Nog een paar weekjes, en dan begint ie weer: de Bridgestone World Solar Challenge, ofwel BWSC, een wedstrijd van 3000 km dwars door Australie. Voor de vaste lezers van dit blog geen onbekende. Dit wordt hoogstwaarschijnlijk een hele boeiende editie: de regelwijzigingen van deze editie hebben gezorgd voor een Cambrische explosie van nieuwe soorten zonnewagens. En dat was, eigenlijk, wel nodig ook. Om bij dat laatste te beginnen: de BWSC is eerst en vooral een ontwerpwedstrijd. Dat raakt nog wel eens op de achtergrond omdat de wedstrijd is opgezet als een soort roadmovie dwars door de outback van een fascinerend continent, met (voor de Challenger-klasse*) een even simpel als uitdagend doel: degene die als eerste over de streep in Adelaide komt, die wint. Maar in de kern draait de wedstrijd niet om die vier, vijf dagen door Australië, maar om het jaar ervoor: wanneer de teams proberen de allerbeste zonnewagen te bouwen.
Regels
In juni, ruim een jaar voor de BWSC, publiceert de organisatie het wedstrijdreglement voor de komende editie: een complexe set regels waar elk team aan moet voldoen (of dat zo is wordt vlak voor de wedstrijd, tijdens de ‘scrutineering’, gecheckt). Zodra de regels bekend zijn, begint voor elk team in het diepste geheim een ontwerpproces: hoe bouwen we binnen de bestaande regels een zo efficiënt mogelijke zonnewagen? Anders gezegd: hoe haal ik een zo hoog mogelijke gemiddelde snelheid? Hoe haal ik zoveel mogelijk energie uit mijn paneel, zorg ik ervoor dat rijden zo min mogelijk energie kost, zorg ik dat ik 3000 km betrouwbaar kan rijden en dat het project binnen budget blijft? In de praktijk een ingewikkelde afweging tussen de belangen van de aerodynamica, structuur, veiligheid etc die elkaar stevig in de weg kunnen zitten.
De regels schrijven voor hoeveel je van welke soort zonnepanelen mag gebruiken, hoe groot de ‘box’ is waar de wagen in moet passen, wat de zitpositie van de coureur moet zijn, hoe snel deze zelfstandig uit de wagen moet kunnen komen, hoe de claxon moet klinken, en zo nog honderden regels meer (als je zin hebt, lees zelf maar). Nieuwe regeltjes over het hoofd zien kan je duur komen te staan. Zo had het Nuon Solar Team van Nuna7 de nieuwe regel gemist dat er op de neus van de zonnewagen in de editie van 2013 een sticker van der organisatie moest. Het team moest hemel en aarde bewegen om toch te mogen starten, en ontsnapte doordat de regel wat ambivalent was opgeschreven. Het team van Michigan miste vorige editie een regeltje over de zichtbaarheid van het nummerbord, en moest ter plekke in de canopy (de koepel van de bestuurder) een gat zagen – niet ideaal voor de luchtweerstand. Door de vele regels is de scrutineering voor de race een nagelbijtend moment voor alle teams.
Concentrators
Soms profiteren teams van mazen in de regels. De roemruchte ‘concentrators’ van dezelfde Nuna7 waren daar in 2013 een voorbeeld van: de regels schreven precies voor hoeveel vierkante meter zonnepaneel je maximaal mocht gebruiken, maar er stond niet dat ze op je auto moest zitten. Het team had een halve zonnecel over en bedacht een truc om met speciale lenzen heel veel zonlicht te concentreren op een een paar piepkleine stukjes resterend zonnepaneel en zo tijdens het ‘statisch laden’ tijdens de pitstop heel veel extra stroom in de accu te blazen. Het gaf een cruciaal voordeel in een spannende race, hoewel het ook een gok was: als het weer was tegengevallen, waren de concentrators vooral dood gewicht geweest.
De regels worden elke editie aangepast. De belangrijkste reden is dat de teams steeds beter worden, en de organisatie de snelheden niet te hoog wil laten worden. De wedstrijd (expliciet geen ‘race’) vindt immers plaats op de openbare weg. Het record staat op naam van Nuna3, met 103 km/u gemiddeld (!). Daarna is de gemiddelde snelheid van de winnaar geleidelijk gezakt naar rond de 90 km/u, doordat de teams steeds minder zonnepaneel mochten gebruiken.
Beetje saai
In alle eerlijkheid begon het ontwerpelement van de wedstrijd rond 2011 een beetje saai te worden. Het hele topsegment reed rond in driewielers, klonen van het concept waarmee de Delftse studenten rond de eeuwwisseling hun eerste race wonnen. In 2013 veranderden de regels wezenlijk en werden vierwielers verplicht. De top stapte in 2013 en 2015 over op de asymmetrische catamaran: vierwielers met de bestuurder in de wielkap aan een van beide zijden. Omdat de topteams steeds beter werden, en er steeds meer goede teams kwamen, werd de wedstrijd zelf wel veel spannender: de tijdsverschillen werden steeds kleiner.
Maar het ontwerponderdeel was een beetje eenheidsworst, omdat de regels vrij weinig bewegingsruimte gaven. Dat had vooral te maken met de regels voor de ‘box’ waarin de auto moest passen, in combinatie met het maximale opervlak van het zonnepaneel. In 2015 mocht je 6 m² siliciumpaneel gebruiken, in een box van 4.5 x 1.8 m. Reken maar na, dat past maar net.
Je mocht in 2015 overigens ook 3 m² GaliumArsenide zonnepaneel gebruiken (wat satellieten gebruiken: veel hoger rendement, maar duur). Tot 2015 was die afweging een no-brainer: bijna niemand gebruikte GaAs, het leverde niet genoeg stroom. Dus startte iedereen het ontwerpproces met dezelfde silicium rechthoek.
Cambrische explosie
En oh boy: DAT is dit jaar wel anders. De ‘box’ is zelfs wat groter geworden (5 x 2.2 m), maar nu mag je nog maar 4 m² siliciumpaneel gebruiken. Dat geeft veel meer ontwerpruimte. Dit jaar mag je ook 2,6 m2 galiumarsenide gebruiken, een voor GaAs veel gunstigere verhouding dan in 2015. Die combinatie heeft geleid tot een explosie aan verschillende ontwerpoplossingen bij de topteams: van de vijf grote kanshebbers lijken er maar twee dezelfde oplossing gekozen hebben.
Het ontwerpen van een zonnewagen is een optimalisatie van heel veel factoren, die elkaar soms danig in de weg zitten. Allereerst is er natuurlijk de vraag ‘hoeveel stroom krijg ik binnen’? GaAs heeft een hoger rendement dan silicium, en 2,6 m² GaAs lijkt op het eerste gezicht vergelijkbaar met 4 m² Si. Alleen: een kleinere auto heeft minder luchtweerstand, en dus minder stroom nodig, en is in principe lichter. En het weer speelt een grote rol: een zonnepaneel wordt rap slechter als het heet wordt – dat is de reden waarom je in Australië in het verleden allemaal teams met spuitbusjes water zagen sproeien op de panelen. En nog een regelwijziging: dat mag niet meer deze editie. Als het in de outback echt heet wordt, dan lijkt GaAs een voordeel te hebben: het rendement gaat minder hard achteruit als de cellen heet worden , maar niks zo veranderlijk als het weer. Hetzelfde geldt voor wind: in de de zuidelijke outback wil het nog wel eens echt hard waaien. Hoe gaan de wagens het doen bij forse zijwind? En dan is er nog een issue met budget: GaAs is fors duurder dan Silicium, dus als je voor GaAs kiest neemt dat een hap uit je budget. Geld dat je niet aan andere projecten kunt besteden die mogelijk tijdwinst opleveren.
Dat de regels van de editie 2017 interessant gekozen zijn, blijkt wel uit de enorme variëteit in ontwerpen waar de topteams mee komen: zesvoudig winnaar Nuon Solar Team (Delft, Nuna9) en Leuven (Punch) kozen voor zeer kleine catamarans op GaAs, Twente heeft een grotere catamaran op Silicium, Michigan (VS) en tweevoudig winnaar Tokai hebben een sigaar met Silicium-paneel. De interessante outsider Tokaguin, vorige keer sterk in de Cruiser-klasse, komt helemaal met iets opmerkelijks (ik hoop wel voor ze dat er weinig wind is ;)).
Wie gaat dit winnen? Geen idee. Een goede auto ontwerpen is sowieso maar de helft van het verhaal. Je moet er 3000 km vlekkeloos mee kunnen rijden, zonder technische storingen of lekke banden – en bedenk dat de auto’s daarvoor niet bijster veel testkilometers hebben gemaakt. En moet de auto en de accu er ook nog zien te krijgen (geen sinecure). En wellicht heeft nog iemand, zoals Nuna7 in 2013, een mogelijkheid in de regels gevonden die de rest niet heeft gezien.
De afgelopen twee edities (waar ik bij was) waren zenuwslopend spannend, de topteams kruipen in hun optimalisatie en ontwerpprocessen steeds dichter bij elkaar. Tijdens de ‘pitstops’ om de 300 km, waar je een half uur stil moet staan, stonden we in 2015 de hele race met 4, 5 teams bij elkaar. Vanuit het kamp in de Outback konden we de lampen van het tentenkamp van de concullega’s van Twente meestal zien. Ik zie geen reden waarom dat dit jaar niet weer zo gaat zijn.
En tegelijkertijd: wie wint doet er niet eens zo heel veel toe. Het is een verschrikkelijk cliché, maar ‘iedereen wint’. Een goeie ingenieur wordt je niet in de collegezaal. Ook niet in de Outback trouwens. Een goeie ingenieur wordt je in de lange maanden ervoor, waarin je probeert te begrijpen waarom het maar niet lijkt te lukken om een goede competitieve zonnewagen te maken. Dat valt uiteindelijk vaak reuze mee.
Michel
* de wedstrijd kent drie klasses. Bij de Challengers draait het puur om snelheid, bij de Cruisers (waar de collega’s van Eindhoven meedoen) om gebruiksgemak. Dat zijn meer praktische wagens, maar helaas is de wedstrijd weinig spannend opgezet. Er is nog een derde ‘spek-en-bonen’ klasse, de Adventure-class, waar je met oudere zonnewagens aan mee mag doen. Die is vooral om ervaring op te doen. Er doen deze editie maar twee teams mee.
**foto’s courtesy van de verschillende teams, die van Nuon Solar Team zijn van HP van Velthoven en Jorrit Lousberg
*** veel van deze kennis komt van het uitstekende weblog van een mysterieuze blogger, genaamd MostDece. Lees zijn blogs!
