Issuu on Google+

Πειραματικό Γυμνάσιο Ευαγγελικής Σχολής Σμύρνης

Μάθημα Τεχνολογίας Γραπτή Εργασία Τεχνολογίας Α΄ Γυμνασίου

Θέμα:

Δημήτρης Χαλκίδης Τμήμα Α3β Σχολικό έτος 2008-2009


Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

Πρόλογος Το θέμα της εργασίας αυτής είναι το ηλιακό αυτοκίνητο. Ηλιακό χαρακτηρίζεται ένα αυτοκίνητο (ή γενικότερα ένα όχημα) όταν δε χρησιμοποιεί άλλα καύσιμα αλλά αξιοποιεί την ηλιακή ενέργεια για να κινηθεί. Συγκεκριμένα με τη χρήση της φωτοβολταϊκής τεχνολογίας παράγεται ηλεκτρικό ρεύμα, που κινεί το όχημα. Η εργασία αφορά βέβαια το ηλιακό αυτοκίνητο αλλά εξετάζει γενικότερα τη φωτοβολταϊκή τεχνολογία, με την οποία μετατρέπεται το φως σε ηλεκτρικό ρευμα. Εκμεταλλεύονται δηλαδή την ηλιακή ενέργεια. Το ηλιακό αυτοκίνητο κατατάσσεται λοιπόν στην τεχνολογική ενότητα «Ενέργεια και Ισχύς». Διάλεξα το θέμα του ηλιακού αυτοκινήτου, και ευρύτερα τη φωτοβολταϊκή τεχνολογία, επειδή είναι ένα θέμα που μπορεί να προσφέρει και να συμβάλλει στη λύση των δύο μεγάλων περιβαλλοντικών προβλημάτων της εποχής μας: του φαινομένου του θερμοκηπίου και της κατασπατάλησης των φυσικών πόρων. Για αυτό το λόγο μέσα στην εργασία γίνεται και μια παρουσίαση κάποιων άλλων «οικολογικών» αυτοκινήτων. Η κατασκευή που συνοδεύει την γραπτή εργασία είναι ένα λειτουργικό παράδειγμα χρήσης των φωτοβολταϊκών κυψελών για μετακίνηση στην ξηρά, χωρίς να είναι μικρογραφία (μοντέλο) ενός υπαρκτού ηλιακού αυτοκινήτου.

1


Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

Α΄ΜΕΡΟΣ ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ ΦΩΤΟΒΟΛΤΑΪΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

2


Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

Ανάλυση της τεχνολογικής ενότητας «Ενέργεια και Ισχύς» Τα γενικά χαρακτηριστικά αυτής της ενότητας Ενέργεια είναι η ικανότητα παραγωγής έργου. Η ενέργεια δεν μπορεί να δημιουργηθεί από το μηδέν και δεν μπορεί να καταστραφεί, δεν χάνεται. Μπορεί να αλλάζει μόνο μορφή και τόπο, αλλά το σύνολο της ενέργειας στο Σύμπαν είναι, ήταν και θα παραμείνει σταθερό. Κάθε φορά που η ενέργεια μετατρέπεται από τη μια μορφή στην άλλη, ένα μέρος της χάνεται στο περιβάλλον με τη μορφή υποβαθμισμένης θερμικής ενέργειας. Διεθνής μονάδα μέτρησης ενέργειας είναι το Joule (J). Ισχύς είναι ο ρυθμός μεταβίβασης της ενέργειας. Η ισχύς υπολογίζεται με την παρακάτω σχέση: Ισχύς = ενέργεια που μεταφέρεται / χρονικό διάστημα Ο μαθηματικός τύπος είναι: P=W/t Η ισχύς μετριέται σε Watt (W). 1000mW=1W 1000W=1KW 1000KW=1MW 1000MW=1ΤW 1Watt=1Joule/1second Μια πρακτική μονάδα μέτρησης ενέργειας που συναντάμε συχνά είναι η KWh (κιλοβατώρα) που αντιστοιχεί σε ενέργεια που τροφοδοτεί κατανάλωση ισχύος 1KW για μια ώρα. 1000 KWh = 1 MWh 1000 KWh = 1 TWh

Μορφές ενέργειας Η ενέργεια εμφανίζεται με πολλές διαφορετικές μορφές. Η ενέργεια μπορεί να αποθηκεύεται.

ΧΗΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ: Ενέργεια που απελευθερώνεται κατά την καύση. Π.χ. Τα ξύλα που καίγονται απελευθερώνουν χημική ενέργεια. Αποθήκες χημικής ενέργειας είναι τα ξύλα, το πετρέλαιο, οι μπαταρίες κ.ά.

3


Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

ΗΛΕΚΤΡΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ: Ενέργεια που είναι η ροή ηλεκτρονίων. Π.χ. Το ηλεκτρικό ρεύμα στα καλώδια της ΔΕΗ. Αποθήκες ηλεκτρικής ενέργειας δεν μπορούν να υπάρξουν.

ΠΥΡΗΝΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ: Ενέργεια που απελευθερώνεται από την σχάση ή την σύντηξη των πυρήνων. Αποθήκες πυρηνικής ενέργειας είναι οι πυρήνες του ουρανίου, του πλουτωνίου, του ράδιου και των άλλων ραδιενεργών ατόμων.

ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ: Ενέργεια που έχουν τα αντικείμενα λόγω θέσης ή παραμόρφωσης Π.χ. Το διπλωμένο ελατήριο ή μια ρόδα στην κορυφή μιας κατηφόρας. Αποθήκες δυναμικής ενέργειας ΚΙΝΗΤΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ: Ενέργεια που απελευθερώνεται από ένα σώμα που κινείται. Π.χ. Ένα αυτοκίνητο που κινείται. Αποθήκες κινητικής ενέργειας δεν μπορούν να υπάρξουν. Η δυναμική και η κινητική ενέργεια αποτελούν τη μηχανική ενέργεια.

ΘΕΡΜΙΚΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ: Η θερμότητα Π.χ. Το καλοριφέρ παράγει θερμική ενέργεια.

ΦΩΤΕΙΝΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑ: Το φως Π.χ. Η λάμπα παράγει φωτεινή ενέργεια (φως).

Η ενέργεια μετατρέπεται από τη μια μορφή στην άλλη. Κάθε φορά που αλλάζει μορφή ένα μέρος της υποβαθμίζεται και χάνεται με τη μορφή θερμικής ενέργειας.

4


Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας Οι "αποθήκες" ενέργειας ονομάζονται "πηγές ενέργειας". Όσον αφορά όμως τα αποθέματα ενέργειας οι πηγές ενέργειας διακρίνονται σε «μη ανανεώσιμες πηγές ενέργειας» και «ανανεώσιμες πηγές ενέργειας». Ανανεώσιμες ονομάζονται οι πηγές ενέργειας που ανανεώνονται σε σχετικά μικρό χρονικό διάστημα. Αυτές μπορεί να παίρνουν ενέργεια από

τον ήλιο (ηλιακή ενέργεια)

τον άνεμο (αιολική ενέργεια)

τις υδατοπτώσεις (υδροηλεκτρική ενέργεια)

τη θερμότητα του εσωτερικού της γης (γεωθερμία)

τη βιομάζα

τα ρεύματα, τα ποτάμια, τις παλίρροιες, τα κύματα κ.τ.λ.

τη διάσπαση του νερού (κυψελίδες καυσίμου)

Ωστόσο οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας δεν είναι διαδεδομένες και συνήθως χρειάζονται ακριβές εγκαταστάσεις. Τέλος οι περισσότερες δεν παράγουν μεγάλες ποσότητες ενέργειας.

Ηλιακή ενέργεια

Υδροηλεκτρική ενέργεια

Αιολική ενέργεια

Γεωθερμία

Ενέργεια από τα θαλάσσια κύματα

5

Βιομάζα

Κυψελίδες καυσίμου


Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

Πλεονεκτήματα των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας ¾

Είναι πολύ φιλικές προς το περιβάλλον, έχοντας ουσιαστικά µηδενικά κατάλοιπα και απόβλητα.

¾

∆εν πρόκειται να εξαντληθούν ποτέ, σε αντίθεση µε τα ορυκτά καύσιµα.

¾

Μπορούν να βοηθήσουν την ενεργειακή αυτάρκεια µικρών και αναπτυσσόμενων χωρών, καθώς και να αποτελέσουν την εναλλακτική πρόταση σε σχέση µε την οικονοµία του πετρελαίου.

¾

Ο εξοπλισµός έχει µεγάλη διάρκεια ζωής.

Μειονεκτήματα των Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας ¾

Έχουν αρκετά µικρό συντελεστή απόδοσης. Γι΄αυτό το λόγο µέχρι τώρα χρησιµοποιούνται σαν συµπληρωµατικές πηγές.

¾

Για τον παραπάνω λόγο προς το παρόν δεν µπορούν να χρησιµοποιηθούν για την κάλυψη των αναγκών µεγάλων αστικών κέντρων.

¾

Η παροχή και απόδοση της αιολικής, υδροηλεκτρικής και ηλιακής ενέργειας εξαρτάται από την εποχή του έτους αλλά και από το γεωγραφικό πλάτος και το κλίµα της περιοχής στην οποία εγκαθίστανται.

Ειδικότερα για την αιολική και την υδροηλεκτρική ενέργεια:

¾

Για τις αιολικές µηχανές υπάρχει η άποψη ότι προκαλούν θόρυβο.

¾

Για τα υδροηλεκτρικά έργα λέγεται ότι προκαλούν έκλυση µεθανίου από την αποσύνθεση των φυτών που βρίσκονται κάτω απ' το νερό κι έτσι συντελούν στο φαινόµενο του θερµοκηπίου.

6


Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

Εξέλιξη των δημιουργημάτων της ενότητας “Ενέργεια και Ισχύς” στο χρόνο Η εξέλιξη της ανθρωπότητας είναι στενά συνδεδεμένη με τη χρήση ενέργειας. Αρχαίοι χρόνοι Πιθανότατα πριν από 500.000 χρόνια ο άνθρωπος έμαθε να χειρίζεται τη φωτιά. Το 5000 π.Χ. στον Νείλο χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά η αιολική ενέργεια για την κίνηση των ιστιοφόρων, ενώ το 4000 π.Χ. μικροί νερόμυλοι στην Ελλάδα χρησίμευαν για την άλεση δημητριακών αλλά και για παροχή πόσιμου νερού σε οικισμούς. Όσον αφορά τον άνθρακα, η χρήση του αναφέρεται ήδη από το 3000 π.Χ. στην Κίνα. Βεβαίως, σε όλη την αρχαϊκή περίοδο, την σημαντικότερη πηγή ενέργειας αποτελούσε η μυϊκή δύναμη ανθρώπων και ζώων. Μέχρι τον 17ο αιώνα Στα μέσα του 17ου αιώνα, ξεκίνησε εκτεταμένη εξόρυξη άνθρακα, ενώ το 1600 το εμπόριο άνθρακα με επίκεντρο την Αγγλία απέκτησε διεθνή διάσταση. Παρόλο που η εκτεταμένη χρήση άνθρακα στην Αγγλία πυροδότησε σημαντικά περιβαλλοντικά προβλήματα, η αναγκαιότητα χρήσης της ξυλείας για παραγωγή κωκ αλλά και για την κατασκευή πολεμικών πλοίων κατέστησε αδύνατη την αποσύνδεση της αγγλικής οικονομίας από τον άνθρακα. Η πρώτη ενεργειακή κρίση της παγκόσμιας ιστορίας ξεκίνησε το 1630 όταν το κωκ παραγόμενο από ξυλεία δεν επαρκούσε για να καλύψει τις ανάγκες των καταναλωτών. Κωκ με βάση τον άνθρακα δεν μπορούσε να χρησιμοποιηθεί στην χύτευση σιδήρου επειδή η περιεκτικότητά του σε θείο και υγρασία είναι πολύ υψηλή. Την περίοδο αυτή, τεράστιες δασικές εκτάσεις στην βόρεια Ευρώπη και ιδιαίτερα στην Αγγλία, μετατράπηκαν σε κωκ προκειμένου να καλύψουν τις ανάγκες σε ενέργεια. 18ος αιώνας - Η πρώτη ατμομηχανή Ο 18ος αιώνας σημαδεύτηκε από την επινόηση της ατμομηχανής από τον Thomas Newcomen, η οποία χρησιμοποιήθηκε για την άντληση νερού από τα υπόγεια ορυχεία εξόρυξης άνθρακα. Το 1765, ο James Watt βελτιώνει σημαντικά την ατμομηχανή, δίνοντας τη δυνατότητα χρήσης της όχι μόνον για άντληση νερού αλλά και για την κίνηση μηχανών. Το 1799 ο ιταλός εφευρέτης Alessandro Volta, ανακαλύπτει την μπαταρία, δίνοντας τη δυνατότητα παροχής ηλεκτρικής ενέργειας σε αδιάλειπτο χρόνο.

7


Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

19ος αιώνας - Η βιομηχανική επανάσταση Στις αρχές του 19ου αιώνα οι χρησιμοποιούμενες ατμομηχανές είχαν τη δυνατότητα να παρέχουν την ισχύ 200 περίπου ανδρών. Αρκούσε όμως να εξοπλίσει τις βιομηχανίες παραγωγής αγαθών και να οδηγήσει την οικονομία της ΒΔ Ευρώπης στη Βιομηχανική Επανάσταση. Για πρώτη φορά στην παγκόσμια ιστορία η ενέργεια μπορούσε να χρησιμοποιηθεί σε κάθε χώρο, κάθε ώρα και σε οποιαδήποτε ποσότητα. Παράλληλα, η χρήση της ατμομηχανής επεκτείνεται και στα μέσα μεταφοράς, το 1804 στο σιδηρόδρομο και το 1807 στη ναυτιλία. Στα τέλη του 19ου αιώνα η ισχύς της ατμομηχανής ξεπερνούσε την ισχύ 6000 ανδρών. Το 1850 κατασκευάζεται το πρώτο υδροηλεκτρικό φράγμα παραγωγής ενέργειας ιδιοκτησίας του Thomas Alva Edison, παρέχοντας ηλεκτρισμό στη Wall Street και τις εγκαταστάσεις της New York Times, ενώ το 1880 λειτουργεί η πρώτη μονάδα παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας με καύση άνθρακα. Η πρώτη εξόρυξη πετρελαίου λαμβάνει χώρα το 1859 στη Β.Αμερική αλλά εκείνη την εποχή η χρήση του ήτανε φοβερά περιορισμένη, μέχρι την ανακάλυψη της μηχανής καύσης. 20ος αιώνας - Η μηχανή εσωτερικής καύσης Η ανακάλυψη των κοιτασμάτων πετρελαίου οδήγησε τον τεχνικό κόσμο του 20ου αιώνα στην ανάγκη εφεύρεσης συστημάτων ικανών να αξιοποιήσουν το καινούργιο καύσιμο. Αρχικά ο Γάλλος μηχανικός Etienne Lenoir και στη συνέχεια ο Γερμανός Nikolaus Agust Otto κατασκευάζουν τις πρώτες μηχανές εσωτερικής καύσης. Το 1885 ο Γερμανός μηχανικός Benz προσαρμόζει τη μηχανή του Otto σε αμάξωμα, τοποθετεί τρεις τροχούς και δημιουργεί το πρώτο αυτοκινούμενο όχημα. Τον επόμενο χρόνο ο Γερμανός μηχανικός Daimler κατασκευάζει το πρώτο τετράτροχο αυτοκίνητο με μηχανή εσωτερικής καύσης. Το 1942 ο Ιταλός φυσικός Enrico Fermi σχεδιάζει και θέτει σε λειτουργία τον πρώτο πυρηνικό αντιδραστήρα στις Ηνωμένες Πολιτείες της Αμερικής, ενώ το 1954 το πρώτο πυρηνικό εργοστάσιο παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας τίθεται σε λειτουργία στην τέως ΕΣΣΔ. Ο 20ος αιώνας χαρακτηρίζεται από τρομακτική αύξηση της κατανάλωσης ενέργειας. Προβλήματα όπως η προστασία του περιβάλλοντος και η εξάντληση των ενεργειακών πόρων δεν απασχολούσαν κανέναν τους προηγούμενους αιώνες. Τα πάντα όμως θα άλλαζαν τον εικοστό αιώνα, όπου τις τελευταίες δεκαετίες του αυξήθηκε ο προβληματισμός για τα θέματα αυτά και ανάλογα αυξήθηκε και η ευαισθητοποίηση των πολιτών. Η ενέργεια σήμερα Με μια επιφανειακή ματιά, η προμήθεια ενέργειας δεν φαίνεται να συνιστά πρόβλημα, αλλά τα αποθέματα άνθρακα αρκούν να ικανοποιήσουν τις ανάγκες για τα επόμενα 200 χρόνια, το πετρέλαιο για τα επόμενα 80 χρόνια και το φυσικό αέριο για τα επόμενα 60 χρόνια. Όμως η συμβολή της καύσης των ορυκτών καυσίμων (λιθάνθρακες – πετρέλαιο – φυσικό αέριο) στην επιδείνωση του φαινομένου του θερμοκηπίου και της κλιματικής αλλαγής, είναι σημαντική. Έτσι, με διεθνείς διασκέψεις και συμφωνίες, έχουν ληφθεί δεσμεύσεις από τις περισσότερες χώρες για τη μείωση των εκπομπών CO2 ώστε να συμβάλουν στη μείωση του προβλήματος. Δυστυχώς οι ΗΠΑ (από τους μεγαλύτερους ρυπαντές σε εκπομπές CO2) και η Κίνα (η ταχύτερα αναπτυσσόμενη βιομηχανική χώρα) δεν έχουν δεχτεί να προβούν σε αντίστοιχες δεσμεύσεις.

8


Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

Περιγραφή του αντικειμένου μελέτης Ηλιακή ενέργεια Το ηλιακό αυτοκίνητο είναι ένα είδος οχήματος το οποίο έχει ως πηγή ενέργειας τον ήλιο. Η ηλιακή ενέργεια προέρχεται από τον ήλιο. Ο ήλιος παράγει τεράστια ποσά ενέργειας, τα οποία παράγονται από πυρηνικές αντιδράσεις στο εσωτερικό του. Σε ένα δευτερόλεπτο, ο ήλιος παράγει αρκετή ενέργεια για να καλύψει όλες τις ενεργειακές ανάγκες της Γης για 500.000 χρόνια. Βέβαια λόγω της απόστασης Γης – ήλιου (που είναι ίση με 216 φορές την ακτίνα του ήλιου) και του σχετικά μικρού μεγέθους της Γης μόνο ένα ελάχιστο ποσό από αυτή την ενέργεια (μόνο το μισό δισεκατομμυριοστό) προσπίπτει στην επιφάνεια της Γης με τη μορφή ακτινοβολίας. Εμείς την αντιλαμβανόμαστε σαν θερμότητα και φως. Παρόλα αυτά η ενέργεια αυτή (ηλιακή ενέργεια που προσπίπτει στην επιφάνεια της Γης για ένα δευτερόλεπτο) είναι ισοδύναμη με αυτή που θα κατανάλωναν 4.000.000.000.000 (4 τρισεκατομμύρια) λαμπτήρες των 100W. Η ηλιακή ενέργεια που προσπίπτει σε ένα τετραγωνικό μίλι για ένα χρόνο ισοδυναμεί με 4.000.000 βαρέλια πετρελαίου. (Η συνολική ηλιακή ενέργεια που προσπίπτει στην επιφάνεια της Γης για ένα χρόνο ισοδυναμεί με την ενέργεια που περικλείει ο τεράστιος αριθμός των 895 τρισεκατομμυρίων βαρελιών πετρελαίου).

Στις στεριές της Γης φτάνουν 190.000.000 TWh το χρόνο Από αυτές αξιοποιούνται οι 130.000 TWh το χρόνο, περίπου δηλαδή το ένα χιλιοστό

9


Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

Οι περισσότερες πηγές ενέργειας στη γη οφείλουν την ύπαρξή τους στον ήλιο, με εξαίρεση την πυρηνική ενέργεια, τη γεωθερμία και την ενέργεια από τις παλίρροιες. Για παράδειγμα τα ορυκτά καύσιμα προέρχονται από προϊστορική βλάστηση, η οποία υπήρχε χάρη στον ήλιο. Η αιολική ενέργεια, δηλαδή οι άνεμοι, οφείλεται στην μετατόπιση αέριων μαζών, λόγω διαφορετικής θερμοκρασίας, η οποία οφείλεται στην θερμότητα του ήλιου. Αυτά είναι μόνο μερικά παραδείγματα. Όλες αυτές οι πηγές ενέργειας ονομάζονται έμμεσες ηλιακές πηγές ενέργειας.

Αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας Η άμεση αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας γίνεται με τρεις τρόπους: • • •

Τα ενεργητικά ηλιακά συστήματα Τα παθητικά ηλιακά συστήματα Τα φωτοβολταϊκά συστήματα

Στα ενεργητικά ηλιακά συστήματα εκμεταλλευόμαστε τη θερμότητα του ήλιου. Τα ενεργητικά ηλιακά συστήματα αποτελούνται από ηλιακούς συλλέκτες. Συνήθως είναι οι ηλιακοί θερμοσίφωνες. Έχουν μαύρη επιφάνεια και από το εσωτερικό τους περνά ένας λεπτός σωλήνας με νερό, το οποίο θερμαίνεται από τη σκούρα επιφάνεια.

Σε ειδικά συστήματα, συνήθως εγκαταστάσεις μεγάλης κλίμακας, κατευθύνεται και συγκεντρώνεται η ηλιακή ενέργεια, με κάτοπτρα σε μικρή περιοχή ώστε να αναπτυχθούν πολύ υψηλές θερμοκρασίες. Οι υψηλές θερμοκρασίες ζεσταίνουν λάδι το οποίο βράζει νερό. Με τον ατμό παράγεται ηλεκτρικό ρεύμα.

Στα παθητικά ηλιακά συστήματα εκμεταλλευόμαστε και τη θερμότητα και το φως του ήλιου. Τα παθητικά ηλιακά συστήματα είναι συνήθως κτίρια χτισμένα με τέτοιο τρόπο ώστε το φως και η θερμότητα να διαχέονται σε όλο το χώρο. Επίσης έχουν σχεδιασμό ώστε να παραμένουν ζεστά τις νύχτες και το χειμώνα και δροσερά το καλοκαίρ ι.

10


Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

Τα φωτοβολταϊκά συστήματα μετατρέπουν το φως του ήλιου σε ηλεκτρικό ρεύμα. Η αρχή λειτουργίας τους στηρίζεται στην αξιοποίηση του φωτοηλεκτρικού φαινομένου.

Οι πιο συνήθεις χρήσεις των φωτοβολταϊκών κύτταρων είναι σε διαστημικά προγράμματα. Εκτός από τα διαστημικά προγράμματα, τα φωτοβολταϊκά κύτταρα έχουν χρησιμοποιηθεί σε πολλές άλλες περιπτώσεις. Αξιοσημείωτο είναι ότι το 1980 χρησιμοποιήθηκαν από το solar challenger ένα ειδικό αεροπλάνο 84kg και έκανε 45 πτήσεις, εκ των οποίων η μακρύτερη ήταν 60km. Μια από τις σπάνιες χρήσεις τους είναι για την τροφοδοσία των ηλιακών αυτοκινήτων, τα οποία βρίσκονται κυρίως σε πειραματικό στάδιο.

Ηλιακά αυτοκίνητα Τα ηλιακά αυτοκίνητα δε διαθέτουν μηχανή εσωτερικής καύσης και βασικά λειτουργούν με τον εξής τρόπο. Το φως του ήλιου φτάνει στις φωτοβολταϊκές κυψέλες, που το μετατρέπουν σε ηλεκτρικό ρεύμα, το οποίο αποθηκεύεται σε μπαταρίες. Από εκεί το ηλεκτρικό ρεύμα ενεργοποιεί έναν ηλεκτρικό κινητήρα, ο οποίος με ένα σύστημα μετάδοσης κινεί τις ρόδες.

11


Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

Εικόνες χρήσης φωτοβολταϊκών κυψελών εκτός από τα ηλιακά αυτοκίνητα

Από τις πιο συνηθισμένες χρήσεις των φωτοβολταϊκών είναι η κάλυψη των ενεργειακών αναγκών των δορυφόρων. Στη δεξιά εικόνα βλέπουμε το πειραματικό ιπτάμενο όχημα της NASA “Helios” σε μια πτήση του στη Χαβάη το 2001.

Κάποιες άλλες χρήσεις των φωτοβολταϊκών είναι η κάλυψη μέρους των ενεργειακών αναγκών κτιρίων και η τροφοδοσία με ηλεκτρικό ρεύμα απομονωμένων εγκαταστάσεων. Και στις δυο περιπτώσεις η ενέργεια αποθηκεύεται σε μπαταρίες για να αποδοθεί αργότερα για κατανάλωση.

Υπάρχουν και άλλες πιο καθημερινές χρήσεις των φωτοβολταϊκών όπως είναι η τροφοδοσία υπολογιστών τσέπης και φακών

12


Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

Εικόνες από ηλιακά οχήματα

Τα ηλιακά αυτοκίνητα αυτής της σελίδας αποτελούν κατασκευές πολυμελών ερευνητικών ομάδων σε Πανεπιστήμια ή αυτοκινητοβιομηχανιών, που προορίζονται για αγώνες ηλιακών αυτοκινήτων.

13


Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

Φωτοβολταϊκά σε διαστημικό όχημα εξερεύνησης στον Άρη (ψηφιακή μακέτα)

Φωτοβολταϊκά σε υβριδικά οχήματα που καλύπτουν μέρος των αναγκών τους από ηλιακή ενέργεια

Μικρά ηλιακά οχήματα με φωτοβολταϊκά στοιχεία κατασκευασμένα για ανάγκες επίδειξης (συνήθως παιχνίδια).

14


Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

Αξιοποίηση των φωτοβολταϊκών στοιχείων σε μικρά οχήματα

15


Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

Πλεονεκτήματα ηλιακών αυτοκινήτων

Μειονεκτήματα ηλιακών αυτοκινήτων 1. Κατά την κατασκευή των φωτοβολταϊκών στοιχείων μπορεί να χρησιμοποιηθούν τοξικές για το περιβάλλον ουσίες.

1. Δημιουργεί μηδενική ρύπανση 2. Η ηλιακή ενέργεια είναι ανεξάντλητη, θα υπάρχει για πάντα

2. Η κατασκευή των φωτοβολταϊκών παράγονται τοξικά απόβλητα που απαιτούν ειδική επεξεργασία

3. Η ηλιακή ενέργεια μας προσφέρεται απλόχερα και δωρεάν 4. Είναι ανεξάρτητο από την τροφοδοσία καυσίμων

3. Είναι ακριβά 4. Μικρή αποδοτικότητα

5. Αθόρυβη λειτουργία

5. Για μεγάλη αποδοτικότητα απαιτούνται μεγάλες εκτάσεις φωτοβολταϊκών κυψελών

6. Δυνατότητα επέκτασης 7. Μεγάλη διάρκεια ζωής 8. Ελάχιστες απαιτήσεις συντήρησης

6. Η αποδοτικότητα επηρεάζεται από την παρουσία νεφών ή ατμοσφαιρικής ρύπανσης και την εναλλαγή ημέρας-νύχτας 7. Δεν είναι ευρέως διαδεδομένα

16


Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

Αγώνες ηλιακών αυτοκινήτων Ο πρώτος αγώνας ηλιακών αυτοκινήτων έγινε το 1985. Τώρα γίνονται πολλοί αγώνες ηλιακών αυτοκινήτων. Ο πιο εντυπωσιακός αγώνας ηλιακών αυτοκινήτων είναι το World Solar Challenge, στον οποίο τα αυτοκίνητα διανύουν απόσταση 3.010 χλμ. διασχίζοντας την Αυστραλία από βορά προς νότο. Η μεγαλύτερη διεθνής αγωνιστική διαδρομή, το North American Solar Challenge, διανύει περίπου 4.023 χλμ προς την αντίθετη κατεύθυνση, από το νότο, το Ώστιν του Τέξας, προς το βορά και το Κάλγκαρυ της Αλμπέρτα. Το 2004 και στο περιθώριο των Ολυμπιακών Αγώνων, η Αθήνα φιλοξένησε τον αγώνα Φαέθων, στον οποίο συμμετείχαν 18 αυτοκίνητα από 10 διαφoρετικές χώρες, κάνοντας μια κυκλική διαδρομή από την Αθήνα στην Πάτρα, την Ολυμπία, την Ιτέα επιστρέφοντας στην Αθήνα. Το Πανεπιστήμιο της Πάτρας και το Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης συμμετείχαν στον αγώνα με ηλιακά αυτοκίνητα και ακόμη διατηρούν τις φοιτητικές τους ομάδες ανάπτυξης ηλιακών αυτοκινήτων. Οι ομάδες που συμμετείχαν στον αγώνα Φαέθων το 2004 είναι οι παρακάτω:

Futura II, Ιταλία Rives, Ιταλία Team Sunlake, Ιαπωνία Tamagawa University, Ιαπωνία Salesian Polytechnic, Ιαπωνία Team Tokai Falcon, Ιαπωνία Ashiya University Solar Car Team, Ιαπωνία Osaka Sangyo University Solar Car Team, Ιαπωνία University of Patras - Hermes, Ελλάδα Aristotle University of Thessaloniki, Helios 2004, Ελλάδα Principia University, ΗΠΑ Yale University, ΗΠΑ Aurora Vehicle Association, Αυστραλία Heliodet, Γερμανία FH Bochum / London SBU, Γερμανία / Ηνωμένο Βασίλειο Southern Taiwan University of Technology, Ταϊβάν Nuon Solar Team - Nuna II, Ολλανδία University of Sao Paolo, Βραζιλία

17


Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

Ιστορικό ανάπτυξης των ηλιακών κυψελών Αν και πρακτικά οι ηλιακές κυψέλες είναι διαθέσιμες μόνο από τα μέσα της δεκαετίας του '50, η επιστημονική έρευνα του φωτοβολταϊκού φαινομένου άρχισε το 1839, όταν ο Γάλλος επιστήμονας Henri Becquerel ανακάλυψε ότι θα μπορούσε να παραχθεί ηλεκτρικό ρεύμα εστιάζοντας μια πηγή φωτός επάνω σε ορισμένα χημικά διαλύματα. Το φαινόμενο παρατηρήθηκε για πρώτη φορά σε ένα στερεό υλικό (σε αυτήν την περίπτωση το μεταλλικό σελήνιο) το 1877. Το υλικό αυτό χρησιμοποιήθηκε για πολλά χρόνια στα φωτόμετρα, τα οποία όμως απαιτούσαν πολύ μικρά ποσά ισχύος. Προτού γίνει δυνατή η κατασκευή αποδοτικών ηλιακών κυψελών ήταν αναγκαία η βαθύτερη κατανόηση των επιστημονικών αρχών, η οποία οφείλεται στους Einstein (1905) και Schottky (1930). Το 1954, οι Chapin, Pearson και Fuller ανέπτυξαν μία ηλιακή κυψέλη πυριτίου που μετέτρεπε το 6% του προσπίπτοντος σε αυτήν ηλιακού φωτός σε ηλεκτρική ενέργεια, και αυτό το είδος κυψέλης χρησιμοποιήθηκε από το 1958 σε εξειδικευμένες εφαρμογές, όπως η κάλυψη των ενεργειακών αναγκών των διαστημικών δορυφόρων που βρίσκονται σε τροχιά. Σήμερα οι διαθέσιμες σήμερα ηλιακές κυψέλες πυριτίου στο εμπόριο μπορούν να μετατρέψουν σε ηλεκτρισμό το 18% περίπου του προσπίπτοντος σε αυτές ηλιακού φωτός, με κόστος κατά πολύ μικρότερο αυτού που είχαν πριν από τριάντα χρόνια. Τελευταία αναπτύχθηκε μια σειρά μεθόδων για την εφαρμοσμένη παραγωγή ηλιακών κυψελών πυριτίου (άμορφου, μονοκρυσταλλικού, πολυκρυσταλλικού), καθώς και κυψελών που κατασκευάζονται από άλλα υλικά με δυνατότητα εμπορικής εκμετάλλευσης, όπως είναι ο δισεληνιούχος ινδικός χαλκός (CulnSe2), το τελλουριούχο κάδμιο (CdTe), κλπ.

Σύντομη εξέλιξη αυτοκινήτου Τα πρώτα αυτοκίνητα ήταν ατμοκίνητα, δύσχρηστα και αργά. Αργότερα το αυτοκίνητο με μηχανή εσωτερικής καύσης και με καύσιμο τη βενζίνη, εφευρέθηκε στη Γερμανία το 1885 από τον Καρλ Μπεντς (Karl Benz). Ο Μπεντς κατέθεσε τα σχέδια αυτού του αυτοκινήτου στο Μάνχαϊμ (Mannheim) της Γερμανίας για την απόκτηση διπλώματος ευρεσιτεχνίας, το οποίο και έλαβε στις 29 Ιανουαρίου 1886. Παρότι στον Μπεντς αποδόθηκε η εφεύρεση του αυτοκινήτου αρκετοί άλλοι Γερμανοί, Γάλλοι και άλλων εθνικοτήτων μηχανικοί προσπαθούσαν να κατασκευάσουν παρόμοια οχήματα την ίδια εποχή. Το 1886 οι Γκότλιμπ Ντάιμλερ (Gottlieb Daimler) και Βίλχελμ Μάιμπαχ (Wilhelm Maybach) στην Στουτγάρδη κατέθεσαν αίτηση για δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για την μοτοσικλέτα, κατασκευασμένη και δοκιμασμένη το 1885. Το 1870, ο ΓερμανοΑυστριακός εφευρέτης Siegfried Marcus συναρμολόγησε ένα μηχανοκίνητο αμάξι. Το όχημα του Marcus έχει ήδη ξεπεράσει το μηχανικό κινητήρα σε μηχανική ενέργεια.

Σύντομο ιστορικό των ηλιακών αυτοκινήτων Η "ιστορία των ηλιακών αυτοκινήτων" είναι μια αρκετά πρόσφατη ιστορία. Το πρώτο στον κόσμο αυτοκίνητο που κινήθηκε με ηλιακή ενέργεια, σχεδιασμένο από τον William G. Cobb, επιδείχθηκε κατά τη General Motors στο Σικάγο στις 31 Αυγούστου 1955.

18


Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

Οι πρώτοι κατασκευαστές ήταν εργοστασιακές ομάδες και ερευνητικές ομάδες από Πανεπιστήμια. Οι Hans Tholstrup και Larry Perkins άρχισαν τους αγώνες για ηλιακά αυτοκίνητα με το ιστορικό «Solar Trek» από το Perth στο Sydney (Αυστραλία) το 1983. Με το ηλιακό τους όχημα διένυσαν 4052 km σε 20 μέρες, με μέση ταχύτητα 23 km/ώρα. Ο Hans Tholstrup καθιέρωσε αυτό τον αγώνα το 1987 όπου το όχημα Sunraycer της General Motors νίκησε με μια μέση ταχύτητα 67 km/ώρα. Σήμερα οι αγώνες αυτοί είναι διετείς και αποτελούν σημείο αναφοράς για την ανάπτυξη των ηλιακών αυτοκινήτων. Για παράδειγμα το όχημα που νίκησε το 2005 άγγιξε την ταχύτητα των 100 km/ώρα. Ακολούθησε ένας αγώνας σε βορειοαμερικανικό έδαφος και από τότε υπάρχουν διάφορες αντίστοιχες διοργανώσεις όπως το Suzuki Circuit (Ιαπωνία), World Solar Rally (Ταϊβάν), Phaethon (Ελλάδα 2004). Στην Ελβετία γίνεται προσπάθεια για ένα αξιόπιστο ηλιακό καθημερινό αυτοκίνητο. Τροφοδοτημένα από 6 m² ηλιακών κυψελών, το όχημα πηγαίνει 400 χλμ χωρίς επαναφόρτιση. Περιλαμβάνει ένα ρυμουλκό και η μέγιστη ταχύτητά του φτάνει περίπου τα 90 χλμ/ώρα.

19


Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

Αρχή λειτουργίας φωτοβολταϊκών κυψελών Για να γίνει αντιληπτή η λειτουργία μιας Φ/Β κυψέλης, πρέπει να κατανοηθεί η φύση τόσο του υλικού και του ηλιακού φωτός. Οι ηλιακές κυψέλες αποτελούνται από δύο τύπους υλικών, συνήθως πυρίτιο p-τύπου (positive +) και n-τύπου (negative -). Σε συγκεκριμένα μήκη κύματος το φως είναι σε θέση να ιονίσει τα άτομα στο πυρίτιο, και το εσωτερικό πεδίο που παράγεται από την επαφή p-n διαχωρίζει μερικά από τα θετικά φορτία ("οπές") από τα αρνητικά φορτία (ηλεκτρόνια) μέσα στη φωτοβολταϊκή συσκευή. Οι οπές παρασύρονται στο θετικό ή p-στρώμα και τα ηλεκτρόνια στο αρνητικό ή nστρώμα. Παρόλο που τα αντίθετα φορτία έλκονται μεταξύ τους, τα περισσότερα από αυτά μπορούν να επανασυνδυαστούν μόνο εάν διέλθουν από ένα κύκλωμα έξω από το υλικό, εξαιτίας του εσωτερικού φράγματος δυναμικού. Έτσι, εάν κατασκευαστεί ένα κύκλωμα, είναι δυνατό να παραχθεί ηλεκτρική ισχύς από τις κυψέλες υπό φωτισμό, αφού τα ελεύθερα ηλεκτρόνια πρέπει να διέλθουν μέσω του φορτίου για τον επανασυνδυασμό τους με τις θετικές οπές.

Πυρίτιο p-τύπου (πρόσμιξη με άτομα Βορίου) περίσσεια θετικών οπών (έλλειψη ηλεκτρονίων)

επαφή

20

Πυρίτιο n-τύπου (πρόσμιξη με άτομα Φωσφόρου) περίσσεια ηλεκτρονίων


Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

Η ποσότητα της διαθέσιμης ισχύος από μια Φ/Β συσκευή καθορίζεται από: •

τον τύπο και την επιφάνεια του υλικού,

την ένταση του ηλιακού φωτός (έκθεση στην ηλιακή ακτινοβολία), και

το μήκος κύματος του ηλιακού φωτός.

Ο λόγος της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από μια ηλιακή κυψέλη προς την προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία είναι γνωστός ως αποδοτικότητα της κυψέλης.

21


Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

Χρήση φωτοβολταϊκών συστημάτων στην Ελλάδα Η χώρα µας, γεωγραφικά και γεωλογικά, διαθέτει σηµαντικά πλεονεκτήµατα σχετικά µε την εκµετάλλευση των Ανανεώσιµων Πηγών Ενέργειας (ΑΠΕ). Έτσι, συνυπολογίζοντας τα µεγάλα υδροηλεκτρικά έργα το ποσοστό της συνολικής ενεργειακής παραγωγής της χώρας που προέρχεται από ΑΠΕ ανέρχεται σήµερα στο 11,5% (Από αυτά το 70% αφορά ενέργεια από υδροηλεκτρικά). ‘Αρα η ενέργεια από ηλιακές πηγές είναι πολύ μικρή. Η Ευρωπαϊκή Ένωση έχει εκδόσει Κοινοτική Οδηγία για την προαγωγή της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται από ανανεώσιµες πηγές (οδηγία 77/2001). Με την υιοθέτηση της Οδηγίας, η Ελλάδα δεσµεύτηκε να παράγει το 20,1% της ηλεκτρικής της ενέργειας από ανανεώσιµες πηγές.

Μερικές από τις σημαντικότερες χρήσεις των Φ/Β συστημάτων στην Ελλάδα είναι οι παρακάτω:

Οι πρώτες πειραματικές εφαρμογές φωτοβολταϊκών συστημάτων έγιναν στην Κύθνο (1982), ισχύος 100 KW, και στα Σφακιά, ισχύος 50 ΚW. Μικρότερα φωτοβολταϊκά συστήματα έχουν εγκατασταθεί και σε άλλα νησιά (Γαύδος, Αντικύθηρα, Αρκοί).

Σε πλαίσια άλλου προγράμματος έχουν εγκατασταθεί στην Κάρπαθο για άντληση νερού. Το 1999 ολοκληρώθηκε ένα φωτοβολταϊκό σύστημα στη Σίφνο. Το έργο συγχρηματοδοτήθηκε από την ΕΕ. Στο έργο συμμετείχαν το ΚΑΠΕ και η ΔΕΗ, ενώ ενισχύθηκε οικονομικά από το ΥΠΕΧΩΔΕ.

Περίπου 900 φωτοβολταϊκά συστήματα, χαμηλής ισχύος, τροφοδοτούν φάρους. Τα φωτοβολταϊκά συστήματα εγκαταστάθηκαν από την Υπηρεσία φάρων και το Πολεμικό ναυτικό.

Φωτοβολταϊκά συστήματα χρησιμοποιούνται σε αυτόματα τηλεπικοινωνιακά συστήματα από τον ΟΤΕ, ραδιοτηλεοπτικούς σταθμούς και εταιρίες κινητής τηλεφωνίας.

22


Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

Περιβάλλον Ένα από τα σημαντικότερα περιβαλλοντικά προβλήματα της εποχής μας είναι η ατμοσφαιρική ρύπανση. Τα συμβατικά αυτοκίνητα και τα θερμοηλεκτρικά εργοστάσ��α παράγουν πολλών ειδών ρύπους, οι οποίοι συμβάλλουν σε μεγάλο ποσοστό στην ατμοσφαιρική ρύπανση. Τα αυτοκίνητα τώρα πια είναι πάρα πολλά στις μεγαλουπόλεις, και για αυτό το λόγο στις μεγάλες πόλεις υπάρχει έντονο το πρόβλημα της όξινης βροχής, που προκαλείται από την ατμοσφαιρική ρύπανση. Επίσης λόγω της υπερβολικής ατμοσφαιρικής ρύπανσης, που προκαλείτα ι από εργοστάσια και τα μεταφορικά μέσα, ορισμένες πόλεις της Κίνας έχουν αποκτήσει νέφος ή αλλιώς αιθαλομίχλη. Δεν είναι τυχαίο πως τα τελευταία χρόνια έχουν αυξηθεί δραματικά τα κρούσματα άσθματος στις ΗΠΑ. Και το CO2 από τα αυτοκίνητα συμβάλλει στο φαινόμενο του θερμοκηπίου.

Μπορούμε να γλιτώσουμε από την ατμοσφαιρική ρύπανση αν χρησιμοποιήσουμε τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας για πηγή ηλεκτρικού ρεύματος και πηγή ενέργειας για τα μεταφορικά μέσα, αντί των ορυκτών καυσίμων. Με τις φωτοβολταΪκές κυψέλες μπορούμε να δύο. Μπορούν να πετύχουμε και τα χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος για οικιακή χρήση και υπάρχουν και τα ηλιακά αυτοκίνητα, τα οποία δεν παράγουν καθόλου ρύπους και δεν εξαρτώνται από τα ορυκτά καύσιμα. Επίσης ο ήλιος είναι ανεξάντλητη πηγή ενέργειας και μας φτάνει σε μεγάλες ποσότητες και δωρεάν. Ωστόσο κατά την κατασκευή τους μπορεί να χρησιμοποιηθούν και να παραχθούν τοξικές ουσίες όπως το αρσενιούχο γάλλιο και το θειούχο κάδμιο.

23


Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

Άλλα «πιο φιλικά προς το περιβάλλον» αυτοκίνητα Εκτός από το ηλιακό αυτοκίνητο έχουν υπάρχουν και άλλων ειδών πιο οικολογικά αυτοκίνητα από τα συμβατικά. Μερικά από αυτά παρουσιάζονται παρακάτω με πίνακα που δείχνει τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα τους. Το ηλεκτρικό αυτοκίνητο χρησιμοποιεί την ηλεκτρική ενέργεια που αποθηκεύεται στα επαναφορτιζόμενα πακέτα μπαταριών. Τα ηλεκτρικά αυτοκίνητα χρησιμοποιούν ηλεκτρικές μηχανές αντί των μηχανών εσωτερικής καύσεως. Τα αυτοκίνητα που χρησιμοποιούν και τα δύο, καλούνται υβριδικά αυτοκίνητα, και δεν θεωρούνται καθαρά ηλεκτρικά αυτοκίνητα. Τα αυτοκίνητα με τις μπαταρίες που μπορούν να φορτιστούν και να χρησιμοποιηθούν χωρίς μηχανή εσωτερικής καύσεως καλούνται είναι καθαρά ηλεκτρικά αυτοκίνητα ενώ δεν καίνε καύσιμα. Πλεονεκτήματα

Μειονεκτήματα

1. Δεν παράγει ρύπους

1. Μεγάλη διάρκεια επαναφόρτισης

2. Είναι αθόρυβο

2. Δεν μπορεί να διανύσουν μεγάλες αποστάσεις επειδή η ενέργεια της μπαταρίας εξαντλείται

3. Χαμηλότερο κόστος συντήρησης 4. Είναι ανεξάρτητο από το πετρέλαιο

3. Μπορεί για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας που χρησιμοποιεί να ρυπαίνεται το περιβάλλον 4. Είναι ακριβά 5. Δεν είναι ευρέως διαδεδομένα

Ένα υβριδικό αυτοκίνητο χρησιμοποιεί δύο ή περισσότερες διαφορετικές τεχνολογίες προκειμένου να επιτύχει την κίνησή του. Οι τεχνολογίες αυτές περιλαμβάνουν συνήθως τον κλασικό κινητήρα εσωτερικής καύσης και μια πιο «φιλική» προς το περιβάλλον τεχνολογία, συνήθως ηλεκτρικό κινητήρα, ή εναλλακτικά πνευματικό κινητήρα, βιοκαύσιμα, φυσικό αέριο κ.α. Ο ηλεκτρικός κινητήρας είναι απλά υποβοηθητικός όταν χρειάζεται περισσότερη ισχύς. Τα υβριδικά αυτοκίνητα θεωρούνται φιλικότερα προς το περιβάλλον από αυτά που καίνε βενζίνη ή πετρέλαιο.

24


Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

Πλεονεκτήματα

Μειονεκτήματα

1. Πιο φιλικά προς το περιβάλλον από τα συμβατικά αυτοκίνητα

1. Ρυπαίνουν και αυτά την ατμόσφαιρα 2. Είναι ακριβά

2. Μειώνουν την εξάρτηση από το πετρέλαιο

3. Δεν είναι αθόρυβα 4. Μεγάλη διάρκεια επαναφόρτισης 5. Υψηλό κόστος συντήρησης

Η χρήση του φυσικού αερίου ως καύσιμου για την κίνηση οχημάτων αποτελεί αναμφισβήτητα άμεση και εφικτή λύση απέναντι στο περιβαλλοντικό πρόβλημα, αρκεί να σκεφτεί κανείς ότι η περιεκτικότητα ενέργειας ενός κιλού φυσικού αερίου αντιστοιχεί περίπου σε 1,5 λίτρα αμόλυβδης βενζίνης τύπου super. Επίσης, όσον αφορά στη λειτουργία του κινητήρα, τα χαρακτηριστικά προανάφλεξης του φυσικού αερίου επιτρέπουν τη μεγαλύτερη αναλογία συμπίεσης (13:1) βελτιώνοντας την απόδοση. Πλεονεκτήματα

Μειονεκτήματα

1. Ρυπαίνουν λιγότερο από τα συμβατικά αυτοκίνητα

1. Δεν είναι ευρέως διαδεδομένα τα Ι.Χ. φυσικού αερίου

2. Είναι πιο αποδοτικά από τα συμβατικά αυτοκίνητα

2. Τα αποθέματα φυσικού αερίου θα διαρκέσουν για περίπου για 60 χρόνια ακόμα

3. Μειώνουν την εξάρτηση από το πετρέλαιο

3. Δεν είναι αθόρυβα

4. Τα μέσα μεταφοράς Δ.Χ. που κινούνται με φυσικό αέριο «διαδίδονται» γρήγορα

4. Ρυπαίνουν και αυτά την ατμόσφαιρα

5.

25


Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

Ενημερωτικές αφίσες για την ηλιακή ενέργεια

26


Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

Β΄ΜΕΡΟΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΗΛΙΑΚΟΥ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΥ

27


Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

Διαδικασία που ακολουθήθηκε Αρχική φάση • Αρχική επιλογή θέματος • Έγκριση θέματος από καθηγητή τεχνολογίας Γραπτή Εργασία • Αναζήτηση πηγών (βιβλία και διαδίκτυο) • Απόφαση για τα περιεχόμενα της εργασίας • Αναζήτηση και συλλογή πληροφοριών • Αρχική σχεδίαση της δομής της εργασίας • Αξιολόγηση και επιλογή των πιο κατάλληλων πληροφοριών • Τμηματική συγγραφή της εργασίας • Αναζήτηση και συλλογή εικόνων • Αξιολόγηση εικόνων, επιλογή των πιο κατάλληλων • Ενσωμάτωση των εικόνων στην εργασία, συγγραφή λεζαντών • Ενσωμάτωση υλικού από νέες πηγές (βιβλία, φυλλάδια και διαδίκτυο) • Εξειδικευμένες αναζητήσεις για στοιχεία που έλειπαν (π.χ. ιστορία ηλιακών οχημάτων) • Συμπλήρωση εργασίας με τα τελευταία στοιχεία «θεωρίας» • Ολοκλήρωση της εμφάνισης της εργασίας στο πρώτο μέρος • Σχεδιασμός του β’ μέρους της γραπτής εργασίας • Αρχική ανάπτυξη των αντίστοιχων τμημάτων • Συμπλήρωση της εργασίας με υλικό από την αρχική κατασκευή (φωτογραφίες) • Οριστική ανάπτυξη των αντίστοιχων τμημάτων • Συμπλήρωση της εργασίας με υλικό από την τελική κατασκευή (φωτογραφίες) • Ολοκλήρωση και έλεγχος όλης της εργασίας • Εκτύπωση Κατασκευή • Αρχικά σχέδια της κατασκευής • Αναζήτηση υλικών, έρευνα αγοράς • Σύγκριση και αξιολόγηση των υλικών • Επιλογή των βασικών στοιχείων (φωτοβολταϊκού και μοτέρ) • Αγορά φωτοβολταϊκών • Πειραματισμοί για τη συνδεσμολογία • Επιλογή τρόπου μετάδοσης της κίνησης από το μοτέρ στους τροχούς • Συγκέντρωση εργαλείων και υλικών δοκιμαστικού μοντέλου • Σχεδίαση και κατασκευή δοκιμαστικού μοντέλου o Κατασκευή σκελετού o Τοποθέτηση φωτοβολταϊκών και μοτέρ o Καλωδίωση με καλώδια με κροκοδειλάκια o Τοποθέτηση αξόνων και τροχών o Σύνδεση άξονα και μοτέρ • Δοκιμές για τη λειτουργία και προσπάθειες βελτίωσης • Σχεδίαση της τελικής κατασκευής • Εύρεση και αγορά υλικών τελικής κατασκευής • Σύγκριση, αξιολόγηση και επιλογή εργαλείων • Συγκέντρωση εργαλείων και υλικών τελικής κατασκευής • Υλοποίηση της τελικής κατασκευής o Κατασκευή σκελετού o Τοποθέτηση φωτοβολταϊκών και μοτέρ o Καλωδίωση και τοποθέτηση διακόπτη και LED (φωτοδίοδων) o Τοποθέτηση αξόνων και τροχών o Σύνδεση άξονα και μοτέρ • Ενίσχυση του σκελετού • Λειτουργία της τελικής κατασκευής 28


Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

Ανάλυση των ενεργειών της εργασίας κατασκευής Μετά την έγκριση του θέματος και παράλληλα με τη γραπτή εργασία, άρχισε η οργάνωση για την κατασκευή. Έχοντας μια γενική ιδέα για το πώς πρέπει να είναι μια τέτοια κατασκευή (ηλιακό αυτοκίνητο), άρχισε η αναζήτηση των βασικών υλικών. Το πρόβλημα εντοπίστηκε στην αγορά φωτοβολταϊκών και μοτέρ και στην εύρεση λύσης για τη μετάδοση της κίνησης από το μοτέρ στους τροχούς. Αρχικά αναζητήθηκαν τα φωτοβολταϊκά στοιχεία, που μπορεί να βρεθούν στην αγορά. Το είδος γενικά δεν ήταν σε γνωστό αρκετά καταστήματα πώλησης ηλεκτρονικών ειδών και εξαρτημάτων. Τελικά εντοπίστηκε μόνο ένας τύπος ηλιακού στοιχείου (με χαρακτηριστικά 2V και 200mA). Αγόρασα από την αρχή δυο κομμάτια γιατί είχα ήδη διαβάσει στο διαδίκτυο ότι υπήρχαν προβλήματα στην απόδοση. Έχοντας τα φωτοβολταϊκά αποφάσισα να ελέγξω όσα μοτεράκια υπήρχαν στο σπίτι (από παλιότερα παιχνίδια ή κάποια που είχαν οι γονείς μου). Διαπίστωσα διαφορές στην απόδοση που ήταν εμφανείς. Έμαθα ότι υπάρχουν κάποια μοτεράκια που λειτουργούν με χαμηλή τάση και λέγονται και «ηλιακά μοτεράκια». Σκέφτηκα ότι θα ήταν καλή ιδέα να τοποθετήσω και φώτα στην κατασκευή και μετά από συζήτηση κατέληξα να διαλέξω να βάλω LED (φωτοδιόδους) και όχι λαμπάκια γιατί θα είχαν πιο μικρή κατανάλωση. Ένα άλλο πρόβλημα ήταν η επιλογή της συνδεσμολογίας των δυο κυψελών (σε σειρά η παράλληλα). Έκανα μια σειρά από δοκιμές και διαπίστωσα ότι η ταχύτητα περιστροφής του κινητήρα δεν φαινόταν να έχει σημαντική διαφορά, ενώ ήταν και στις δυο περιπτώσεις καλύτερα από τη χρήση μιας μόνο κυψέλης. Αργότερα σχεδιάζοντας το κύκλωμα διαπίστωσα ότι είναι πιο απλό να ελέγχεται η λειτουργία με ένα μόνο διακόπτη, αν συνδέσω τις Φ/Β κυψέλες σε σειρά. Για το πρόβλημα μετάδοσής της κίνησης δεν εντόπισα καλύτερη και απλούστερη λύση από τη μετάδοση «με ιμάντα». Δηλαδή να έχω μια «τροχαλία» στον άξονα του μοτέρ και μια άλλη στον άξονα του τροχού και με ένα λαστιχάκι να μεταδίδεται η κίνηση. Η μικρή τροχαλία να είναι στο μοτέρ και η μεγαλύτερη στου τροχούς, ώστε αν δεν γλιστρά το λαστιχάκι για κάθε μερικές στροφές του ��οτέρ να έχουμε μια περιστροφή των τροχών. Έχοντας σκεφτεί τη λύση για τα βασικά προβλήματα, σχεδίασα ένα σκελετό οχήματος σε φτηνό χαρτόνι συσκευασίας και προσάρμοσα επάνω τα φωτοβολταϊκά (με σελοτέιπ) και το μοτέρ (με σύρμα). Έβαλα τροχούς και άξονες από χαλασμένο παιδικό αυτοκίνητο. Για να κάνω δοκιμές δανείστηκα καλώδια με κροκοδειλάκια από τους γονείς μου. Πρόβλημα υπήρχε με τις τροχαλίες και για τη δοκιμαστική κατασκευή χρησιμοποίησα φελλό από πώμα κρασιού πάνω στον οποίο είχα δημιουργήσει αυλάκι με χάραξη για να τοποθετηθεί το λαστιχάκι-ιμάντας. Τελικά με το φως από ένα ισχυρό επιτραπέζιο φωτιστικό γραφείου (λόγω έλλειψης ηλιοφάνειας) διαπίστωσα ότι η δοκιμαστική κατασκευή λειτουργούσε, αλλά η απόδοση των φωτοβολταϊκών δεν έφτανε για να κινήσει την κατασκευή στο έδαφος. Αποφάσισα λοιπόν στην τελική κατασκευή να χρησιμοποιήσω όσο πιο ελαφριά υλικά μπορούσα. Ψάχνοντας στα καταστήματα με είδη σχεδίου και μακέτας εντόπισα και άλλα χαρτόνια, πέρα από το χαρτόνι μακέτας, που ήταν αρκετά σταθερά, αλλά παράλληλα πολύ πιο λεπτά (άρα και πιο ελαφριά) από το χαρτόνι μακέτας. 29


Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

Πρόβλημα στη συγκέντρωση των υλικών της τελικής κατασκευής αποτελούσε η λύση των τροχαλιών. Οι φελλοί δεν ήταν ομοιόμορφα σκαμμένοι και το τρύπημα ακριβώς στο κέντρο τους θα απαιτούσε ειδική μεταχείριση (ίσως φελλοτρυπητήρα στον οποίο ακόμη και αν έκανε λεπτές τρύπες, δεν υπήρχε πρόσβαση). Τελικά οι τροχαλίες για τη μετάδοση της κίνησης εντοπίστηκαν σε ένα χαλασμένο DVD player, και με λίγη διαμόρφωση (άνοιγμα τρύπας στο κέντρο) ταίριαξαν στις ανάγκες της κατασκευής. Γενικά διαπίστωσα ότι εφάρμοσα μια τακτική επαναχρησιμοποίησης υλικών. Τέλος προχώρησα στην υλοποίηση της τελικής κατασκευής, ξεκινώντας από τη κατασκευή του σκελετού, που σχεδιάστηκε με βάση τις παρατηρήσεις και την εμπειρία από το δοκιμαστικό μοντέλο. Μετά έγινε η τοποθέτηση αξόνων και τροχών, των τροχαλιών και του λάστιχου. Η απόσταση ήταν τέτοια που το λάστιχο τελικά να είναι ίσα-ίσα τεντωμένο. Μετά τοποθετήθηκαν τα φωτοβολταϊκά (στερεώθηκαν με διπλοκολλητική ταινία) και το μοτέρ (στερεώθηκε με διπλοκολλητική ταινία και σύρμα). Αφού δοκίμασα πρόχειρα τη λειτουργία με τα καλώδια χωρίς κολλήσεις, προχώρησα στην καλωδίωση και την τοποθέτηση ενός διακόπτη και των LED στη θέση των φαναριών του αυτοκινήτου. Φρόντισα να περάσουν τα καλώδια στο κάτω μέρος της κατασκευής για λόγους αισθητικής. Για να είναι πιο σταθερός ο σκελετός ενίσχυσα με κολλητική ταινία τις γωνίες κόλλησα δύο καλαμάκια για σουβλάκια στο κάτω μέρος και ενίσχυσα τις πιο ταλαιπωρημένες περιοχές με ελάσματα αλουμινίου Τέλος έλεγξα την λειτουργία της τελικής κατασκευής.

Κάποια αρχικά πρόχειρα σχέδια για τη γενική μορφή της κατασκευής και επιμέρους λεπτομέρειες.

Πρόχειρο σχέδιο της τελικής μορφής της κατασκευής.

30


ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

Κατάλογος υλικών 9

Φωτοβολταϊκά στοιχεία

9

Μοτέρ

9

Χαρτόνι triplex

9

Καλώδια

9

Διακόπτης

9

Ρόδες

9

Άξονες

9

Τροχαλίες

9

LED

9

Λαστιχάκι

9

Διπλοκολλητική ταινία - σύρμα

9

Καλάι

9

Κολλητική ταινία

9

Καλαμάκια για σουβλάκια

Σχόλια για τα υλικά Αρχικά αναζητήθηκαν τα φωτοβολταϊκά στοιχεία, που μπορεί να βρεθούν στην αγορά. Αρχικά εντοπίστηκε μόνο μία ηλιακή κυψέλη (κατάστημα «Ράδιο Κατουμάς»), που μπορούσε να αποδώσει 2V και 200mA. Οι διαστάσεις της είναι 6 cm x 9,5 cm και έχει πλαίσιο και έτοιμα καλώδια. Κοστίζει 12,5€. Το μειονέκτημά του είναι το βάρος του πλαισίου, έχει όμως το πλεονέκτημα των προσαρμοσμένων καλωδίων για τη σύνδεσή του στην κατασκευή. Αργότερα εντοπίστηκαν και κάποιες άλλες Φ/Β κυψέλες (κατάστημα «Ακτίνιο»), τα περισσότερα χωρίς πλαίσιο και καλώδια, με ανάλογες αποδόσεις και τιμή αγοράς. Το είδος γενικά ήταν γνωστό μόνο σε εξειδικευμένα καταστήματα, ενώ σε άλλα καταστήματα πώλησης ηλεκτρονικών εξαρτημάτων ήταν άγνωστο. Χρησιμοποιήθηκε (μετά από δοκιμές) ένα μοτεράκι που υπήρχε από παλαιότερο παιχνίδι (αυτοκίνητο). Γενικά προτείνεται μοτεράκι που να λειτουργεί με χαμηλή τάση (0,5-2V), υλικό που υπάρχει στην αγορά και σε κάποια καταστήματα το εντοπίζεις και ως «ηλιακό μοτεράκι». Κοστίζει περίπου 8€. Ως υλικό κατασκευής του σκελετού του οχήματος επιλέχθηκε χαρτόνι τύπου triplex 1000gr λευκό γιατί ήταν αρκετά σταθερό, αλλά παράλληλα αρκετά πιο λεπτό και πιο ελαφρύ από το χαρτόνι μακέτας. Οι τροχαλίες για τη μετάδοση της κίνησης εντοπίστηκαν σε ένα χαλασμένο DVD player, και με λίγη διαμόρφωση (άνοιγμα τρύπας στο κέντρο) ταίριαξαν στις ανάγκες της κατασκευής. Οι τροχοί είναι ρόδες από παιδικό παιχνίδι (αυτοκίνητο) Ο μπροστινός άξονας είναι επίσης από παιδικό παιχνίδι (αυτοκίνητο) ενώ ο πίσω που είναι μεγαλύτερος φτιάχτηκε από ένα καλαμάκι για σουβλάκια. Τα καλώδια και ο διακόπτης υπήρχαν στο σπίτι από προηγούμενες εργασίες ενώ τα LED αγοράστηκαν. Η κολλητική ταινία, τα καλαμάκια για σουβλάκια και τα ελάσματα αλουμινίου χρησιμοποιήθηκαν για την σταθεροποίηση του σκελετού. Γενικά υπήρχε μια τάση για επαναχρησιμοποίηση υλικών. 31


Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

Κατάλογος εργαλείων 9

Χάρακας, μολύβι

9

Ψαλίδι

9

Κοπίδι

9

Σουβλί

9

Μυτοτσίμπιδο

9

Πενσάκι

9

Κοφτάκι

9

Απογυμνωτής καλωδίων

9

Στρογγυλή λίμα και σετ μικρών λιμών

9

Κολλητήρι, τρόμπα

Σχόλια για τα εργαλεία Το κοπίδι για την αποκοπή του σχεδίου από το αρχικό χαρτόνι, το σουβλί για το άνοιγμα τρύπας στην τροχαλία και το ηλεκτρικό κολλητήρι για τις συνδέσεις στο ηλεκτρικό κύκλωμα, έγιναν με τη βοήθεια ενηλίκου. Η λίμες χρησιμοποιήθηκαν για το άνοιγμα των τρυπών που θα περάσουν οι τροχοί, ώστε να υπάρχουν καθαρές τρύπες με λίγες τριβές.

32


Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

Κοστολόγηση υλικών

Φωτοβολταϊκά στοιχεία Μοτέρ Χαρτόνι LED Διπλοκολλητική ταινία

2 Χ 12,5

ΣΥΝΟΛΟ

25€ 8€ 0,8€ 0,2€ 1€ 35€

Δεν κοστολογώ τα ακόλουθα υλικά γιατί επαναχρησιμοποιήθηκαν υλικά που ήδη υπήρχαν: καλώδια, διακόπτης, ρόδες, άξονες, τροχαλίες, λαστιχάκι, σύρμα, καλάι, καλαμάκια, κολλητική ταινία, ελάσματα αλουμινίου. Επίσης δεν υπολογίζεται το κόστος των εργαλείων ή της χρήσης τους γιατί υπήρχαν στο σπίτι. Το κόστος των LED είναι κατά προσέγγιση γιατί αγοράστηκαν ως προσφορά σε μεγαλύτερη ποσότητα. Αντίθετα υπολογίζω το κόστος του μοτέρ (παρόλο που στην περίπτωσή μου, έτυχε να υπάρχει). Δεν είναι σίγουρο επίσης πόσο μπορεί να κοστίσουν οι τροχαλίες αν δεν υπάρχουν και χρειαστεί να αγοραστούν. Σε κάθε περίπτωση μπορεί να φτιαχτούν πρόχειρες από φελλό. Το κόστος των υλικών είναι 35€. Πιστεύω λοιπόν ότι ακόμη και αν κάποιος αγοράσει όλα τα υλικά, το κόστος δεν θα ξεπεράσει τα 40€, ακόμη και αν χρησιμοποιήσει χαρτόνι μακέτας και άλλα φωτοβολταϊκά από αυτά που χρησιμοποιήθηκαν στην δική μας κατασκευή.

33


Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

Σχεδιάγραμμα ηλεκτρικού κυκλώματος της κατασκευής

διακόπτης μοτέρ LED φωτοβολταϊκά

Στο σχεδιάγραμμα φαίνεται ότι τα φωτοβολταϊκά είναι συνδεμένα «σε σειρά» μεταξύ τους, ενώ τα LED και το μοτέρ είναι συνδεμένα παράλληλα στη συστοιχία των δυο φωτοβολταϊκών. Με αυτή τη συνδεσμολογία όλο το κύκλωμα ελέγχεται από ένα διακόπτη.

Κάποια αρχικά πρόχειρα σχέδια για τη συνδεσμολογία

34


Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

Εικόνες από τη διαδικασία κατασκευής του δοκιμαστικού ηλιακού αυτοκινήτου Επιλογή Υλικών

Τα φωτοβολταϊκά που χρησιμοποιήθηκαν και τα μοτέρ από τα οποία έγινε η επιλογή

Τα φωτοβολταϊκά που χρησιμοποιήθηκαν (κινέζικης κατασκευής) με τεχνικά χαρακτηριστικά 2V και 200mA

Τα μοτέρ από τα οποία έγινε η επιλογή. Τα μοτεράκια υπήρχαν από άλλες συσκευές και παιχνίδια και από αυτά επιλέχθηκε το δεύτερο από δεξιά

35


Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

Δοκιμές για τη συνδεσμολογία

Δοκιμές με άμεσο ηλιακό φως μια ημέρα με ηλιοφάνεια για να αποφασιστεί αν θα συνδεθούν τα δυο φωτοβολταϊκά σε σειρά ή παράλληλα. Όλες οι άλλες δοκιμές λόγω έλλειψης ηλιοφάνειας έγιναν σε κλειστό χώρο με ισχυρά φωτιστικά. Ένα φωτοβολταϊκό

Τα δυο φωτοβολταϊκά σε παράλληλη σύνδεση

Τα δυο φωτοβολταϊκά σε σύνδεση σε σειρά 36


Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

Κατασκευή δοκιμαστικού μοντέλου

Η κατασκευή συναρμολογήθηκε δοκιμαστικά για να δοκιμαστεί η απόδοσή της. Για τις καλωδιώσεις χρησιμοποιήθηκαν καλώδια με κροκοδειλάκια και για τη μετάδοση της κίνησης «τροχαλίες» από φελλό (πρόχειρη ιδιοκατασκευή).

Η δοκιμαστική κατασκευή 37


Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

Έλεγχοι και δοκιμές

Η δοκιμαστική κατασκευή σε μια φάση των ελέγχων / πειραματισμών / δοκιμών

Όλες οι δοκιμές με τη δοκιμαστική κατασκευή έγιναν με φως ενός ισχυρού φωτιστικού, επειδή δεν υπήρχε ηλιοφάνεια την εποχή της κατασκευής. Παρατηρήθηκε ότι η ισχύς των δυο φωτοβολταϊκών (με αυτό τον φωτισμό) επαρκεί για την κίνηση των τροχών, όταν είναι στον αέρα, αλλά όχι στο έδαφος. Δεν ήταν ικανή να υπερνικήσει την τριβή. Έτσι αποφασίστηκε όλη η κατασκευή να γίνει με όσο το δυνατόν πιο ελαφρά υλικά, ώστε να μειωθούν οι τριβές. Οι αλλαγές στη συνδεσμολογία των φωτοβολταϊκών (σε σειρά ή παράλληλα) δεν έφεραν ουσιαστικές διαφορές. Αποδείχθηκε στην πράξη ότι η κίνηση μπορεί να μεταδοθεί «με ιμάντα». Στην περίπτωσή μας με ένα λαστιχάκι ανάμεσα σε δυο χειροποίητες «τροχαλίες» από φελλό πώματος μπουκαλιού.

38


Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

Κατασκευή τελικής κατασκευής

Σχέδιο του σκελετού του οχήματος στο χαρτόνι (triplex 1000 gr).

Κοπή του σκελετού, χάραξη με κοπίδι.

Στερέωση (κόλλημα) του σκελετού και προσθήκη των αξόνων και των τροχών. Στον μπροστινό άξονα έχει προσαρμοστεί η μεγαλύτερη τροχαλία.

Τοποθέτηση των βασικών εξαρτημάτων (φωτοβολταϊκά, μοτέρ, διακόπτης) για να υπολογιστούν τα σημεία που πρέπει να τρυπηθούν για στήριξη και πέρασμα των καλωδίων στην κάτω πλευρά της κατασκευής για αισθητικούς λόγους.

39


Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

Τοποθέτηση (κόλλημα και δέσιμο) των βασικών εξαρτημάτων (φωτοβολταϊκά, μοτέρ, διακόπτης). Στο μοτέρ έχει προσαρμοστεί η μικρότερη τροχαλία και έχει συνδεθεί με λάστιχο με την μεγαλύτερη στον μπροστινό άξονα. Το όχημα από πλάγια όψη. Τα καλώδια έχουν περαστεί στο κάτω μέρος. Έχουν τοποθετηθεί δυο led στη θέση των μπροστινών φαναριών.

Τα καλώδια στο κάτω μέρος προτού να συνδεθούν. Δεν έχουν τοποθετηθεί ακόμη τα καλώδια στα led.

Πρόχειρη σύνδεση των καλωδίων, για να ελεγχθεί η λειτουργία της κατασκευής. Η οριστική κόλληση θα γίνει αργότερα με κολλητήρι. Τα LED συνδέθηκαν και οι ενώσεις έγιναν με κολλητήρι. Τα καλώδια κολλήθηκαν με κολλητική ταινία στο κάτω μέρος της κατασκευής. Τα καλαμάκια, τα ελάσματα αλουμινίου, και η κολλητική ταινία στις γωνίες προσδίδουν σταθερότητα.

Η ολοκληρωμένη δημιουργία. Το ηλιακό αυτοκινητάκι μπορεί να τρέχει με μικρή ταχύτητα, υπό πλήρη ηλιοφάνεια και σε λείο έδαφος που δεν είναι ανηφορικό.

40


Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

Πηγές πληροφόρησης Ardley Neil, Λεξικό των επιστημών, εκδ. Ερευνητές, 1994, σελ. 68-70 Schwaller & Gilberti, Ηλεκτρικές πηγές ενέργειας και περιβάλλον, εκδ. Ίων, 1999, σελ. 282-330 Smith Howard Bud, Ενέργεια. Πηγές – εφαρμογές – εναλλακτικές λύσεις, εκδ. Ιδρύματος Ευγενίδου, 1996, σελ. 1-13, 148-178 &294-295 Άτλας των Επιστημών – Ενέργεια και κίνηση, εκδ. Sol90 publishing/Καθημερινή, 2009, σελ.8-9 & 48-49 Άτλας των Επιστημών – Τεχνολογία, εκδ. Sol90 publishing/Καθημερινή, 2009, σελ. 34-35 Άτλας των Επιστημών – Φυσικό Περιβάλλον, εκδ. Sol90 publishing/Καθημερινή, 2009, σελ.66-67 & 72-75 Γιαννακούρας Ι., Ζαραβέλα ∆. & Μανδρίκας Α., Ανανεώσιμες – Ήπιες Πηγές Ενέργειας, Προγράµµατα Ανοικτών Περιβαλλοντικών Τάξεων «ΚΑΛΛΙΣΤΩ», 2008, σελ. 8-14 Μόρις Νιλ, Αυτοκίνητα, εκδ.Πατάκη, 1998, σελ. 6-13 Πανοραμικό Λεξικό – Αυτοκίνητα, εκδ. Άλφα, σελ. 6-7 Περιβαλλοντικές επιπτώσεις φωτοβολταϊκής τεχνολογίας, ΥΠΑΝ (Υπ. Ανάπτυξης) / ΚΑΠΕ (Κέντρο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας), 16 σελ. Περιβαλλοντικός οδηγός θερμικών ηλιακών συστημάτων, ΥΠΑΝ (Υπ. Ανάπτυξης) / ΚΑΠΕ (Κέντρο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας), 12 σελ. Σαββάλας Α., Σαββάλας Σ. & Σαλτερής Κ. (επ. επιμέλεια), Σύγχρονη εγκυκλοπαίδεια των Επιστημών και της Τεχνολογίας, εκδ. Σαββάλας, 2007, σελ. 244-245 (ακτινοβολία), 282-283 (φωτεινή ενέργεια), 354-355 (αποθήκες ηλεκτρισμού) & 458-459 (ανανεώσιμη ενέργεια)

http://www.fotovoltaica.gr/sun3.html http://www.messaggiamo.com/el/home-improvement/30592-solar-energyadvantages-disadvantages.html http://el.wikipedia.org/wiki/Ηλεκτρικό αυτοκίνητο http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_car_racing http://www.in.gr/auto/news/article.asp?lngEntityID=1503 http://kpe-kastor.kas.sch.gr/energy1/human_activities/what_is_energy.htm http://kpe-kastor.kas.sch.gr/energy1/human_activities/forms_of_energy.htm http://kpe-kastor.kas.sch.gr/energy1/human_activities/nomoi.htm http://www.phaethon2004.org/gr/index.htm http://www.phaethon2004.org/gr/participants/index.htm 41


Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

http://www.speedace.info/solar_car_history.htm http://www.aboutmyplanet.com/alternative-energy/solar/brief-history-solar/ http://inventors.about.com/library/weekly/aacarselectrica.htm

42


Εργασία Τεχνολογίας Δημήτρη Χαλκίδη

ΗΛΙΑΚΟ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟ

Περιεχόμενα Πρόλογος

1

Α΄ΜΕΡΟΣ – «ΘΕΩΡΙΑ» Ανάλυση της τεχνολογικής ενότητας «Ενέργεια και Ισχύς» Τα γενικά χαρακτηριστικά αυτής της ενότητας

3

Μορφές ενέργειας

3

Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας

5

Εξέλιξη των δημιουργημάτων της ενότητας “Ενέργεια και Ισχύς” στο χρόνο

7

Περιγραφή του αντικειμένου μελέτης Ηλιακή ενέργεια

9

Αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας

10

Ηλιακά αυτοκίνητα

11

Εικόνες χρήσης φωτοβολταϊκών κυψελών εκτός από τα ηλιακά αυτοκίνητα

12

Εικόνες από ηλιακά οχήματα

13

Πλεονεκτήματα - Μειονεκτήματα ηλιακών αυτοκινήτων

16

Αγώνες ηλιακών αυτοκινήτων

17

Ιστορικό ανάπτυξης των ηλιακών κυψελών

18

Σύντομη εξέλιξη αυτοκινήτου

18

Σύντομο ιστορικό των ηλιακών αυτοκινήτων

18

Αρχή λειτουργίας φωτοβολταϊκών κυψελών

20

Χρήση φωτοβολταϊκών συστημάτων στην Ελλάδα

22

Περιβάλλον

23

Άλλα «πιο φιλικά προς το περιβάλλον» αυτοκίνητα

24

Β΄ΜΕΡΟΣ – ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΗΛΙΑΚΟΥ ΑΥΤΟΚΙΝΗΤΟΥ Διαδικασία που ακολουθήθηκε

28

Ανάλυση των ενεργειών της εργασίας κατασκευής

29

Κατάλογος υλικών

31

Κατάλογος εργαλείων

32

Κοστολόγηση υλικών

33

Σχεδιάγραμμα ηλεκτρικού κυκλώματος της κατασκευής

34

Εικόνες από τη διαδικασία κατασκευής του ηλιακού αυτοκινήτου

35

Πηγές πληροφόρησης

41

43


Solar car Chalkidis