ソーラーカー

ソーラーカー(Solar Car)とは、太陽電池を用いた発電による電気エネルギーで走行する電気自動車(EV)の一種です。光エネルギーを太陽電池により電気エネルギーに変えて、それで電気モーターを回すことにより走行する自動車です。 太陽の光という自然エネルギーを使って走行するため、二酸化炭素(CO2)などの温室効果ガスをはじめとして排気ガスを排出しないものの、日照や温度などに大きな影響を受けるため、そうした影響を抑えるための蓄電池が必要となります。
狭義には、こうした太陽電池による発電のみで走行する自動車がソーラーカーとされる。ただし、現実問題として、車体に搭載できる太陽電池に物理的な制限があり、その制限の下で発電される電気の量は2000W(2kW程度)であることから、より変換効率の高い太陽電池の開発やバッテリー(蓄電池)の運用なども同時に行う必要があります。

時間帯、季節、天候、地域等によって変化する太陽の光エネルギーに対処して、安定的な経済性と両立させつつ確保する必要があるなど課題はありますが、地球温暖化をはじめとする環境問題を背景に、究極のクリーン自動車として期待が高まっています。
日本では電気の約6割を石油や石炭、天然ガスなどを燃やして作っているので、それらの発電所からは排出ガスが出ることになります。これに対してソーラーカーは発電のときも排気ガスが出ないです。
現在、安くて性能の良い太陽電池をつくる研究などが行われています。
この日本でも「ワールド・ソーラーカー・ラリー・イン・アキタWorld Solarcar Rallye in Akita」などソーラーカーレースが開催されており、公道を走ることができる実用型ソーラーカーも登場しています。
しかし、真の実用化のためには、走行性能や経済性などの面で改善の余地が多く、今後のさらなる技術開発が待たれる段階です。
基本は電気自動車とほぼ同じで、車体にソーラーパネルがついているため車体に載っているパネルで発電した電力をバッテリーに充電しながらモーターに電力を供給し、モーターを回転させて走行します。

快晴の時・・・
天気が良く発電量の多い時は、ソーラーパネルの発電分だけでも走行することができます。また、余った電力でバッテリーを充電しながらの走行もできます。
曇り、雨の時・・・
ソーラーパネルの発電量が少なく、走行するための電力をソーラーパネルだけだは補えないのでバッテリーからも供給して走行することができます。

ソーラーパネル
【ソーラーパネルの主な種類】

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アモルファスタイプ

シリコン単結晶タイプ

ガリウム-ヒ素タイプ

低コスト 低変換効率

高コスト 高変換効率
ソーラーカーレースにおける主流

超高コスト 超高変換効率
宇宙衛星用として開発
一部ソーラーカートップチームで導入

【ソーラーパネルの発電管理技術】


トラッカー

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ソーラーパネルから取り出せるエネルギーを最大化するためにマイコンで発電量を監視し、動作電圧/電流を自動制御します。

日照量や入射光の角度違いにより、
発電量に差が存在します。

バッテリー
【バッテリーの主な種類】


鉛タイプ
低コスト 低エネルギー密度
入門カテゴリーでは、これしか使用できません。
安全性の観点から、密閉タイプが使用されています

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リチウム-イオンタイプ
高コスト 高エネルギー密度
ソーラーカートップカテゴリーで導入
緻密な充放電管理が必要です。

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その他、ニッケル-水素タイプ、ニッケル-カドニウムタイプ等も使用可能であるが、ほとんど使用例なし

 

【電池種類による重量エネルギー密度の違い(参考値)】

バッテリー種類

重量エネルギー密度

リチウムイオン

130~200Wh/Kg

ニッケル水素

60~70Wh/Kg

ニッケルカドニウム

40~50Wh/Kg

35~40Wh/Kg

 

【ソーラーカー専用モーターの特性】


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幅広い電流範囲で高効率を維持

エネルギーマネジメント


限られたエネルギーをいかに効率よく使うかが非常に重要
パネル発電量;天気、走行時刻により変化
バッテリー;大電流を流すと、内部抵抗による損失大
モーター;負荷条件により、効率が変化
走行速度;速く走ると、空気抵抗や転がり抵抗が増加
レース全体(複数ヒートが主流)を考慮したぺース配分が必要
自分の車両の性能を事前に把握し、
状況に応じて、作戦を立てていく → データーロガーの活用

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【パネル発電量の把握】


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時刻によって、発電量が変化します。

バッテリー特性の把握
バッテリー残量と電圧の関係を把握しておくと、 レース中でもバッテリー残量が推測可能

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ペースによる消費エネルギーの変化の把握

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走らせ方による消費エネルギーのコントロール

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登坂に必要なエネルギーは、速度を変えても変化しない。平地では、速度を上げると、空気抵抗により、必要エネルギーが大きくなります。

車体・シャシー


車両の走行抵抗

転がり抵抗

タイヤ転がり性能、回転抵抗、アライメント

空気抵抗

前面投影面積、空気抵抗係数

加速抵抗

車重、コーナーリング速度、エネルギー回収

勾配抵抗

車重

タイヤ

ブリヂストン、ダンロップ、ミシュラン、IRCなどが専用タイヤを開発 サイズは14または16インチ 転がり抵抗、耐摩耗性、コーナーリング性能などのバランスが重要です。

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ソーラーカーを走らせてみた!

日陰日なた

ソーラーカーの場合は、日なたに置くと電気を発電して動き出すが、日蔭の場合は、電気を発電しないためソーラーカーが動きません。

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