World Solar Challenge: Wie weit in einem Solarauto?

Solarenergie ist eine großartige Quelle erneuerbarer Energie, hatte jedoch schon immer ihre Grenzen. Im besten Fall stehen an der Erdoberfläche an einem sonnigen Tag nur 1.000 Watt/m2 zur Verfügung, und die begrenzte Effizienz von Solarmodulen verringert diese noch weiter. Die Menge ist so gering, dass Solarpaneele in Personenkraftwagen bisher auf untergeordnete Aufgaben wie die Wartung der Batterie und den Betrieb von Lüftungsventilatoren mit geringer Leistung beschränkt waren.

Doch wo manche eine Unmöglichkeit sehen, sehen andere eine Chance. Die World Solar Challenge ist ein Wettbewerb, der darauf abzielt, das wahre Potenzial des solarbetriebenen Transportwesens aufzuzeigen. Jetzt, 30 Jahre nach seiner Einführung, wird das, was früher unmöglich war, tatsächlich von mehreren Teams in weniger als einem Zehntel der ursprünglichen Zeit erreicht. Um die Konkurrenz auf Trab zu halten, haben sich die Regeln im Laufe der Zeit weiterentwickelt und immer wieder die Grenzen dessen verschoben, was allein mit Sonnenlicht möglich ist. Dies ist kein normaler Transport; Das ist eine technische Herausforderung. Wie weit kann man mit einem Solarauto fahren?

Der Initiator der Veranstaltung war ein gewisser Hans Tholstrup, ein in Dänemark geborener Abenteurer mit einer Leidenschaft für Nachhaltigkeit und Alternativen zu fossilen Brennstoffen. In Zusammenarbeit mit der australischen Tourenwagenlegende Larry Perkins und seinem Bruder Garry baute das Trio ein solarbetriebenes Fahrzeug namens The Quiet Achiever. Im Jahr 1982 legte das Leichtfahrzeug in nur 20 Tagen 2518 Meilen von Perth nach Sydney zurück, allein mit der Kraft der Sonne. Das Kunststück erregte große öffentliche Aufmerksamkeit und führte nur fünf Jahre später direkt zur ersten Durchführung der World Solar Challenge.

Der Eröffnungswettbewerb wurde 1987 in Zusammenarbeit mit der South Australian Tourism Commission ins Leben gerufen. Es waren 13 Teilnehmer am Start, von denen sechs die Ziellinie erreichten. General Motors gewann die Veranstaltung mit Sunraycer, indem es die Strecke von Darwin nach Adelaide in nur 44 Stunden und 90 Minuten absolvierte und damit den Zweitplatzierten von Ford Australia um fast 23 Stunden schlug.

Zunächst alle drei Jahre, seit 1999 alle zwei Jahre. In manchen Jahren nahmen über 50 Teams an der Startlinie am Rennen teil, doch viele schieden aufgrund von Unfällen oder technischen Problemen aus, die das Rennen beendeten. Die Teilnehmer kommen aus der ganzen Welt mit unterschiedlichem Hintergrund, um am Rennen teilzunehmen. In den letzten drei Jahrzehnten des Wettbewerbs gab es Teilnehmer von Automobilherstellern, Technologieunternehmen, Universitäten und sogar Gymnasien. Teamsponsoren kommen häufig aus High-Tech-Branchen, die sich mit für solche Anwendungen relevanten Technologien befassen. Ein Unternehmen an Bord zu haben, das hocheffiziente Solarmodule oder einen leichten, leistungsstarken Motor liefern kann, kann viel bewirken.

Im Laufe der Jahre hat sich das Rennen weiterentwickelt, da neue Technologien in den Vordergrund gerückt sind. Die Vorschriften zur maximalen Solarmodulfläche wurden verschärft, da die Module im Laufe der Jahre immer effizienter geworden sind. Dies trägt dazu bei, die Kosten niedrig zu halten, da die neuesten und besten Solarmodule nicht billig sind. Andere Vorschriften konzentrieren sich auf die Begrenzung der Energiespeicherung an Bord und die Gewährleistung gleicher Wettbewerbsbedingungen unter den Wettbewerbern. Wettbewerbsfahrzeuge fahren auf öffentlichen Straßen und müssen daher Geschwindigkeitsbegrenzungen und Straßenverkehrsregeln einhalten.

Da die Durchschnittsgeschwindigkeiten im Laufe der Jahre gestiegen sind, haben sich die Regeln geändert, um auch den Schwerpunkt auf die Praktikabilität zu legen und die Wettbewerber dazu zu bringen, Fahrzeuge zu entwerfen, die näher an der Straßentauglichkeit sind. Im Wettbewerb gibt es nun die Cruiser-Klasse für Fahrzeuge mit mehreren Passagieren, die nach Faktoren wie einfacher Einstieg und Gesamtzahl der während der Fahrt zurückgelegten Passagierkilometer bewertet werden.

Ähnlich wie beim traditionellen Motorsport haben die Vorschriften der World Solar Challenge das Design von Wettbewerbsfahrzeugen geprägt. Da die verfügbare Energie begrenzt ist, ist Effizienz in jedem Aspekt des Designs von entscheidender Bedeutung. Ein Teilnehmer, der in der Lage ist, die meiste Energie einzufangen und in Vorwärtsbewegung umzuwandeln, ist am besten in der Lage, den Sieg nach Hause zu holen.

Auf der elektrischen Seite geht es zunächst darum, möglichst viel Energie aus dem verfügbaren Sonnenlicht effektiv zu gewinnen. Die Installation der Solarmodule mit dem höchsten Wirkungsgrad, die es gibt, ist nur ein Teil der Gleichung. Nach Fahrtende um 17:00 Uhr neigen die Teams ihre Solarpaneele häufig so, dass sie senkrecht zu den Sonnenstrahlen stehen, um das Licht vor Sonnenuntergang optimal zu nutzen. Um auch den letzten Tropfen aus den Zellen herauszupressen, wird Maximum Power Point Tracking-Hardware verwendet, um die Solarzellen in ihrem optimalen Betriebsbereich zu halten. Motoren und Steuerungen sind in ähnlicher Weise darauf ausgelegt, beim Fahren des Fahrzeugs auf der Straße so wenig Energie wie möglich zu verschwenden.

Der vielleicht größte Einfluss auf das äußere Design dieser Fahrzeuge ist die Aerodynamik. Bei stundenlangen Fahrten mit Geschwindigkeiten von bis zu 130 km/h spielt der Luftwiderstand eine große Rolle für die Energieeffizienz. Der Luftwiderstand muss auf ein absolutes Minimum reduziert werden. Fahrzeuge der Challenge-Klasse mit Einzelinsassen verfügen häufig über tropfenförmige Messerklingen-Designs im Sturzflug. Räder sind oft mit flügelförmigen Verkleidungen ausgestattet, damit sie durch die Luft gleiten können. In der Vergangenheit lagen die Fahrer bei den meisten Konstruktionen in einer nahezu liegenden oder liegenden Position, um ihren Beitrag zum Profil des Fahrzeugs zu minimieren. In den letzten Jahren wurden die Sitzpositionen jedoch in eine natürlichere aufrechte Position geändert, um einem Straßenfahrzeug besser zu ähneln. Einstiege in die Cruiser-Klasse sind in diesem Bereich tendenziell kompromissloser gestaltet, da sie zwangsläufig sperriger und höher sind, um mehrere sitzende Passagiere befördern zu können. Sie zielen jedoch immer noch darauf ab, den Luftwiderstand wo immer möglich zu minimieren, auch wenn messerscharfe, stromlinienförmige Designs in dieser Klasse nicht praktikabel sind.

Auch die mechanische Effizienz ist entscheidend für den Bau eines wettbewerbsfähigen Fahrzeugs. Der Rollwiderstand muss auf ein Minimum beschränkt werden. Um dieses Ziel zu erreichen, werden speziell entwickelte Reifen verwendet. Es ist auch wichtig, sicherzustellen, dass Lager, Ketten und Riemen richtig ausgewählt und gewartet werden, um übermäßige Verluste in diesen Bereichen zu vermeiden. Die Beachtung solch kleiner Details kann bei Reisen über Tausende von Kilometern schwerwiegende Auswirkungen haben, insbesondere wenn so wenig Energie zur Verfügung steht.

Während die Teams weiterhin Autos bauen, um die bestehenden Herausforderungen zu meistern, ändern sich die Regeln immer weiter, um die Grenzen weiter zu verschieben. Für 2021 werden sich die Vorschriften erneut ändern, um den Schwerpunkt auf den Fahrerkomfort und die dynamische Stabilität von Wettbewerbsfahrzeugen zu legen und neue Sicherheitsfunktionen wie Tagfahrlichter aufzunehmen. Alle diese Änderungen wirken sich auf die Leistung aus, von der Änderung der Aerodynamik bis hin zur Einführung einer neuen Leistungsaufnahme der Fahrzeuge. Es ist jedoch genau diese Herausforderung, die die Teams zu Innovationen und Anpassungen ihrer Designs zwingt, um bessere und leistungsfähigere Solarautos als je zuvor zu schaffen. Wir gehen zwar nicht davon aus, dass Solarpaneele in naher Zukunft zum Standard in Personenkraftwagen werden, es sei denn, es kommt zu einer größeren Veränderung unserer Sonne, dennoch dient die Veranstaltung als nützliches Schaufenster und Testgelände für die allerbesten Solar- und Elektroantriebstechnologien.