vermogen
SSV: Transmissie – Ketting
Ketting + kettingwiel (Vormgesloten overbrenging)
SSV: Transmissie – Overbrengingsverhouding
Toerentalreductie :
Als aandrijvend wiel kleiner is dan
aangedreven wiel
P = T.ω = Constant
Gevolgen aangedreven wiel:• Lager toerental
• Hoger koppel
Aandrijvend wiel
Aangedrevenwiel
SSV: Transmissie – Overbrengingsverhouding
Toerentalverhoging :
Als aandrijvend wiel groter is dan aangedreven wiel
P = T.ω = Constant
Gevolgen aangedreven wiel:
• Hoger toerental• Lager koppel
Aandrijvend wiel
Aangedreven wiel
SSV: Transmissie – Overbrengingsverhouding
Voorbeeld:• Aandrijvend wiel: 12 tanden, 60tr/min
• Aangedreven wiel: 24 tanden , ? tr/min
• Overbreningsverhouding ii = zg/zd =24/12 = 2
• Toerental n:i = 2 = nd/ng = 60/ng
=> ng = 60/2 = 30 tr/min
Aandrijvend wiel
Aangedrevenwiel
Koppel vs Snelheid
1 2 3 4 5 6 7 8 9 100.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Overbrengingsverhouding i
T/(
10T 0)
/
0
Koppel
Toerental
Montage voorbeeld
Hoe snel zullen we rijden?
rondsel 10 tanden
Wiel 40 tanden
5 cm wiel
tussenwiel
Motor 8.300tr/min
Totale overbrenging
• Overbrenging via bv. tandwielen
• Straal van de wielen
F = k T
k
ω=v
k =i
Rwiel
Totale overbrenging
• Lage k– Hoge topsnelheid– Kleine versnelling
• Hoge k– Lage topsnelheid– Grote versnelling
k optimaliseren
(hint: teken v(t) grafiek)
F = k T
k
ω=v
k =i
Rwiel
Totale overbrenging
• Energiebalans opstellen– Vereenvoudig zonnecelkarakteristiek– Eerst alle verliezen verwaarlozen– SSV vrijmaken
Einput=∫ Fdx=E kin
F
maxmaxmax xK,,I,Um,f=k
Totale overbrenging
• Verliezen in kaart brengen– Sankey diagram
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
Totale overbrenging
• Verfijnen– Helling– Verliezen
• 3e graadsvergelijking in k– Iteratief op te lossen– Begin bij k uit eenvoudig geval
2...1 Q+QE+E=dx'F=E' gravkininput ∫
maxmaxmax xK,,I,Um,f=k
Overzicht
• Zonnecel
• Keuze DC-motor
• Energiebalans - optimale overbrenging– Indien overbrenging niet mogelijk: kies
andere motor– GEEN Maple!!
Sterkteleer
• Maak eerst de hele SSV vrij– Welke krachten grijpen er op in
• Maak vervolgens de as vrij
Actie !
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