Nuna11 van TU Delft: op sommige vlakken minder efficiënt, wel veel duurzamer

Een zwaardere accu, minder efficiënte zonnepanelen, een grotere cabine. Op het eerste gezicht lijkt de Nuna11 wellicht een stap terug van de NunaX. Toch is deze zonneauto aerodynamischer en worden er minder controversiële materialen gebruikt, zegt de chief engineer tegen Tweakers.

De meest opvallende wijziging van de Nuna11 draait om het aantal wielen. In feite gaat het Vattenfall Solar Team met de Nuna11 terug naar zijn roots. Net als de eerste zes Nuna's heeft ook nummer elf drie wielen in plaats van vier. Dat komt door de reglementen. De afgelopen jaren waren vierwielers verplicht, maar de organisatie van de World Solar Challenge besloot dat dit jaar ook driewielers mogelijk zijn.

"Op basis van die nieuwe reglementen zijn we met z'n zeventienen gaan brainstormen over wat nou de beste opstelling zou zijn", zegt chief engineer Tibbe Lukkassen tegen Tweakers. "Daar kwam dit ontwerp uit met drie wielen."

Vooral minder luchtweerstand

Een wiel minder betekent natuurlijk minder rolweerstand, al is dat volgens Lukkassen niet de grootste winst bij het driewielig ontwerp. "Luchtweerstand is namelijk goed voor zo'n zeventig tot tachtig procent van de totale rol- en luchtweerstand. Juist op het gebied van luchtweerstand halen we met een wiel minder winst in deze opstelling. Een extra wiel zorgt bijvoorbeeld voor veel lucht die de auto in wordt gecirculeerd, daarom hebben we ervoor gekozen om een wiel weg te halen."

In het verleden zijn er vaker productieauto's met maar drie wielen verschenen, waarbij er twee wielen vooraan zitten en eentje achteraan, of andersom. De studenten hebben er echter voor gekozen om twee wielen aan de rechterzijde te plaatsen, voor en achter de coureur, en een derde wiel aan de linkerzijde in het midden van de zonneauto. Op deze manier zitten de twee rechterwielen in een lijn, wat weer voordelen op het gebied van aerodynamica zou opleveren.

Dit betekende wel dat het team een eigen mechanisch stuursysteem moest ontwikkelen, zegt Lukkassen. Reguliere stuursystemen gaan immers uit van twee sturende wielen die op dezelfde hoogte liggen. Omdat de sturende wielen van de Nuna11 echter niet in dezelfde lijn staan, moeten ze ook niet in dezelfde hoek draaien bij het maken van een bocht. Anders zou een van de wielen in een bocht kunnen slippen, wat weer nadelig zou zijn voor de efficiëntie van Nuna11.

De Nuna11. Foto: Jorrit Lousberg

Kenteken en een grotere cabine

Ondanks het opvallende driewielerontwerp staat de Nuna11 wel dichter bij een 'gewone' auto dan voorgaande modellen, zegt Lukkassen. "Dat wil de organisatie van de World Solar Challenge ook bereiken met de nieuwe reglementen. Daarom hebben we de cabine bijvoorbeeld groter moeten maken, zodat deze comfortabeler is. Ook hebben we een kenteken achter op de auto geplaatst. Aerodynamisch gezien is dat kenteken een nachtmerrie, maar daardoor lijkt de zonneauto wel iets meer op wat je verder op de openbare weg ziet."

Een ander onderdeel dat wegens de reglementen is aangepast, is het zonnepaneel. De zonnepanelen van het vorige model hadden een totale oppervlakte van 2,64m² en dit betrof galliumarsenidezonnepanelen. Met de nieuwe reglementen mogen deze niet meer worden ingezet. De GaAs-panelen zijn efficiënter, maar ook minder milieuvriendelijk en duurder. De verminderde efficiëntie van de siliciumpanelen is ook de reden dat het nieuwe zonnepaneel met 4m² een stuk groter is dan het NunaX-paneel, terwijl ze allebei ongeveer dezelfde hoeveelheid energie opleveren. Lukkassen wil nog geen informatie geven over de exacte samenstelling van dit siliciumpaneel, vanwege de concurrentie.

Het zonnepaneel ligt ook niet plat op Nuna11, maar in een hoek van drie graden. Dit was voornamelijk bedoeld voor de harde zijwinden van Australië, waarbij harde wind aan de linkerkant van de auto ervoor zou kunnen zorgen dat het linkerwiel niet stabiel zou zijn. Door het plaatsen van het paneel in de hoek van drie graden zou het team er volgens Lukkassen voor zorgen dat de auto ook bij harde zijwinden aan de linkerzijde stabiel blijft. Hoewel het gekantelde paneel speciaal voor Australië was ontwikkeld, zou het paneel ook handig zijn voor de race in Marokko, waar de auto in oktober mee gaat doen aan de Solar Challenge van dit jaar.

Iets groter dan NunaX

Door het grotere zonnepaneeloppervlak en de verplichte, grotere cabine, is de Nuna11 iets groter dan de NunaX. Nuna11 is ongeveer 3,5 meter lang en 2 meter breed, waar NunaX 3,3x1,5 meter was. De Nuna11 is met ongeveer een meter wel net zo hoog als NunaX. Het nieuwe model is wel weer een stuk zwaarder, met 150 tot 160kg. NunaX woog 135kg.

Dit extra gewicht heeft vooral te maken met de nieuwe lfp-accu. Dergelijke lithiumijzerfosfaat-accu's gebruiken bijvoorbeeld niet het metaal kobalt. "Het is al jaren iets waar je als team over nadenkt. Je maakt de balans op en kijkt of het extra gewicht van de lfp-accu opweegt tegen de milieuvoordelen. Vorige jaren waren die milieuvoordelen de trade-off niet waard, maar inmiddels zien we dat de ontwikkelingen vooruit zijn gegaan. Lfp-accu's zijn tegenwoordig lichter dan voorheen, daarom hebben wij ook de stap kunnen zetten om voor lfp-accu's te kiezen in plaats van conventionele Li-ionaccu's. Een 5kWh-lfp-accu blijft echter wel ongeveer twee keer zo zwaar als een conventionele 5kWh-Li-ionaccu."

Een ander, niet onbelangrijk voordeel van lfp-accu's, is dat deze stabieler zijn en minder brandgevoelig zijn. NunaX wist de vorige World Solar Challenge niet af te ronden, omdat het voertuig in brand vloog voor de finish. De oorzaak van deze brand is nooit achterhaald, al ontstond die brand wel in de accu. De extra stabiliteit speelde volgens Lukkassen wel mee, 'maar was geen doorslaggevende reden om voor lfp te gaan'.

Foto: Jorrit Lousberg

Krachtige én efficiëntere motorcontroller

De laatste verbetering is een zelfgemaakte motorcontroller. Bij voorgaande edities kocht het team deze controller in, maar omdat er zowel in Australië als in Zuid-Afrika met de auto zou worden gereden, bleek deze controller, die de motor van energie voorziet, niet geschikt te zijn. Deze zou namelijk niet krachtig genoeg zijn voor het Zuid-Afrikaanse terrein. Een motorcontroller die dat wél is, zou weer niet efficiënt genoeg zijn om te gebruiken op de Australische vlaktes bij kruissnelheid. Naast de inmiddels afgelaste World Solar Challenge, had de zonneauto namelijk ook gebruikt moeten worden voor de inmiddels eveneens afgelaste Sasol Solar Challenge in Zuid-Afrika.

Het team heeft daarom zelf een motorcontroller samengesteld waarbij de onderdelen op de pcb op elkaar zijn afgestemd. Ook is de software aangepast voor de nieuwe controller. Deze nieuwe controller moet zowel efficiënter als krachtiger zijn dan andere motorcontrollers die te koop zijn. Deze nieuwe motorcontroller blijkt vooral van pas te komen voor de Marokkaanse wegen waarop de Nuna11 later dit jaar ingezet gaat worden. Dit parcours kent namelijk zowel heuvelachtig terrein als vlakke wegen, waar een krachtige en efficiënte motor van pas komt, stelt Lukkassen.

Nuna11 wordt gebruikt in Marokko, omdat de World Solar Challenge van 2021 door de Australische organisatie is afgelast wegens de coronapandemie. Deze wedstrijd start op 25 oktober en duurt vijf dagen. De teams leggen dan een totale afstand van 2500 kilometer af. Aan de Challenge-klasse doen nu zeven teams mee, inclusief Vattenfall Solar Team. Ook Solar Team Twente, Agoria Solar Team en Top Dutch Solar Racing doen mee aan de race.

Reacties (14)

[bbob]

Ondanks het opvallende driewielerontwerp is de Nuna11 wel dichterbij een 'gewone' auto dan voorgaande modellen,

Klinkt leuk maar bij een gewone auto denk ik toch aan een 2 of 4 zitter waar je gewoon kan instappen, nog wat opslag hebt voor tas of andere zaken. Die een kreukelzone heeft bij ongeluk, airco.
Dat dichtbij zie ik toch nog steeds als heel veraf.

Voor de rest leuke ontwikkeling en oplossing bedacht voor 3 wielen en stuurinrichting.

[Gotiniens]

De klasse waar deze auto aan mee doet is de "challenger" klasse, beetje te vergelijken met F1. Die auto's die daar rond rijden doen ook niet aan gewone auto's denken.

De world solar challenge heeft ook een "cruiser" klasse, deze auto's doen al een stuk meer aan gewone auto's denken. Zo rijd er bijvoorbeeld altijd een passagier mee.

[bilgy_no1]

De klasse waar deze auto aan mee doet is de "challenger" klasse, beetje te vergelijken met F1. Die auto's die daar rond rijden doen ook niet aan gewone auto's denken.

De world solar challenge heeft ook een "cruiser" klasse, deze auto's doen al een stuk meer aan gewone auto's denken. Zo rijd er bijvoorbeeld altijd een passagier mee.

En aanvullend voor @bbob : een van die deelnemers in die Cruiser klasse was de Eindhovense Stella One en uit dat team is Lightyear One ontstaan dat eind dit jaar de eerste auto's wil uitleveren (zou kunnen dat het iets vertraagd is agv Covid, maar ook 2022 is best dichtbij).

[itcouldbeanyone]

Grappig dat over die motor controller,
Maar dat is niet hoe de vork in de steel zit.
Ze hebben onderandere ons gevraagd om te leveren, en daarmee support op de controllers te geven, maar wij hebben dat niet gedaan, de markt is overspannen en hebben het erg druk, net als onze concurentie.

Daarnaast is het zo dat of je nou controller A of B pakt het kwa efficiëntie niets uit maakt, dus hun controller is ook niet efficiënter eerder minder.
Waarom? Heeft meer met de afstelling te maken van de controllers.
En dat is bij A anders dan bij B, dan zou het gunstig zijn om daar zelf iets in te kunnen ontwikkelen waar intern meer kaas van gegeten wordt.

[Reactie gewijzigd door itcouldbeanyone op 22 juli 2024 21:30]

[jimshatt]

Daarnaast is het zo dat of je nou controller A of B pakt het kwa efficiëntie niets uit maakt, dus hun controller is ook niet efficiënter eerder minder.

Maakt het nou wel of niet uit?

[itcouldbeanyone]

Aftermarket maakt het niets uit.
Zodra je zelf wat van nul gaat opbouwen dan zou je de efficiëntie moeten inleveren.
Er zijn controllers welke mits goed afgesteld boven de 99% zitten, daar zit jaren aan ontwikkeling in, dat evenaar je niet zomaar.

[looptwellos]

Zit inderdaad nogal wat ontwikkeling achter inkoop maar tegelijkertijd kleven er wel voordelen aan zelf ontwikkelen; mindere eisen en vooral ontworpen met de toepassing in het achterhoofd. Qua inkoop keuze is het vaak niet ideaal qua o.a. vermogen, vooral voor zo'n zonneauto die niet een 'typische' automotive aandrijflijn inkoopt maar nogal in een aparte klasse zitten en daardoor al een boel opties kan afstrepen.

[Nimja]

Geweldig, ik hoop dat jullie weer winnen! De ontwikkeling van jaar op jaar is zo mooi om te zien.

[Mathijs]

Ik denk niet dat ze op deze manier kans hebben om te winnen. Wanneer een andere partij wel voor de lichtste accu gaat, kunnen ze het vergeten.

[Mopperman]

Maar als de motor/controller/aerodynamics niet helemaal lekker op elkaar zijn afgestemd hebben ze weer een nadeel. De keuze voor gewicht is niet de enige die speelt in deze klasse.

[Mathijs]

Het gaat erom dat alles zo optimaal mogelijk is wanneer je wilt winnen.
Wanneer je kiest voor een accu die 2 keer zo zwaar is als de beste keuze wanneer het op energiedichtheid aankomt, saboteer je jezelf zo erg dat je niet meer aan winnen hoeft te denken verder.
Maar goed, dan kunnen ze zich nu gaan baden in zelfgenoegzaamheid, dat is voor sommigen veel lekkerder dan winnen.

[Mopperman]

Ik geloof dat in deze wedstrijden ook bepaalde componenten niet zijn toegestaan, dan wel een vorm van strafpunten hebben, puur in het belang van klimaat en duurzaamheid.

[Mindfucker]

Het team heeft daarom zelf een motorcontroller samengesteld waarbij de onderdelen op de pcb op elkaar zijn afgestemd. Ook is de software aangepast voor de nieuwe controller. Deze nieuwe controller moet zowel efficiënter als krachtiger zijn dan andere microcontrollers die te koop zijn

Ik denk dat de schrijver hier ook motorcontroller bedoelde? De microcontroller is niet krachtiger want die hebben ze niet zelf gemaakt, die is ingekocht. Het PCB-design en de componentkeuze voor de motorcontroller hebben die efficiëntie vergroot.

Lfp-accu's zijn tegenwoordig lichter dan voorheen, daarom hebben wij ook de stap kunnen zetten om voor lfp-accu's te kiezen in plaats van li-ionaccu's.

Lithium-IJzerfosfaat(lfp of LiFePO4) is net als Lithium Nickel-Mangaan-Cobalt(NMC) een subset van Lithium-ion. Lithium-ion is de familienaam van verschillende soorten batterijen die gebruik maken van Lithium ionen als ladingsdragers.

Ik zou ervan maken: in plaats van conventionele li-ionaccu's.

[Asimo]

Ik zie dat een vrij groot gedeelte van de auto niet bezet is met zonnecellen. Kan dat niet efficienter worden ingericht?