نونا

نونا 3 في حلبة بارك زاندفورت

نونا هو اسم سلسلة من سيارات السباق التي تعمل بالطاقة الشمسية والتي فازت بتحدي العالم للطاقة الشمسية في أستراليا ثماني مرات: في أعوام 2001، 2003، 2005، 2007، 2013، 2015، 2017 و2025. يتم بناء هذه المركبات من قبل الطلاب الذين يشكلون جزءًا من "فريق برونيل للطاقة الشمسية" (فريق نيون للطاقة الشمسية سابقًا وفريق فاتنفال للطاقة الشمسية) في جامعة دلفت للتكنولوجيا في هولندا ، برعاية شركة برونيل الدولية متعددة الجنسيات الهولندية ( شركة إن في نيون للطاقة سابقًا ).

نونا

معايير التصميم

لكي تحظى السيارة بفرصة جيدة للفوز، يجب أن:

  • اجمع أكبر قدر ممكن من الطاقة الشمسية
  • استخدم أقل قدر ممكن من الطاقة للقيادة بسرعة معينة. وهذا يعني إيلاء اهتمام خاص لما يلي:
    • كفاءة نقل الطاقة الكهربائية إلى العجلات، و
    • تقليل الاحتكاك، ويتكون من:
      • الاحتكاك الهوائي (مقاومة الهواء)، و
      • الاحتكاك التدحرجي ، الذي يتأثر بدوره بالوزن، من بين أمور أخرى

الخلايا الشمسية

تُصنع الخلايا الشمسية من زرنيخيد الغاليوم (GaAs) وتتألف من ثلاث طبقات. يُستخدم ضوء الشمس الذي يخترق الطبقة العلوية في الطبقات السفلية، مما ينتج عنه كفاءة تتجاوز 26%. يُعد هذا النوع من الخلايا الشمسية من بين أفضل الأنواع المتوفرة حاليًا. إلى جانب الكفاءة، يُعد الحجم عاملًا مهمًا أيضًا، لذا فإن السطح العلوي بالكامل لمركبة نونا 3 مُغطى بهذه الخلايا، باستثناء قمرة القيادة.

تكون الكفاءة في أفضل حالاتها عندما تسقط أشعة الشمس على الخلايا بشكل عمودي. وإذا لم يكن الأمر كذلك، فإن الناتج ينخفض ​​بمقدار جيب تمام الزاوية مع العمودي تقريبًا.

الخصائص الست للخلايا الشمسية

تُنتج الخلية الشمسية تيارًا كهربائيًا محددًا لكمية معينة من ضوء الشمس. يعتمد الجهد الكهربائي على الحمل (وتحديدًا مقاومته). أما القدرة فهي حاصل ضرب الجهد والتيار، وبالتالي تعتمد أيضًا على الحمل. عند تجاوز جهد معين، ينخفض ​​تيار الخلية الشمسية بسرعة إلى الصفر، كما يوضح الرسم البياني.

مع ذلك، تتميز البطاريات بجهد ثابت نسبيًا، يختلف عن جهد الخلايا الشمسية. لذا، يلزم تحويل الجهد. يُستخدم نوع خاص من محولات التيار المستمر لضمان أن تكون مقاومة الحمل للخلايا الشمسية مناسبة لإنتاج أقصى طاقة، أي عند أعلى الخط الأخضر في الرسم البياني. يُسمى هذا النوع من المحولات " متتبع نقطة الطاقة القصوى" (MPPT). والهدف هنا أيضًا هو تحقيق أعلى كفاءة ممكنة لهذا التحويل (أكثر من 97%).

تصميم ديناميكي هوائي

الجانب السفلي من نموذج نونا 3 في نفق هوائي

تُعدّ مقاومة الهواء جزءًا مهمًا من المقاومة الكلية. ومن العوامل المهمة مساحة السطح الأمامي ومعامل السحب. يجب تصميم الشكل للحفاظ على التدفق الصفائحي ، لأن الاضطراب يزيد من مقاومة السطح. ويتم الوصول إلى الشكل الأمثل على مراحل متعددة.

  1. من خلال عمليات محاكاة التصميم بواسطة الحاسوب.
  2. من خلال اختبار نموذج مصغر في نفق هوائي . على سبيل المثال، يمكن استخدام دهانات سائلة لمراقبة تدفق الهواء فوق السطح. التُقطت الصورة المعروضة خلال أحد هذه الاختبارات في مختبر السرعات المنخفضة بجامعة دلفت للتكنولوجيا.
  3. من خلال اختبار السيارة بالحجم الطبيعي في نفق هوائي. ولتحقيق ذلك، يتم استخدام منشأة DNW الكبيرة للسرعات المنخفضة (LLF) في ماركنيس .

استنادًا إلى البيانات المناخية في المنطقة التي سيُقام فيها السباق، يُستنتج أنه من المرجح وجود رياح جانبية قوية. صُممت أغطية عجلات طائرة نونا 3 بحيث تُسهم الرياح الجانبية في دفعها .

محرك

كفاءة محرك بيل ، مقابل السرعة

يُغلّف المحرك بالكامل داخل العجلة الخلفية لتقليل الفاقد الناتج عن النقل الميكانيكي من المحرك إلى العجلة (كما هو الحال في السيارة العادية في علبة التروس والكردان). يُعدّ هذا المحرك نسخةً مُحسّنة من محرك سيارة "روح بيل 3" الأصلي لعام 1993 ، والذي صمّمته كلية الهندسة في بيل، سويسرا (الآن: كلية بيرن للعلوم التطبيقية في التقنية والمعلوماتية) . تعود هذه التحسينات إلى إعادة تطوير إلكترونيات الطاقة الرقمية ونظام التحكم بالكامل، والتي تمّ إنجازها عام 1999. وقد أتاحت هذه التحسينات زيادة في الطاقة بنسبة 50% (أكثر من 2400 واط) وعزم دوران أعلى بنسبة 45% مقارنةً بسيارة "روح بيل 2" لعام 1993. كما تحسّنت كفاءة نظام القيادة بالكامل (بما في ذلك فاقد إلكترونيات الطاقة) لتتجاوز الآن 98%. ولكن كما يُبيّن الرسم البياني، فإنّ هذه الكفاءة تعتمد إلى حدّ ما على السرعة وتزداد معها. صُمّم المحرك في البداية ليبلغ أقصى أداء له عند سرعة القيادة العادية للسيارة الشمسية، والتي تبلغ حوالي 100  كم/ساعة.

السباق

لا يتطلب الفوز بالسباق سيارة جيدة فحسب، بل يتطلب أيضاً أسلوب قيادة ذكي يتناسب مع خصائص المضمار. ولذلك، أُجريت دراسات معمقة على مدار شهرين قبل السباق. وتم رسم خرائط لاختلافات الارتفاع وربطها ببيانات نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) . ومن خلال هذه البيانات، يُمكن تحديد السرعة المثلى أثناء السباق.

على الرغم من جميع الاختبارات والاستعدادات الأخرى، يبقى عامل واحد غير مؤكد: الطقس . فأي غيوم ستؤثر بشدة على كمية ضوء الشمس التي يمكن التقاطها. لذا، يجب مراقبة أي تغيرات جوية على طول المسار باستمرار. تُحلل جميع هذه البيانات بواسطة نموذج حاسوبي يحسب باستمرار السرعة المثالية في تلك اللحظة. هذا الجهاز مُدمج في سيارات تجريبية (تعمل بالبنزين). ومن خلال القياس عن بُعد، تتلقى هذه السيارات باستمرار بيانات حول حالة البطاريات وكمية ضوء الشمس الملتقطة.

فريق

تم بناء كل نسخة من مركبة نونا الشمسية بواسطة فريق مؤلف من طلاب جامعة دلفت للتكنولوجيا ، ويتراوح عدد أعضاء الفريق بين عشرة وعشرين عضوًا. يأخذ أعضاء الفريق إجازة لمدة عام من دراستهم لتصميم وبناء نسخة جديدة من المركبة الشمسية من الصفر. في عام ٢٠٠١، بنى فريق ألفا سنتوري مركبة نونا ١، بإرشاد من رائد الفضاء السابق ووبو أوكلز . ومنذ عام ٢٠٠٢ وحتى عام ٢٠١٩، عُرف الفريق باسم فريق نوون الشمسي، ومنذ عام ٢٠٢٢ يُعرف باسم فريق برونيل الشمسي.

نونا 1 (2001)

كان فريق نونا الأول ( فريق ألفا سنتوري ) برعاية شركة نوون . تألف الفريق بشكل رئيسي من طلاب جامعة دلفت للتكنولوجيا، بقيادة رائد الفضاء السابق ووبو أوكيلز . كانت هذه المشاركة الأولى للفريق الهولندي في السباق، وقد فازوا  بالسباق الذي يبلغ طوله 3021 كيلومترًا في 32 ساعة و39 دقيقة، محطمين الرقم القياسي السابق الذي سجله فريق هوندا عام 1996 (33 ساعة و32 دقيقة). بلغ متوسط ​​السرعة 91.8 كيلومترًا في الساعة.

نونا 2 (2003)

فاز فريق نونا 2 بالسباق في 31.05 ساعة بمتوسط ​​سرعة 97.02 كم/ساعة لمسافة 3021  كم، محطماً بذلك الرقم القياسي للمسار الذي سجله الفريق سابقاً نونا 1.

نونا 3 (2005)

الفريق في مضمار سباق زاندفورت

كانت نونا 3 من أبرز المرشحين للفوز في نسخة 2005 من تحدي الطاقة الشمسية العالمي، حيث بلغت سرعتها التجريبية قبل السباق 130  كم/ساعة. وكانت النتيجة النهائية قطع مسافة 3021 كيلومترًا بين داروين وأديلايد في زمن قياسي بلغ 29 ساعة و11 دقيقة، بمتوسط ​​سرعة 103 كم/ساعة تقريبًا  . ولا يزال هذا الرقم القياسي قائمًا حتى الآن في تحدي الطاقة الشمسية العالمي .

نونا 4 (2007)

تتمثل التغييرات الرئيسية التي طرأت على سيارة نونا 4 مقارنةً بسابقتها نونا 3 في استبدال المقابض بعجلة قيادة، واستبدال وضعية الاستلقاء بمقعد مستقيم، واستبدال لوحة الطاقة الشمسية بلوحة أصغر مساحتها 6  أمتار مربعة مقارنةً بلوحة 9  أمتار مربعة السابقة . وقد استدعت هذه التغييرات تعديلات في القوانين نتيجةً لمخاوف تتعلق بالسلامة ومحاولات لجعل السيارة أقرب إلى السيارات الحقيقية، بالإضافة إلى تخفيضات في حدود السرعة على الطرق الأسترالية. فازت نونا 4 في عام 2007. [ 1 ]

نونا 5 (2009)

نونا 5

تمثلت التغييرات الرئيسية التي طرأت على سيارة نونا 5 مقارنةً بسابقتها نونا 4 في انخفاض وزن البطارية من 30  كيلوغرامًا في عام 2007 إلى 25  كيلوغرامًا. وشملت التغييرات الأخرى منع السيارات من استخدام الإطارات الملساء (الإطارات ذات النقوش أو الأخاديد) المستخدمة سابقًا، واستبدالها بإطارات ذات نقوش أو أخاديد. كما أُلزم السائق بالجلوس بوضعية أكثر استقامة بزاوية لا تتجاوز 27 درجة. [ 2 ] وقد حلت السيارة في المركز الثاني.

نونا 6 (2011)

نونا 6

تتمثل التغييرات الرئيسية التي طرأت على سيارة نونا 6 مقارنةً بسابقتها نونا 5 في استبدال الخلايا الشمسية بخلايا السيليكون أحادية البلورة ، وتقليل كتلة البطارية - وكلاهما يتوافق مع القواعد الجديدة. كما تم تخفيض وزن السيارة ومقاومة الهواء.

نونا 7 (2013)

نونا 7، الفائزة بتحدي بريدجستون العالمي للطاقة الشمسية لعام 2013

يتمثل التغيير الرئيسي في سيارة نونا 7 عن سابقاتها في أنها مزودة بأربع عجلات بدلاً من ثلاث، وفقًا للوائح الجديدة لتحدي بريدجستون العالمي للسيارات الشمسية. كما أن السيارة غير متناظرة، حيث تقع مقصورة القيادة على الجانب الأيمن. أما وزن البطاريات والسيارة فلم يتغير تقريبًا مقارنةً بسابقتها، نونا 6. وقد فازت نونا 7 بتحدي بريدجستون العالمي للسيارات الشمسية عام 2013.

نونا 8 (2015)

نونا 8 إس، معدلة لتحدي ساسول للطاقة الشمسية

في فئة التحدي، احتفظ فريق جامعة دلفت للتكنولوجيا باللقب بسيارة نونا 8 وبمتوسط ​​سرعة 91.75 كم/ساعة (57.01 ميل/ساعة)، متقدمًا بفارق ضئيل على نظرائهم الهولنديين، جامعة توينتي، الذين تصدروا معظم السباق، لكنهم أنهوا السباق بفارق 8 دقائق فقط في المركز الثاني. [ 3 ] فازت نسخة معدلة من السيارة، نونا 8 إس، بتحدي ساسول للطاقة الشمسية لعام 2016 في جنوب إفريقيا.

نونا 9 (2017)

في فئة التحدي، احتفظ فريق دلفت بلقبه مجدداً بسيارة نونا 9 وبمتوسط ​​سرعة بلغ 81.2 كم/ساعة (50.5 ميل/ساعة)، متقدماً بفارق ضئيل على فريق جامعة ميشيغان للسيارات الشمسية . [ 4 ] وفازت نسخة معدلة من السيارة، نونا 9 إس، بتحدي ساسول للطاقة الشمسية لعام 2018 في جنوب إفريقيا.

نونا إكس (2019)

كان فريق نونا إكس (10) متصدرًا في اليوم الأخير من السباق بمتوسط ​​سرعة 85.22 كم/ساعة (52.95 ميل/ساعة)، لكن سباقه انتهى فجأة بسبب حريق اندلع في السيارة. احترقت السيارة بالكامل في غضون دقائق، مما حال دون فوز الفريق باللقب العالمي الثامن. كانت هذه المرة الأولى منذ بدء مشاركة الفريق في تحدي الطاقة الشمسية العالمي التي يفشل فيها في الصعود إلى منصة التتويج. في المقابل، سجلت نسخة معدلة من السيارة، نونا فينيكس، رقمًا قياسيًا عالميًا لأطول مسافة مقطوعة باستخدام الطاقة الشمسية فقط: 924 كم، وذلك بعد إلغاء سباقهم بسبب جائحة كوفيد-19.

نونا 11 (2021)

واجهت سيارة نونا 11 مشاكل مشابهة لتلك التي واجهتها نونا فينيكس. في بداية مرحلة تصميمها، بدا أن نسخة 2021 من تحدي السيارات الشمسية العالمي ستُقام، ولكن قبل بضعة أشهر من انطلاق الحدث، تم إلغاؤه بسبب جائحة كوفيد-19. ونتيجة لذلك، شارك الفريق في تحدي السيارات الشمسية المغربي، حيث حقق المركز الثالث. وفازت نسخة معدلة من السيارة، نونا 11 إس، بتحدي ساسول للسيارات الشمسية لعام 2022 في جنوب إفريقيا.

انظر أيضاً

مراجع

  1. جامعة دلفت للتكنولوجيا، الملف رقم 4 مؤرشف في 2007-11-05 في آلة Wayback Machine ، تم استرجاعه في 25 أكتوبر 2007.
  2. اللوائح الفنية WSC 2009
  3. "فريق نيون الهولندي يحتفل بفوزه في سباق التحدي الشمسي العالمي من داروين إلى أديلايد" . أخبار ABC . 22 أكتوبر 2015. تم الاطلاع عليه بتاريخ 19 يونيو 2017 .
  4. "نتائج اليوم السابع (مؤرشفة)" . WSC . 5 نوفمبر 2017. مؤرشفة من الأصل في 13 نوفمبر 2017. تم الاطلاع عليها في 13 نوفمبر 2017 .