ワールド ソーラー チャレンジ: ソーラーカーでどこまで走行できるか?

太陽光発電は優れた再生可能エネルギー源ですが、常に限界がありました。 晴れた日に地表で利用できる電力はせいぜい 1,000 ワット/平方メートルだけであり、ソーラー パネルの効率が限られているため、これはさらに低下します。 発電量が非常に少ないため、乗用車のソーラーパネルはバッテリーの手入れや低出力の換気扇の運転などの単純な作業に限定されている。

しかし、不可能だと考える人もいれば、チャンスだと考える人もいます。 ワールド ソーラー チャレンジは、太陽光発電による輸送の真の可能性を示すことを目的としたコンテストです。 創設から 30 年が経過した現在、以前は不可能だったことが、実際に複数のチームによって当初の 10 分の 1 未満の時間で達成されています。 競技者を常に警戒させるために、ルールは時間の経過とともに進化しており、太陽光だけで可能なことの限界を常に押し広げています。 これは主流の交通機関ではありません。 これはエンジニアリング上の課題です。 ソーラーカーでどこまで行ける？

このイベントの発案者は、持続可能性と化石燃料の代替品に情熱を注ぐデンマーク生まれの冒険家、ハンス・ソルストラップ氏でした。 オーストラリアのツーリングカー伝説のラリー・パーキンスとその弟のギャリーと協力して、このトリオは「クワイエット・アチーバー」という名前の太陽光発電車両を製作しました。 1982 年、この軽量車両はパースからシドニーまでの 4,518 マイルを、太陽光のみの力でわずか 20 日間で走行しました。 この偉業は世間の注目を集め、わずか 5 年後のワールド ソーラー チャレンジの初開催に直接つながりました。

第 1 回コンテストは 1987 年に南オーストラリア州観光委員会と協力して開催されました。 スタート時には13人の競技者が整列し、6人がゴールラインに到達した。 ゼネラルモーターズは、サンレイサーでダーウィンからアデレードまでのコースをわずか44時間90分で完走し、2位のフォード・オーストラリア勢をほぼ23時間差で破り、このイベントで優勝した。

当初は3年ごとだったが、1999年からは2年ごとに変更された。 年によっては、50 チームを超えるチームがスタートラインでレースに参加しましたが、多くはクラッシュや機械的問題によりレースを終了して脱落しました。 世界中からさまざまな背景を持つ参加者がレースに参加します。 過去 30 年間の競争には、自動車メーカー、テクノロジー企業、大学、さらには高校からも参加者が参加してきました。 多くの場合、チームのスポンサーは、そのようなアプリケーションに関連するテクノロジーに関与するハイテク産業から来ています。 高効率のソーラーパネルや軽量で強力なモーターを供給できる企業を社内に持つことは、大きな効果を発揮します。

長年にわたり、新しいテクノロジーが登場するにつれて、レースは進化してきました。 パネルの効率が年々向上するにつれて、ソーラーパネルの最大面積に関する規制が強化されています。 最新かつ最高のソーラーパネルは安価ではないため、これはコストを抑えるのに役立ちます。 その他の規制は、車載エネルギー貯蔵の制限と競合他社間の平等な競争条件の確保に重点を置いています。 競技車両は公道を走行するため、制限速度や道路規則を遵守する必要があります。

平均速度が年々上昇するにつれ、実用性にも重点を置くようルールが変更され、競技者が公道で使用可能な車両に近づけるように設計することを目的としています。 この競技会には現在、多人数乗車車両のクルーザー クラスが設けられており、乗りやすさや走行中の総乗客キロ数などの要素に基づいてグレード付けされます。

従来のモータースポーツと同様に、ワールド ソーラー チャレンジの規制が競技車両のデザインを形作ってきました。 利用できるエネルギーは限られているため、設計のあらゆる面で効率が重要です。 最も多くのエネルギーを捕らえ、それを前進運動に変えることができる競技者が、勝利を持ち帰るのに最適な位置にいます。

電気面での最初の関心事は、利用可能な太陽光からできるだけ多くのエネルギーを効果的に取り込むことです。 利用可能な最高効率のソーラー パネルを設置することは方程式の一部にすぎません。 チームは、日没前に光を最大限に活用するために、午後 5 時に走行が終了した後、太陽光線に対して垂直になるようにソーラー パネルを傾けることがよくあります。 セルから最後の一滴まで絞り出すために、最大電力点追跡ハードウェアを使用して太陽電池を最適な動作範囲に保ちます。 モーターとコントローラーも同様に、車両が道路を走行する際の電力の無駄を最小限に抑えることに重点を置いて設計されています。

おそらく、これらの車両の外観デザインに最も大きな影響を与えるのは空気力学でしょう。 最大 130 km/h の速度で一度に数時間走行すると、エネルギー効率の観点から抗力が大きな役割を果たします。 空気抵抗を最小限に抑えることが重要であり、1 人乗りのチャレンジ クラスの車両は、急降下するナイフの刃のティアドロップ デザインを特徴とすることがよくあります。 車輪には、空気を切り裂くことができるように翼形のフェアリングが取り付けられていることがよくあります。 従来、ほとんどの設計では、ドライバーが車のプロファイルへの影響を最小限に抑えるために、うつ伏せまたは横臥位に近い姿勢でドライバーを横たわらせていましたが、近年では、座席の位置がより自然な直立姿勢に変更され、道路を走行する車両によく似ています。 クルーザー クラスのエントリーは、複数の乗客を乗せるために必然的にかさばり、背が高くなるため、この分野でより妥協したデザインになる傾向があります。 ただし、ナイフエッジの流線型デザインがこのクラスでは実用的でない場合でも、可能な限り抵抗を最小限に抑えることを目指しています。

競争力のある車両を構築するには、機械効率も重要です。 転がり抵抗を最小限に抑える必要があり、これを追求するために特別に設計されたタイヤが使用されます。 また、ベアリング、チェーン、ベルトが適切に選択され、これらの領域での過度の損失を避けるためにメンテナンスされていることを確認することも重要です。 このような細かい点に注意を払うことは、何千マイルも移動する場合、特に利用可能なエネルギーが非常に少ない場合に深刻な影響を与える可能性があります。

チームが既存の課題を克服するために車を作り続けるにつれて、ルールセットは限界をさらに押し上げるために変化し続けています。 2021年には、ドライバーの快適性や競技車両の動的安定性に焦点を当て、デイタイムランニングランプなどの新しい安全機能を含むレギュレーションが再び変更される予定だ。 これらの変更はすべて、空気力学の変更から車両への新たな動力の追加に至るまで、パフォーマンスに影響を与えます。 しかし、まさにこの課題こそが、チームに設計の革新と適応を強いるものであり、これまでよりも優れた、より高性能なソーラーカーを開発することになります。 私たちの太陽に大きな変化がない限り、ソーラーパネルがすぐに乗用車の標準になるとは予想していませんが、それでもこのイベントは、太陽光発電および電気推進技術の最高の有用なショーケースおよび試験場として機能します。