Nuna — это название серии гоночных автомобилей с экипажем на солнечных батареях , которые семь раз побеждали на World Solar Challenge в Австралии : в 2001, 2003, 2005, 2007, 2013, 2015 и 2017 годах. Автомобили построены студентами, входящими в «Brunel Solar Team» (ранее Nuon Solar Team и Vattenfall Solar Team) в Делфтском технологическом университете в Нидерландах , при спонсорской поддержке Brunel (ранее NV Nuon Energy ).
Чтобы иметь хорошие шансы на победу, автомобиль должен:
Солнечные элементы изготовлены из арсенида галлия (GaAs) и состоят из трех слоев. Солнечный свет, проникающий в верхний слой, используется в нижних слоях, что обеспечивает эффективность более 26%. Этот тип солнечных элементов является одним из лучших на сегодняшний день. Помимо эффективности, размер также имеет значение, поэтому вся верхняя поверхность Nuna 3 покрыта ими, за исключением кабины.
Эффективность оптимальна, когда солнечные лучи падают на ячейки перпендикулярно. В противном случае выход уменьшается примерно на косинус угла с перпендикуляром.
Солнечный элемент дает определенное количество тока для определенного количества солнечного света. Напряжение зависит от нагрузки (точнее, от сопротивления нагрузки). Мощность является произведением напряжения и тока и, следовательно, также зависит от нагрузки. При определенном напряжении ток солнечного элемента быстро падает до нуля, как показано на графике.
Однако батареи имеют довольно постоянное напряжение, которое также имеет довольно отличающееся значение, чем у солнечных элементов. Поэтому необходимо преобразование напряжения. Специальный тип DC-DC-преобразователя используется для обеспечения того, чтобы сопротивление нагрузки, представленное солнечным элементам, было таким, чтобы солнечные элементы выдавали максимальную мощность, также наверху зеленой линии на графике. Это называется отслеживателем точки максимальной мощности (MPPT). Здесь также цель состоит в том, чтобы это преобразование достигло максимальной эффективности (>97%).
Аэродинамическое сопротивление является важной частью общего сопротивления. Важны площадь лобовой поверхности и коэффициент сопротивления. Форма должна быть спроектирована так, чтобы сохранить ламинарный поток , поскольку турбулентность вызывает повышенное поверхностное сопротивление. Идеальная форма достигается на разных этапах:
Из метеорологических данных в районе проведения соревнований можно сделать вывод, что, скорее всего, будет сильный боковой ветер. Колпаки колес Nuna 3 спроектированы таким образом, что боковой ветер будет иметь пропульсивный эффект.
Двигатель полностью заключен в заднее колесо, чтобы минимизировать потери при механической передаче от двигателя к колесу (например, в коробке передач и кардане обычного автомобиля). Двигатель является улучшенной версией оригинального двигателя 1993 года Spirit of Biel III Инженерной школы г. Биль, Швейцария (сейчас: Berner Fachhochschule Technik und Informatik). Улучшения обусловлены полностью переработанной цифровой силовой электроникой и управлением, реализованными в 1999 году. Они позволили увеличить мощность на 50% (более 2400 Вт) и крутящий момент на 45% по сравнению с Spirit of Biel II 1993 года . Эффективность всей системы привода (включая потери силовой электроники) также улучшена и теперь составляет более 98%. Но, как показывает график, это несколько зависит от скорости и увеличивается со скоростью. Первоначально конструкция была разработана для достижения максимальной производительности при нормальной крейсерской скорости солнечного автомобиля около 100 км/ч.
Для победы в гонке требуется не только хорошее транспортное средство, но и умный способ вождения в соответствии с характеристиками трассы. Вот почему это было исследовано в течение двух месяцев до гонки. Перепады высот нанесены на карту и привязаны к данным GPS . Из этого во время гонки можно определить оптимальную скорость.
Несмотря на все испытания и другие приготовления, остается один неопределенный фактор: погода . Любые облака будут сильно влиять на количество солнечного света, которое может быть уловлено. Поэтому любые изменения погоды вдоль трассы должны будут постоянно отслеживаться. Все эти данные анализируются компьютерной моделью, которая постоянно вычисляет идеальную скорость для этого момента. Это оборудование встроено в (бензиновые) пилотные автомобили. С помощью телеметрии они постоянно получают данные о состоянии батарей и количестве уловленного солнечного света.
Каждая версия Nuna была построена командой, состоящей из студентов Делфтского технического университета . В команде от десяти до двадцати членов команды. Они берут годичный отпуск от учебы, чтобы спроектировать и построить новую версию солнечного гонщика с нуля. В 2001 году Nuna 1 была построена командой альфа-центавра. Им предоставил руководство бывший астронавт Вуббо Окелс . С 2002 по 2019 год команда называлась Nuon Solar Team. С 2022 года команда называется Brunel Solar Team.
Первая команда Nuna Team ( Alpha Centauri Team ) спонсировалась компанией Nuon . Команда в основном состояла из студентов Делфтского технического университета , которыми руководил бывший астронавт Вуббо Окелс . Это был первый раз, когда голландская команда участвовала в гонке, и они выиграли гонку длиной 3021 км за 32 часа и 39 минут, побив старый рекорд команды Honda 1996 года (33 часа и 32 минуты). Средняя скорость составила 91,8 километра в час.
Команда Nuna 2 выиграла гонку с результатом 31,05 часа со средней скоростью 97,02 км/ч на дистанции 3021 км, побив рекорд дистанции, установленный предыдущей командой Nuna 1.
Nuna 3 была одним из фаворитов World Solar Challenge 2005 года с предгоночной скоростью тест-драйва 130 км/ч. Окончательный результат был таков, что 3021 километр между Дарвином и Аделаидой были преодолены за рекордные 29 часов и 11 минут, со средней скоростью около 103 км/ч. Это до сих пор текущий рекорд World Solar Challenge .
Главные изменения в Nuna 4 по сравнению с его предшественником Nuna 3 — это рулевое колесо вместо рычагов, вертикальное сиденье вместо лежачего и солнечная панель меньшего размера — 6 м 2 по сравнению с предыдущими 9 м 2 . Эти изменения были вызваны изменениями в правилах, вызванными предполагаемыми проблемами безопасности и попытками сделать автомобиль более похожим на настоящий автомобиль, а также снижением ограничения скорости на австралийских дорогах. Nuna 4 победила в 2007 году. [1]
Главным изменением Nuna 5 по сравнению с ее предшественницей Nuna 4 стал уменьшенный вес батареи, который в 2007 году составил 30 кг, а в 25 кг. Другие изменения требовали, чтобы автомобили не допускались к гонкам на ранее использовавшихся сликах (гладких шинах), вместо этого требовались профилированные (с протектором или канавками) шины. Кроме того, водитель должен был сидеть более прямо с углом наклона сиденья не более 27 градусов. [2] Он занял второе место.
Главные изменения Nuna 6 по сравнению с его предшественником Nuna 5 — это замена солнечных элементов на монокристаллические кремниевые элементы и масса аккумулятора — и то, и другое в соответствии с новыми правилами. Вес автомобиля и аэродинамическое сопротивление также были снижены.
Главное отличие Nuna 7 от предшественников заключается в том, что у него четыре колеса вместо трех, как того требуют новые правила World solar challenge. Автомобиль также асимметричен, поскольку кабина водителя находится с правой стороны. Вес аккумуляторов и автомобиля практически не изменился по сравнению с его предшественником Nuna 6. Nuna 7 выиграла Bridgestone World Solar Challenge 2013 года.
В классе претендентов команда из Делфтского технического университета сохранила титул с Nuna 8 и средней скоростью 91,75 км/ч (57,01 миль/ч), немного опередив своих голландских коллег из Университета Твенте, которые лидировали большую часть гонки, но финишировали всего в 8 минутах позади них, заняв второе место. [3] Модифицированная версия автомобиля, Nuna 8S, выиграла гонку Sasol Solar Challenge 2016 в Южной Африке.
В классе претендентов команда из Делфта снова сохранила свой титул с Nuna 9 и средней скоростью 81,2 км/ч (50,5 миль/ч), опередив команду Мичиганского университета Solar Car Team . [4] Модифицированная версия автомобиля, Nuna 9S, выиграла Sasol Solar Challenge 2018 в Южной Африке.
Nuna X (10) была на первом месте в последний день гонки со средней скоростью 85,22 км/ч (52,95 миль/ч), но их гонка внезапно закончилась из-за пожара в машине. Машина сгорела в течение нескольких минут, помешав команде завоевать 8-й титул чемпиона мира. Это был первый случай с момента начала участия команды в World Solar Challenge , когда им не удалось занять место на подиуме. Модифицированная версия машины, Nuna Phoenix, установила мировой рекорд по наибольшему количеству километров, пройденных исключительно с использованием энергии солнца: 924 км после того, как их гонка была отменена из-за COVID-19.
Nuna 11 столкнулась с теми же проблемами, что и Nuna Phoenix. В начале периода проектирования казалось, что версия World Solar Challenge 2021 года состоится. Но за пару месяцев до мероприятия ее отменили из-за COVID-19. Это привело к тому, что команда организовала Moroccan Solar Challenge, где они заняли третье место. Модифицированная версия автомобиля, Nuna 11s, выиграла Sasol Solar Challenge 2022 года в Южной Африке.
