Solar Car macht Rennen im Outback
Studenten der der FH Bochum haben ein Solar Car entwickelt, dass das weltgrößte Solarrennen in Australien absolviert
Dass in der Elektrotechnik Kreativität und Know-how gefragt sind, um neue spannende Produktentwicklungen auf den Markt zu bringen - das wissen alle, die den Kopf tiefer in Konstruktionsabteilungen gesteckt haben. Dass diese Faktoren aber auch im E-Technik-Studium zu wahren Höchstleistungen führen beweist das Beispiel der FH Bochum. Diese hat ein Solar Car entwickelt, dass im Oktober das weltgrößte Solarrennen in Australien absolviert. Die komplexe Elektrotechnik und Elektronik des avantgardistischen Sonnenflitzers wurde mit EPLAN Electric P8 dokumentiert. Beides, Auto wie Software, waren zum Start des Projekts brandneu und hatten demnach Forschungscharakter. Er ist jung, er ist motiviert und seine Augen leuchten, wenn er vom Projekt „Solar World No. 1“ erzählt. Roland Libor, Student der Elektrotechnik/Automation im 6. Semester an der FH Bochum, kann über einen Mangel an Arbeit nicht klagen. Langweilig ist es dem 25-jährigen in seinem Studium bisher nicht geworden - ganz im Gegenteil. Seit 2005 ist er eines der 45 festen Mitglieder des Solar Car-Teams, die den gelben Boliden „Solar World No.1“ von Grund auf entwickelt haben.
Erfolgreiche Strecke absolviert
Die FH Bochum hat bereits eine lange Geschichte im Bau von Solar-Mobilen. Seit 2001 ist das Team nicht wegzudenken aus den großen, weltweit stattfindenden Wettbewerben um die Energie der Zukunft. „HansGo“ hieß das erste, komplett an der FH Bochum gebaute Fahrzeug, das 2003 bei der Weltmeisterschaft der Solar Cars in Australien Platz 5 belegte. Der etablierte World Solar Challenge findet alle zwei Jahre statt und die Bochumer haben sich für 2007 einen Platz unter den ersten fünf vorgenommen. Dabei ist der Weg holprig: Die Strecke führt vom Norden Australiens - startend in Darwin - quer durch das Outback bis in den Süden. 3.000 lange Kilometer haben die Bochumer zu bewältigen, bevor das Gefährt in Adelaide durch die Zielmarke rollen wird.
Software der Geburtsstunde
Die komplexe Elektronik im Auto musste genauestens dokumentiert werden. Solargeneratoren, Tracker (DC DC Wandler) zur Bündelung der Energie nebst passendem Tracker-Modul, Motor und Motorcontrollermodul, Niederspannungsbox und Bordelektronik - alle High-Tech-Komponenten wurden in EPLAN Electric P8 konstruiert, gezeichnet und elektrotechnisch dokumentiert. Gerade war EPLAN Electric P8 auf den Markt gekommen, und da die Bochumer technologisch die Nase vorn haben, war für Roland Libor klar: „Hier kann nur die neueste Technologie gut genug sein“. Der Student hatte vorher EPLAN 21 eingesetzt und nach der ersten, vom Hersteller gesponserten 5-Tages-Schulung stand für ihn fest: „EPLAN Electric P8 ist viel bequemer als der Vorgänger - die Windows-basierte Oberfläche ist absolut selbsterklärend und das System macht einfach Spaß.“ Schnell fand er sich in der Software zurecht - erstellte Makros und Bauteile, hinterlegte elektrotechnische Wirkungsgrade sowie die kompletten Bestelldaten von allen elektronischen Komponenten, bezeichnete die Kabel und deren Länge sowie Gewicht, erstellte Verbindungs- und Artikelstücklisten wie die entsprechenden Klemmenpläne. Der fertige Schaltplan im A0-Format ist mächtig eindrucksvoll - findet sich doch hier die hochkomplexe detaillierte Darstellung sämtlicher im Auto eingesetzten Bauteile.
Maximale Energie gewandelt
Die australische Sonne ist ein guter Garant, um möglichst viel Energie zu erzeugen - dennoch hat das futuristische Design des Solar World No.1 auch ein paar Schatten. Und zwar im wahrsten Sinne des Wortes, denn kommt die Sonne von hinten, so entsteht durch die Wölbung des Autos vorne eine Schattenbildung. Die Spannung wird geringer und damit sinkt die elektrische Leistung. Doch auch hier haben die pfiffigen Bochumer eine intelligente Lösung: So genannte Tracker, 11 an der Zahl, regeln jeweils den maximalen Power Point (Leistungspunkt). So wird ständig die größte Spannung mit dem Maximum an Strom multipliziert, um die höchstmögliche Leistung aus dem Solargenerator heraus zu kitzeln. Optimalerweise liegt diese bei 1,7 KW. Wer jetzt glaubt, die Aufteilung der Solargeneratorfelder durch die Tracker sei rein zufällig gewählt, der wird eines Besseren belehrt. Speziell dem Sonnenverlauf Australiens angepasst wurde die Position der Solarfelder - so ist eine Spitzengeschwindigkeit von rund 120 km/h durchaus real. Der gelbe Flitzer nimmt das Rennen demnach auch mit den Roadtrains auf, rund 50 m langen LKW´s, die sich ohne Rücksicht auf Verluste gleichzeitig ihren Weg durch das Outback bahnen. Ein extra integriertes Batterie-Management-System überwacht während der Fahrt die Temperatur und Spannung und gibt das Signal zum einzelnen Abschalten an das Tracker-Modul, um die Maximal-Spannung der Batterien von 117 Volt nicht zu überschreiten. So ist sichergestellt, dass vor lauter Power nichts explodiert.
Leichter, schneller, weiter
Drei Faktoren sind entscheidend, will man mit einem Solar Auto punkten: Gewicht, Schnelligkeit und Aerodynamik. Nur wenn alle Faktoren optimal zusammen spielen, hat man eine Chance auf den Sieg. Somit wurden von Anfang an bei der Konstruktion des Autos nur besondere High-Tech-Werkstoffe und Bauteile eingesetzt. Die Kohlefaserkarosserie des Autos beispielsweise steht für extreme Leichtigkeit - per Hand wurden sämtliche Teile der Außenhaut laminiert und gefertigt. Stück für Stück wurden rund 2000 Sonnenkollektoren aufgeklebt - eine echte Fleißarbeit. Da auch hier nur High-Tech Generatoren eingesetzt werden konnten, liegt deren geschätzter Wert bei rund 350.000 Euro, die vom Hauptsponsor Solar World gesponsert wurden. „Teamwork ist hier absolut gefordert - sonst läuft hier gar nichts“ so Roland Libor, der auch ganz praktisch mit Hand angelegt hat an die Fertigung des Autos. Der eingesetzte NGM Synchronmotor kommt extra aus den USA - ein entsprechender Motorcontroller regelt die max. 6,5 KW Leistung, die aber nicht ausgenutzt werden. „Wir entwickeln immer weiter, und da uns der Wirkungsgrad des Motors noch nicht hundertprozentig gefällt, tüfteln wir gerade an einem neuen Motor.“ Ob das allerdings bis zum Start des Rennens im Oktober klappt, steht nach Aussagen von Hr. Libor noch in den Sternen.
Elektronik in the box
Die Akkus, aufgeladen durch den Solargenerator, liefern 120 Volt an die Niederspannungsbox. Der integrierte DC DC-Wandler wandelt die Energie in die benötigten Spannungsniveaus 24 Volt sowie in 8 Volt, die für die Beleuchtung sowie die Module wie z.B. das Trackermodul benötigt werden. Denn auch Halogenscheinwerfer, Blinker und Bremslicht des Solar World No.1 werden regenerativ versorgt - nur Solarenergie kommt im gesamten Fahrzeug zum Einsatz. Die Kabel, die sorgfältig sortiert durchs Fahrzeug führen, münden u.a. in der Bordelektronik, die sich in einem Display am Lenkrad befindet. Der Fahrer hat demnach die wichtigsten Messkriterien neben der Geschwindigkeit im Blick. Das Display gibt Auskunft über die Reserven in der Batterie, den Stromverbrauch und sogar eine Reifenüberwachung für den nächsten nötigen Reifenwechsel ist mit integriert. Geplant ist zudem der Einbau eines Tempomats, den Roland Libor für extrem wichtig hält: „Keiner kann das Gaspedal so exakt halten, dass keine Energie verloren geht. Jedes Zucken mit dem Fuß kostet uns wertvolle Energie - und damit womöglich den Sieg.“ Und um einen der begehrten Plätze auf dem Siegertreppchen zu erlangen, ist absolut entscheidend, eine konstante Durchschnittsgeschwindigkeit während der rund 4 ½ Tage Renndauer zu halten. Nach dem australischen Motto „Take it nice and slow“ sind die Bochumer mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von rund 85 km/h zwar alles andere als langsam, aber sie treten auch nicht permanent das Gaspedal durch. Die richtige Strategie ist entscheidend für den Erfolg - in Sachen EPLAN scheint sie schon mal aufgegangen...
