داخل سباق سرعة الضوء لبناء سيارة ركاب تعمل بالطاقة الشمسية

إن تحدي بريدجستون العالمي للطاقة الشمسية ليس سباق السيارات النموذجي الخاص بإذابة الإطارات وإشعال الغاز. بدلاً من الدوران بذراع الخانق حول سطح بيضاوي أسود، فهو بمثابة اختبار تحمل صديق للبيئة عبر المناطق النائية الأسترالية.

على مدار أربعة أيام، تم تشغيل آلات فرانكن التجريبية لمسافة 2000 ميل من داروين إلى أديلايد، باستخدام الطاقة الشمسية في المقام الأول. لا تبدو معظم المركبات مثل متسابقي الفورمولا 1 المدببين. صُممت بعض المركبات لتعمل تحت أشعة الشمس، وتشبه الحوامات الجاهزة لاستقبال المريخ، والبعض الآخر يشبه فطائر البوب ​​الشمسية ذات الأربع عجلات.

قبل بضع سنوات، كانت فضول السيارات التي فازت بالتحدي العالمي للطاقة الشمسية عبارة عن قصة عرضية ظهرت عبر موجز تويتر الخاص بك. مع إطلاق المركبات التي تعمل بالطاقة الشمسية في الشوارع مثل Lightyear One و

سونوس موتورز سيون، بالإضافة إلى لاعبين معروفين مثل تويوتا وكيا، بدأ سباق جديد لتصبح أكبر شركة سيارات تعمل بالطاقة الشمسية في العالم.

لدى سيارات السيدان التي تعمل بأشعة الشمس الكثير من المتشككين والمنتقدين. يقول جيريمي ميشالك، أستاذ جامعة كارنيجي ميلون، ومدير مجموعة كهربة المركبات بالجامعة، إن الألواح الشمسية هي وسيلة غالي طريقة الحصول على أميال. المحارب الكهربائي إيلون ماسك يتذمر مفهوم: "المكان الأقل كفاءة لوضع الطاقة الشمسية هو السيارة."

إعادة النظر في بنية السيارة

كان أرجو فان دير هام طالبًا مبتدئًا في الهندسة الكهربائية بجامعة أيندهوفن للتكنولوجيا في هولندا عندما تعرف على أحد معارفه من طلب نادي التزلج السريع بالمدرسة، ليكس هوفسلوت، الاجتماع بشأن الانضمام إلى فريق كان يجمعه لدخول سيارة في World Solar تحدي. كان فان دير هام يركز على درجة الماجستير وكان حذرًا من المشروع. لكن في الاجتماع الأول، بدأ زملاؤه المهندسون في رسم مخططات للمركبة المقترحة، وبحلول الوقت الذي عاد فيه الشاب إلى المنزل في تلك الليلة، كان مهووسًا به.

منذ نهاية عام 2012 وحتى بداية عام 2013، قام 20 طالبًا من الجامعة الهولندية بتصميم وتصنيع مركبة مسطحة للغاية بحيث تبدو وكأنها شطيرة آيس كريم من عصر الفضاء. وفي سباق أكتوبر، احتل فريق أيندهوفن المركز الثالث خلف ويلز وألمانيا. ولكن في فئة الطراد، أخذ الحكام في الاعتبار التصميم والتطبيق العملي، وأعلنوا لاحقًا أن أيندهوفن هي الفائز الإجمالي.

تجسس Hoefsloot على جائزة أكبر وأسس شركة Lightyear للطاقة الشمسية مع فان دير هام كرئيس تنفيذي للتكنولوجيا. وبعد سبع سنوات، قام الفريق بصياغة ما تعلموه في نموذج أولي يبدو أقل شبهاً بساندويتش الآيس كريم وأكثر شبهاً بالواجهة الأنيقة لقطار سريع. من المحتمل أن تكلف حوالي 165000 دولار بمجرد وصولها إلى السوق في نهاية عام 2021 (يمكنك احجز واحدة الآن عن طريق خفض مبلغ قابل للاسترداد قدره 4000 دولار). ستصل نسخة من طراز "Tesla Model 3" بأسعار معقولة بعد عامين. ولبدء الأمور، جمعت شركة Lightyear مبلغ 30 مليون دولار، ولديها 120 طلبًا مسبقًا، وعرضت سيارتها التجريبية في معرض CES في لاس فيغاس أمام المنتدى الاقتصادي العالمي في دافوس بسويسرا.

إذًا، ما الذي يعرفه الفريق الذي يقف وراء فريق Lightyear One للسيارات عن المحركات التي تعمل بالطاقة الشمسية ولا يعرفها " ماسك "؟ "إذا أعاد "إيلون" النظر في هذا القرار اليوم وأتيحت له الفرصة لبناء هيكل سيارته من الصفر يقول فان دير: "اليوم بدلاً من عام 2004 [عندما تم تصميم نماذج تسلا المبكرة]، كان سيتوصل إلى نتيجة مختلفة". لحم خنزير. "إن السيارة الشمسية تعمل لصالح شركة Lightyear لأننا نقوم بالهندسة المعمارية من الألف إلى الياء."

يحدث الكثير من أهم ابتكارات شركة Lightyear قبل أن تقوم بتوصيل الألواح الشمسية وتركيب البطاريات. تتسع سيارة Lightyear One لخمسة أشخاص، ويبلغ وزنها 2500 رطل. يبلغ وزن سيارة بريوس الميزان 3375 رطلاً. يأتي طراز Tesla Model 3 بين 3500 و 4100.

"عليك حقًا أن تنظر إلى الأساسيات أولاً،" يوضح فان دير هام حول ميزة الوزن التي تتمتع بها سيارة Lightyear One مقارنة بالسيارات الأخرى. "هذا هو المكان الذي ستحدث فيه الفرق الأكبر - في الهندسة المعمارية. ليس في تفاصيل التكنولوجيا."

تسليط الضوء على الاختبارات الجديدة والحيل القديمة

وكانت شركات أخرى، كبيرة وصغيرة، تعبث بالطاقة الشمسية لبعض الوقت. ومن عام 2010 إلى عام 2015، عرضت تويوتا سقفًا شمسيًا في أمريكا كجزء من حزمة فاخرة اختيارية لسيارة بريوس والتي تضمنت أيضًا مقاعد جلدية وتكييف هواء يمكن التحكم فيه عن بعد. اشترى حوالي 95000 عميل أمريكي الحزمة الاختيارية خلال تلك السنوات. منذ ديسمبر 2019، باعت الشركة أيضًا 4500 سيارة بريوس PHV الجديدة في اليابان وأوروبا، والتي تحتوي على ألواح شمسية على السطح قادرة على توليد 160 واط - وهو ما يكفي للمساعدة في الطاقة الإضافية ولكن ليس لتحريك السيارة لأميال كبيرة (هذا الخيار غير متوفر حاليًا في نحن.).

قامت تويوتا مؤخرًا ببناء أ نموذج بريوس مع خلايا بطارية شمسية عالية الكفاءة مصنوعة من شركة Sharp يمكنها توليد 860 واط، وهو ما يكفي لتشغيل السيارة لمسافة تزيد عن 25 ميلًا في اليوم. يعمل الإصدار الجديد أيضًا على توسيع تغطية الخلية من السقف فقط إلى غطاء المحرك وباب الفتحة الخلفية وجناح صندوق السيارة. وبينما أثارت تويوتا الكثير من الضجة حول الاختبارات، امتدت فترة المراجعة حتى فبراير 2020 مع عدم وجود خطط ثابتة لظهور الطراز الأكثر صداقة للبيئة في السوق. إذا تقدمت الشركة اليابانية بمركبة كهربائية أو هجينة تحتوي على ما يكفي من الألواح الشمسية لتشغيل السيارة، فإن حصتها في السوق الهجين تمنحها بالفعل ميزة كبيرة على أي شركة ناشئة. يمكن القول إن شركة تويوتا تتمتع بالخبرة الأكبر من أي شركة سيارات أخرى فيما يتعلق بتسويق المركبات الشمسية، حتى تلك ذات القدرة المحدودة.

تبيع شركة Kia/Hyundai أسقفًا شمسية اختيارية (مقابل حوالي 1000 دولار) في طرازي Sonata وOptima الهجينين في كوريا. لدى الشركة خطط لتقديم الترقية في الأسواق الخارجية، لكن الممثلين لن يكشفوا عن التفاصيل. وفي الظروف المثالية، تمنح الأسطح المركبات حوالي 800 ميل إضافي سنويًا.

يشير فان دير هام إلى السقف الشمسي لسيارة سوناتا باعتباره جهدًا رمزيًا مقارنة بالتكامل في Lightyear إحداها، والتي وعد بأنها ستقطع 8300 ميل سنويًا بخلاياها الشمسية، حتى في مدينة ضبابية مثل سان فرانسيسكو. يعود جزء كبير من مميزات Lightyear إلى وزن الجسم، وهو مصنوع من مركب ألياف الكربون والألومنيوم مقابل سيارة أكثر تقليدية مثل سوناتا، وهي مصنوعة من الفولاذ (فولاذ عالي القوة وخفيف الوزن نسبيًا، ولكن ما زال).

سونو موتورز

تستخدم شركة Sono Motors الألمانية إطارًا من الألومنيوم خفيف الوزن لتقليل وزن سيارتها سيون التي تعمل بالطاقة الشمسية. إذا كانت Lightyear هي الرحلة الرياضية للأشخاص المهتمين بالبيئة، فإن Sion هي البديل المعقول التكلفة للإصدارات التجريبية المعقولة التي تعبد الشمس. تتميز الهاتشباك السوداء الصندوقية بمقدمة مائلة وهاتشباك تذكرنا بسيارة هوندا فيت وتأتي بلون واحد فقط، وهو الأسود. هذا الاختيار، مثل العديد من الميزات الموجودة في السيارة، تم تحديده من قبل المجتمع الذي يمول المشروع.

قام أكثر من 10000 شخص بالطلب المسبق لسيارة Sion من خلال دفع مبلغ 550 دولارًا قابلاً للاسترداد مقابل سعر الشراء البالغ 28000 دولارًا. ومن المقرر التسليم في أوائل عام 2022. وهذا يمثل ثقة كبيرة في المؤسسين الذين بدأوا المشروع عندما كانوا طلابًا ولم يبنوا نموذجًا أوليًا رسميًا بعد. السيارة التي كانوا يتجولون حولها لا تفعل الكثير لإخفاء مكان الألواح الشمسية، بل إنها تحتوي على عمود توجيه من BMW (سيتم استبداله لاحقًا بعمود خاص). ولم يتم الانتهاء بعد من القرارات الأخرى، مثل ما إذا كانت سيارة الإنتاج ستكون ذات دفع أمامي أو خلفي. وقد ساعد هذا النهج المنفتح في التنمية سونو مؤخرًا بتمويل جماعي 55 مليون دولار للمساعدة في بناء نماذج أولية وطرح السيارة في السوق.

تعد شركة سونو بأن الطاقة الشمسية ستدفع سيون لمسافة 10 أميال في اليوم، وهو ما قد لا يبدو كثيرًا، ولكن هذا يعادل ما يقوده راكب ألماني نموذجي في يوم واحد، كما يقول أحد ممثلي الشركة. سيكون تخزين البطارية قابلاً للشحن لمدة تصل إلى 200 إلى 250 ميلاً. تشمل الميزات العملية الأخرى القدرة على إنزال المقاعد الأمامية والخلفية لتوفير مساحة تخزينية تبلغ 8 أقدام، بالإضافة إلى قسم على منفذ شحن المصد الأمامي حيث يمكن للمستخدمين توصيل الأجهزة المنزلية (في حالة الحاجة إلى مزج عصير أثناء التخييم).

إن بناء سيارة تعمل بالطاقة الشمسية ليس بالأمر السهل أو الرخيص

إذا بدا أن عالم السيارات الشمسية يفتقد البراعة الأمريكية، فهذا ليس صحيحا تماما. قدمت شركة فورد سيارة C-MAX Solar Energi Concept في معرض CES عام 2014، ولكن لم يتم سماع الكثير من الأخبار منذ ذلك الحين. تمتلك جامعة ميشيغان أحد أفضل فرق سباق السيارات الشمسية في العالم، حيث فازت بالعديد من المسابقات الوطنية وحصلت على المركز الثالث في تحدي بريدجستون العالمي للطاقة الشمسية لعام 2019.

يدير البروفيسور نيل داسجوبتا، مستشار هيئة التدريس لفريق السباق في ميشيغان، مختبرًا بحثيًا يركز على الطاقة الشمسية والبطاريات، ويقول إن شركات السيارات الشمسية من المرجح أن تتصارع مع العديد من المقايضات.

بالنسبة للمبتدئين، فإن بناء سيارة تعمل بالطاقة الشمسية ليس بالأمر الرخيص. وبطبيعة الحال، هناك الخلايا الكهروضوئية والبطاريات. ثم هناك الجسم المركب من ألياف الكربون الذي تستخدمه شركة Lightyear وجامعة ميشيغان لخفض وزن سياراتهم. يوضح داسغوبتا أن كل رطل من ألياف الكربون المركبة يكلف الكثير. والخبر السار هو أن المادة خفيفة الوزن نسبيًا يمكن أن تكون آمنة بشكل مثير للإعجاب.

ويشير البروفيسور إلى أن "سائقي سيارات السباق يخرجون من الاصطدامات بسرعة 100 ميل في الساعة". "هذه السيارات مصنوعة جزئيًا من مركب ألياف الكربون. ويمكن أن ينتهي بهم الأمر في الواقع إلى أن يكونوا أكثر أمانًا من السيارات المصنوعة من الفولاذ. يرى العديد من مصنعي السيارات الإمكانات الموجودة في صنع أجسام من المادة، ولكن يجب إجراء المزيد من البحث والتطوير لخفض التكلفة. لا يزال يتعين على الشركات الناشئة التي تصنع سيارات تعمل بالطاقة الشمسية باستخدام الخلايا الشمسية والبطاريات عالية الكفاءة والأجسام المركبة من ألياف الكربون أن تكون مربحة.

يقول داسجوبتا: "سواء تمكنوا من خفض تكاليف التصنيع إلى حيث يكون ذلك منطقيًا أم لا، فإن ذلك سيحدد نجاح أو فشل الشركة الناشئة". وبالنظر إلى التكنولوجيا الحالية، فهو لا يتوقع أيضًا وجود العديد من الشاحنات الصغيرة أو سيارات الدفع الرباعي التي تعمل بالطاقة الشمسية في أي وقت قريبًا، نظرًا لأن المساحة الإضافية للألواح لا تكفي عادةً لتشغيل مركبة أثقل لفترة طويلة المسافات. السقف الشمسي المعروض على الجديد سيارة الدفع الرباعي فيسكرعلى سبيل المثال، يضيف فقط 1000 ميل سنويًا إلى السيارة.

تحاول شركة سيون خفض التكاليف من خلال استخدام بعض قطع غيار السيارات الموجودة بالفعل في السوق. وتحاول الشركة أيضًا الحد من استخدام الطاقة الزائدة أثناء الإنتاج من خلال إعادة التفكير في خط تجميع السيارات. على سبيل المثال، سيتم صبغ ألواح الجسم بالألوان بدلاً من طلائها لتوفير الطاقة وتكاليف الإنتاج.

الدروس المستفادة

يقول فان دير هام إن أحد الدروس التي تعلمها من مشاهدة شركة تيسلا وهي تنمو هو أهمية عدم محاولة القيام بالكثير داخل الشركة.

ويوضح قائلاً: "نحن شركة شراكة". "الفكرة الكاملة وراء Lightyear هي استخدام الأشياء والبنية التحتية الحالية قدر الإمكان." يتم تصنيع الألواح الشمسية للسيارة في كاليفورنيا قوة الشمس، على سبيل المثال.

ويقول: "إننا نقوم ببعض الحيل لجعل الألواح فعالة حقًا"، بما في ذلك التصميم الذي يضمن أن اللوحات الموجودة في الظل أو المغطاة بفضلات الطيور لا تؤدي إلى إبطاء سرعة الشحن الإجمالية.

إن تحسين الألواح والبطارية والجسم يجعل Lightyear One أكثر كفاءة بمرتين من Tesla Model S. في الواقع، قام الفريق بتحليل تأثير وضع الألواح الشمسية على نموذج إيلون ماسك 3، وقدر أنه سيضيف فقط 3000 ميل سنويًا مقابل 8000 ميل في Lightyear One.

يقول فان دير هام: "وبهذا المعنى، أتفق مع تعليق إيلون". "إن وضع لوحة شمسية الآن على الطراز 3 لا يضيف الكثير."

إذا كنت لا تستطيع الانتظار بضع سنوات للحصول على سيارة جديدة تعمل بالطاقة الشمسية، فاطلع على مشروع قام به مستخدمو YouTube Bryce & Courtney، الذين تركوا وظائفهم وقاموا بتحويل سيارة 1988 دودج رام فان في عربة بها ألواح شمسية على السطح وقاموا بجولة حول الولايات المتحدة. أليس لديك 165000 دولار لإنفاقها على رحلة جديدة بالطاقة الشمسية؟ ما عليك سوى تثبيت لوحين في الجزء العلوي من سيارتك الحالية مقابل 1000 دولار تقريبًا.

توصيات المحررين

• تعتبر سيارة Sony Honda Afeela ذروة معرض CES، وأنا هنا تمامًا من أجل ذلك
• تستضيف CES اليوم سباق سيارات ذاتية القيادة عالي السرعة. مشاهدته هنا
• تكشف فولفو عن سيارة 2022 C40 Recharge الكهربائية المزودة بتقنية داخل السيارة تعمل بنظام Android
• تؤكد شركة صناعة السيارات أن شركة Apple تجري محادثات مع شركة Hyundai بشأن السيارة المحتملة
• يقول المحلل: استخدم المكابح لتوقعات شركة Apple Car