http://www.gesk.yildiz.edu.tr/index2.html sitesinden alıntıdır…

GÜNEŞ ENERJİLİ ARABALAR:

Formula-1, Indy yarışlarında kullanılan ve içten yanmalı motorlar kullanılan benzerleri gibi güneş arabaları da, ulaştırma amaçlı kullanılmadıkları için hafif olacak şekilde dizayn edilirler. Tek farkları düşük güç üretimidir. Oturma ve taşıma kapasiteleri kısıtlıdır. Güneş enerjisini ana tek enerji kaynağı olarak kullandıkları için günümüz teknolojisinde sadece gündüzleri kullanılmaktadırlar. Gelişen teknoloji ile kullanım koşulları iyileşmekte ve yakın zamanda günümüzde kullanılan konvensiyonel araçların yerini alması beklenmektedir. Aşağıda özellikleri belirtilen güneş arabası yarış amacıyla tasarlanan bir prototip olup, konseptine uygun olacak şekilde güç/ağırlık oranı olabildiğince yüksek tutulmuştur.

Yüksek kalibreli bir güneş arabası yapmak büyük iş gücü, zaman ve maddi olanaklar gerektirmektedir. Güneş arabasının arkasında yatan genel kavram oldukça basittir. Güneş’ten alınan kısıtlı enerjiyi maksimum verimle kullanabilmek için üreticiler aracın güvenilirliğini ve verimini arttıran dizayn sürecini uygulamaktadırlar. Aşağıda bir güneş arabasının çalışma prensibi ve modeli bilgisayar destekli olarak açıklanacaktır.

Bir güneş arabası, konvensiyonel araçlar gibi birbiriyle tam bir uyum içinde, tek bir eleman gibi çalışmaları gereken bir çok bölümden oluşur. Sürücünün ve aracın güvenli açısında bu bölümlerin, hatasız çalışması gerekmektedir. Bu bölümler altı ana başlık altında toplanabilir;

I-SÜRÜCÜ KONTROLÜ

Güneş arabalarının çoğu sürücüye çok az konfor imkanı sunan tek kişilik oturma alanına sahiptirler. Çok nadir olarak yolcu taşımaya elverişli olarak dizayn edilirler. Sürücüler daha çok kenetlenme pozisyonunda,yüksek kokpit sıcaklığında çalışmak zorundadırlar.Güneş arabalarının sinyal lambaları, stop lambaları, ivmelenme (gaz) pedalı, dikiz aynası, havalandırma gibi konvensiyonel araçlara benzer standart elemanları da vardır.

Sürücü ve var ise yolcu kasklar ve koruma sistemleri (kafes,v.b…) ile korunmalıdır. Sürücü, aracı kullanmanın yanında doğabilecek sorunlara karşı aracın sistemini de aynı anda gözlemlemelidir veya konvansiyonel araçlarda olduğu gibi göstergeler de kullanılabilir.
Güneş arabasının yarış esnasında sürücü dışında verimini etkileyen bir diğer parametre pit görevlileridirler. Bu görevliler aracı çalışır halde tutmak,stratejiyi belirlemek ve rota bilgilerini sürücüye aktarmakla yükümlüdürler.

II-ELEKTRİK SİSTEMİ

Güneş arabasının en önemli bölümü pillerden ve güç ünitesinden oluşan elektrik sistemidir. Elektrik sistemi, sisteme giren ve çıkan gücü kontrol eder ve yönlendirir.

Piller konvensiyonel araçların yakıt deposunun yaptığı göreve benzer olarak enerjiyi daha sonra kullanmak üzere depo eder. Güneş arabaları yarışa tamamıyla şarj olmuş piller ile başlarlar; fakat yarış başladıktan sonra piller sadece solar donanımın ürettiği enerji ile şarj edilirler. Bir takımın kullanabileceği pilin maksimum kapasitesi her pil tipi için belirlenmiş ağırlık ile sınırlıdır. Yarışlarda kullanılabilecek piller TÜBİTAK tarafından belirlenecektir. Yarışlarda kullanılması muhtemel piller ise;

• Pb/Asit
• NiMH
• NiCad(nikel kadmiyum)
• Standart Li-Ion
• Plastil Li-Ion2

şeklinde sıralandırılabilir.

NiCad, NiMH ve Li-Ion pilleri, Pb/Asit pillerine oranla yüksek güç/ağırlık oranına sahiptirler ve bu tarz pilleri dış etmenlerden korumak daha az önlem gerektirir. Fakat oldukça pahalıdırlar.

Pil paketi (battery pack), sistem için gerekli voltajı üreten, birbirlerine kablolarla bağlanmış münferit elemanlardan oluşmaktadır. Genellikle takımlar elektrik sistemlerine bağlı olarak 84-108 V arası sistem voltajı kullanmaktadırlar. Bazı takımlar sistemlerinde daha düşük voltajda kullanabilmektedir.

Güneş arabasındaki bir diğer önemli bileşende güç ünitesidir. Bu ünite MPPT’lerden, motor kontrol ünitesinden ,veri toplama sisteminden oluşmaktadır. Güç ünitesinin birincil görevi sistemdeki elektriği izleyip, kontrol etmektir. Çoğu takım güç ünitesini oluşturan bileşenleri hazır olarak satın almaktadır .Fakat bazı takımlar araçları için gerekli olan elektronik aksamları kendileri üretmektedir.

MPPT’nin görevi solar donanımından gelen elektriği maksimum güç elde edecek şekilde koşullandırarak, her bir pile depolamak veya motor kontrol ünitesine motoru tahrik için göndermektir. Solar donanım pilleri şarj ederken, MPPT’ler pilleri fazla yüklemeden dolayı gelecek hasarı önler. Kullanılacak kuvvetlendirici sayısı, her takımın dizaynına göre farklılık gösterir. MPPT’ler çok hafif olmakla beraber, yaklaşık %95 verimle çalışmaktadırlar.

Motor kontrol ünitesi sürücünün gaz pedalına basması ile motora gönderilen elektriği kontrol eder. Güneş arabalarında bir çok tip motorla kullanılan motor kontrol ünitesi vardır. Takımlar araçları için motor alırken aldıkları motor için dizayn edilen kontrol ünitesini de genellikle almaktadırlar. Günümüzde kullanılan motor kontrol üniteleri en iyisi %90’dan fazla verimle çalışmaktadır.

Çoğu güneş arabası solar donanım dahil olmak üzere tüm elektrik sistemini, pilleri, motor kontrol ünitesini ve motoru denetleyen veri toplama sistemini kullanmaktadır. En azından her takım pil voltajını ve akımı denetlemek zorundadır. Veri toplama sisteminden gelen veriler problemin oluşma esnasında iken çözümlenmesini ve yarış stratejilerinin değiştirilmesine neden olmaktadır. Veriler kokpitteki sürücü tarafından izlenmektedir. Bazı uygulamalarda ise telemetri (kablosuz veri aktarımı) teknolojisi ile pitteki görevlilere iletilmektedir.

III-ÇEKİŞ SİSTEMİ

Güneş enerjisi ile çalışan bir aracın tahrik elemanları konvensiyonel bir aracın tahrik elemanlarından çok farklıdır. DC (doğru akım) motoru ve motordan gelen torku tekerleklere ileten elemanlardan oluşur. İletilen gücün düşük olmasından dolayı (genellikle 5HP’den daha düşük) arka tekerleklerden biri motor ile direkt olarak tahrik edilir.

Araçlarda kullanılan motorların seçiminde herhangi bir kısıtlama yoktur. Genellikle 2HP ila 5HP güçleri arasındadır. Güneş arabalarında genellikle çift sarımlı fırçasız (dual winding burshless) DC motorları kullanılır. Bu motorlar hem hafif olmaları hem de belirli devirlerde %98 verime ulaşmaları nedeniyle tercih edilirler. Fakat diğer modellere göre pahalıdırlar. Kademeli viteslerin araçlarda kullanılmasının serbest hale getirilmesinden sonra motorlar bazı durumlarda elektronik vites görevini almaya başladılar. Sarımların değiştirilmesi ile hız oranı kontrol edilebilmektedir. Düşük hız sarımları yüksek tork sağlarken, yüksek hız sarımları yüksek verimle birlikte, yüksek hızlara çıkılmasını sağlamaktadır.

Aşağıda güneş arabalarında kullanılan başlıca transmisyon şekilleri gösterilmiştir;

1. Tek kademeli direct drive
2. Değişken oranlı kayışlı tahrik
3. Merkez motor

Geçmişteki uygulamalarda güç aktarım mekanizması olarak en fazla tek kademeli kayışlı veya zincirli mekanizma kullanılmaktaydı. Bu sistem araçlardaki transmisyon elemanlarının hizalanmasını gerektiren şartlarda kullanışlıdır ve iyi dizayn edildiği takdirde%75 iletim verimine ulaşmaktadır. Çok nadirde olsa bazı takımlar değişken oranlı kayışlı tahrik sistemini kullanmaktadır. Vites oranın artması ile birlikte hız artmaktadır. Bu sistem düşük devirlerde özellikle kalkış esnasında motora araca yüksek tork sağlamaktadır. Sistemin verimli çalışabilmesi için hassas dizayn yapılmalıdır. 1995 yılından beri bazı takımlar merkez motor sistemini kullanmaktadır. Bu sistemde tekerlek mili direkt olarak motor çıkış miline monte edilmiştir. Transmisyon elemanları azaldığı için bu sistemde iletim oranı yüksektir.

IV-MEKANİK SİSTEM

Bir güneş arabasının mekanik sistemi genellikle sabittir. Sadece yol şartlarına ve aracın özelliklerine göre ağırlığı ve sürtünme kuvvetlerini azaltmak gerekebilir. Düşük ağırlık sağlamak için kullanılan titanyum ve kompozitleri mukavemet/ağırlık oranını arttırırlar. Mekanik sistem süspansiyon, fren, direksiyon, tekerlek ve lastiklerden oluşur.

Güneş arabaları genel olarak dört veya üç tekerlekli yapılırlar (FIA kurallarına göre en az üç tekerlekli olabilirler) .Üç tekerlekli araçlarda iki tekerlek önde, tahrik edilen tek tekerlekte arkadadır.

Güneş arabalarında kullanılan çok çeşitli süspansiyon vardır. Bunun nedeni gövdenin ve şasinin her aracın dizaynına göre değişmesidir. Ön tekerleklerde genellikle çift kollu (double arm) süspansiyon kullanılır. Arka tekerleklerde ise motosiklet süspansiyonu yeterli olmaktadır. Takımlar süspansiyonlarını araçlarını rahat ve sarsıntısız şekilde maksimum verimle kullanabilecek şekilde dizayn etmektedirler.

Güvenlik güneş arabaları yarışlarında dikkat edilen önemli bir husustur. Bu sebeple her araç sıkı fren performans kurallarıyla karşı karşıyadır. Bu hususu göz önünde bulunduran takımlar araçlarında iki adet birbirinden bağımsız fren sistemi kullanmaktadırlar. Disk frenler kullanılabilirlik ve yüksek fren güçleri nedeni ile tercih edilmektedir. Bazı takımlar mekanik fren kullanırken, bazı takımlar ise hidrolik fren kullanmaktadırlar. Mekanik frenler hidrolik frenlere göre hafif ve küçük olmalarına karşın frenleme kabiliyetleri düşük olmakla beraber verimli bir şekilde çalışmaları için ayar gerektirmektedirler.

Direksiyon sistemleri de süspansiyon sistemleri gibi çok çeşitlidir. Takımlar yarışma için gerekli olan dönme çapını ve gereksinimleri istedikleri sistemi ve dizaynı kullanarak sağlamak zorundadır. Direksiyon sistemi hassasiyetle yerleştirilmek zorundadır. En ufak bir sapma kayıplara neden olarak, tekerleklerin aşınmasını arttıracaktır.

Geçmiş dönemlerde yurt dışında yapılan yarışlarda bisiklet tekerleği ve lastiği düşük ağırlığı ve düşük yuvarlanma direnci nedeni ile tercih edilmekteydi.Bu sistemlerde aracın ağırlığına göre tekerleklere fazla hava basılmaktaydı. Bu da aracın verimini ve özellikle güvenirliğini azaltmaktaydı. Günümüzde, yarışlarda aşırı doldurulmuş lastiklere izin verilmemektedir. Bu tarz yarışların artmasıyla birilikte tekerlek üreticileri güneş arabaları için özel tekerlekler üretmeye başlamıştır. Takımlar bu tarz hafif ve düşük yuvarlanma direncine sahip tekerlekleri kullanarak hem yuvarlanma direncini azaltmakta hem de güvenilirliği sağlayabilmektedirler.

V-SOLAR DONANIM (SOLAR PANELLER)

Solar donanım aracın yarış esnasında gücünü sağlayan birimdir. Panellerden oluşmaktadır. Solar paneller güneş enerjisini elektriğe dönüştüren birçok (genellikle yüzlerce) fotovoltaik hücrelerin bir araya gelmesi ile oluşmaktadır. Takımlar solar panellerini oluştururken piyasadaki yüzlerce solar hücre teknolojisinden yaralanmaktadırlar. Hücre tipleri ve modelleri aracın ölçülerine ve klasmanına göre değişmekle birlikte bu bilgiler yarışma kurallarında yer almaktadır.

Hücreler birbirlerine kablolar ile bağlıdırlar. Bu kablolar da birbirlerine pillerin voltajına göre belirli formlarda bağlanmaktadır. Hücreleri biribirine bağlamanın birçok yolu vardır. Burada önemli olan yüzlerce hücrenin araç üzerinde konumlanabileceği bir alan oluşturmaktır. Solar hücreler çok kırılgandır ve kolayca zarar görebilirler. Takımlar hücreleri hava koşullarından ve çatlaklardan korumak için kaplamaktadırlar. Hücreleri korumanın birçok yolu vardır. Burada önemli olan hücrelerin ağırlığını koruyarak bu işlemi yapabilmektir. Solar paneller tarafından üretilen güç hava durumuna, güneşin pozisyonuna ve güneş panelinin kendisine göre değişmektedir. Açık bir günde kaliteli bir solar panel 1000Watt (1.3HP) güç üretir. Güneş panellerinden alınan güç motora veya depolanmak üzere pillere gönderilir.

VI-GÖVDE VE ŞASİ

Güneş arabalarını birbirinden ayıran en önemli özellikleri gövdeleridir. Parlak ve egzotik görünümleri dikkat çekicidir. Güneş arabaları gövde tiplerine göre çeşitli gruplara ayrılabilmelerine karşın gerçekte her biri, ölçüleri haricinde herhangi bir kısıtlama olmadığı için, eşsiz birer araçtır. Gövde dizaynında en önemli husus havanın aerodinamik direncini minimuma indirmek, güneş etki alanını maksimuma çıkarmak, ağırlığı minimuma indirerek güvenilirliği maksimum seviyeye çıkarmaktır. Hangi gövde şeklinin ve ölçülerinin daha verimli olduğuna dair bir çok teori vardır. Bunu sağlayabilmek içinde takımlar araçlarını bir çok simülasyona ve testlere tabi tutmaktadır.

En önemli sorun sağlamlığı ve güvenilirliği arttırırken, aynı zamanda ağırlığı da minimuma indirmektir. Her türlü ağırlık araç için ekstra bir enerji kaybı olacaktır. Buda gösteriyor ki ağırlık mutlaka minimumda tutulmalı. Bunu sağlamak için en önemli kısım şasidir. Ancak öncelikli gereklilik güvenliktir. Bu yüzden şasi hafif olmakla beraber sertte olmalıdır. Bu şartlar altında güneş arabalarında üç tip şasi kullanılmaktadır;

1. Uzay Çerçevesi
2. Yarı Monokok veya karbon bloğu
3. Monokok

Uzay çerçevesi şasi modelinde iskelet yükleri ve gövdeyi tutması için birbirine yapıştırılmış veya kaynaklanmış borulardan oluşmaktadır. Böylece hafif olmakla birlikte herhangi bir yüke maruz kalan yataklama olmamaktadır. Ayrıca komposit iskelet şasiye ayrı ayrı tutturulmaktadır.

Alıntı:
http://www.biltek.tubitak.gov.tr/etkinlikler/formulag/2005/ytugesk.htm
http://www.gesk.yildiz.edu.tr/index2.html

Sayfalar: 1 2

Benzer YazılarEtiketler