Güneş Pilleri ile Calışan Motorlu Araçlar

lancelot

(tamami alintidir, quarters)

Neden Güneş Pili ile Çalışan Motorlu Araçlar

Şüphesiz ki bu sorunun cevabında tükenmek ifadesinin önemli bir yeri vardır. Doğanın tükenmesi , fosil yakıtların tükenmesi , ozon tabakasının tükenmesi ... İnsanoğlu hep nedense bir şeyler tükenmeye başladığında onun değerini anlamaya başlıyor!

İçten yanmalı motorlu araçlar her 300 km’ de yaklaşık olarak insan vücudu ağırlığındaki karbon dioksiti çevreye yayar. Bu da bizim Yeşil Sera Etkisine yeteri kadar katkıda bulunmamıza yeterlidir. Güneş ışınları dünyamıza ulaştığında yüzeyinin ısınmasına neden olur. Bu ısı ise normal şartlarda dünya yüzeyinden uzay boşluğuna zararsız bir şekilde yayılır. Fakat Yeşil Sera Etkisinin sonucunda ısı uzaya yayılamaz ve atmosferdeki gazlar tarafından tutularak dünya yüzeyinin artarak ısınmasına neden olur. Bu da dünyada iklimlerin değişmesine ve Kuzey Kutbu’ ndaki buzların eriyerek dünyadaki su seviyesinin yükselmesine , gelecekte de dünyanın büyük bir bölümünün sular altında kalmasına neden olacaktır.

Amerika Birleşik Devletlerinde her yıl yaklaşık olarak 60000 insan hava kirliliğine bağlı sebeplerden dolayı ölüyor. Bu hava kirliliğinin yaklaşık olarak dörtte biri arabaların egzostlarından çıkan gazlardan dolayı oluşmaktadır. Bu durumda sadece bizim sağlımızı değil , aynı zamanda da gezegenimizdeki bütün canlıların sağlığını riske atmış oluyoruz.

Hava kirliliği asit yağmurları ve zehirli sislerin büyük oranda sebeptir. Bu olaylar ise kanser , solunum ve kalp rahatsızlıklarının ortaya çıkmasına neden olmaktadır.

Hava kirliliği aynı zamanda Ozon Tabakası’ nın da tahrip olmasına neden olmaktadır. Güneşten gelen zararlı ışınları engelleyen koruyucu konumundaki Ozon Tabakası’ nın delinmesi ile başta deri kanseri ve rahatsızlıkları olmak üzere pek çok rahatsızlığın ortaya çıkmasına neden olur.

Otomobillerden egzost gazları ile atılan çevreye atılan zararlı maddeleri sıralarsak ; arsenik, asbestos , benzen , karbon monoksit , karbon dioksit , karbon tetraklörür , kloroflor karbon , kurşun , metan , metil kloroform , nitrojen dioksit , ozon , sülfür oksit.

Şekil-4.1. Günümüz Problemlerinin

En Başta Olanlarından Trafik. /6/

Çerçevemizi biraz daha genişletirsek , denizlerde petrol taşıyan tankerlerin kaza yapma ihtimallerini de unutmamamız gerekmektedir. Bu günümüz için bir ihtimal değil , günümüzün bir gerçeğidir. Bir tankerin kaza yapması durumunda yaratacağı kirliliği

önleyebilmemiz neredeyse imkansızdır ve denizlere kolay onarılamayacak yaralar açmaktayız. Günümüzde kısmen de olsa bu başarılıyor , fakat maliyeti oldukça fazladır.

İçten yanmalı motorlu araçların bir yılda sadece A.B.D.’ de 115 milyar galon yakıt tüketimi söz konusudur. Yani dünyadaki fosil yakıtlar olağanüstü bir hızla tüketilmektedir. Bunun anlamı doğanın 345 milyon yılda yarattığını insanoğlu birkaç yüzyılda tüketecek demektir. /6/

4.2. Güneş Pilli Motorlu Araçların Gelişimi

1983 yılında bir maceracı olan Hans Tholstrup , Avustralya kıtasını batıdan doğuya kadar ilk güneş gücü ile çalışan araçla geçti. 2 yıl sonra , The Swiss Tour de Sol , Hans Tholstrup adına 2000 millik Avustralya kıtasının baştan başa geçileceği sadece güneş pilli araçların katılabileceği yarışı organize edeceğini duyurdu. ( World Solar Challenge , WSC) İlk yarış 1987’ de yapıldı. General Motors ve Ford Motor Campany gibi büyük şirketler de yarışa katıldılar. General Motors tarafından geliştirilen ve Sunraycer adı verilen araç yarışı kazandı. Bu yarışta sadece birkaç ülkeden birkaç araç katıldı. Katılan ülkeler A.B.D , Japonya , Avustralya , Almanya ve Pakistan’ dan da bir yarışmacı. Amerika ve Japonya’daki birkaç üniversite ve lise oldukça güçlü tasarımlara sahip araçlarla yarışmaya katıldılar. Yarış , Avustralya’ nın bozuk yollarını kapsayan , Stuart Hıghway , Darwın’den Adelaide’ de kadar olan 2000 millik bir parkurdan oluşmaktadır. Yarış günü sabah saat 08:00’ de start verilir ve akşam saat 17:00’ de bitirilir. Her takım belli noktalara uğramak ve bazı kurallara uymak zorundadır. /9/

4.2.1. Güneş Pilli Araçların Yarışmaları

Şu anda güneş pilli araçlarla uğraşanların kendilerini sınayabilecekleri yerler , dünya çapında düzenlenen yarışlardır. Bunlardan bazıları :

Formula Sun , yılda bir kez düzenlenen , 3 gün boyunca süren bir yarış. Yarış ilk kez 2000 yılının yazında yapıldı Topeka , Kansas’ ta. Bu yarışla takımlar sezondaki diğer araçları tanıma ve kendi araçlarının konumunu görme açısından faydalı bir yarış.

World Solar Challenge , Avustralya kıtasının boydan boya geçildiği bu yarış , araçların dayanma gücünün test edildiği , düzenlenen en eski yarış konumunda. Bu yarış sezonun final yarışı olup , kazanana en çok prestiji kazandıran yarıştır.

American Solar Challenge , Avustralya’ da düzenlenen World Solar Challenge yarışının Amerika versiyonu biçimindedir. Bu yarışta da otomobillerin dayanıklılığı ölçülür. /8/

4.3. Güneş Pilli Motorlu Aracın Yapısı

4.3.1. Güneş Panelleri

Güneş pilli motorlu araçların yapımına ilk önce güneş panellerinden başlanır. Panel, üzerinde yüzlerce güneş pili (650-800 civarında , Raven aracında 732 tane güneş pili mevcuttur.) bulundurur. Bu da en az birkaç metre karelik bir alan demektir ( Raven’ da 8m2). Araçlarda kullanılan güneş pillerinin verimleri genellikle % 14’ tür. Güneş pili panelde kullanılmadan önce tek tek ve dikkatlice lehimlenir ve temizlenir. Bir diğer hazırlık da güneş pillerinin kompozit panellere (genelde 8 – 12 tane) takılmasıdır.

Bu panellerin ağırlıkları genellikle çok azdır. Güneş pillerinin , panele tam yapışabilmesi ve güvenirliliği arttırmak için genellikle özel bir vakum tekniği sayesinde panele iyice yapıştırılır. Bu işlerden sonra paneller silikon polimer ile kaplanırlar. Bu tabaka sayesinde panel hem dış etkenlerden daha iyi korunmuş olur , hem de su geçirmez bir hal alır. Herhangi bir arıza durumuna karşılık paneller genellikle oldukça kolay değiştirilebilir olarak dizayn edilirler ( birkaç dakikada ). Daha sonra pillerdeki elektronik devreler , bütün panele bağlanarak , ideal şartlarda 800 - 960 W’ lık bir güç çıkışı sağlanabilir.

a. b.

Şekil-4.2. Purdue Üniversitesi Tarafından Geliştirilen Heliophile Pi ( b. ) Aracı ve Araçtaki Güneş Panelleri ( a. ). /8/

Panel malzemesi olarak genellikle fiberglas kompozitleri kullanılır. Panellerde kullanılan piller 10cm x 10cm boyutlarında ve bir pilin çıkışı 3.1 A ve 0.484 V’ tur. /6/

4.3.2. Depo Piller

Şekil-4.3. Araçlarda Kullanılan Depo Piller. /8/

Güneş panelindeki enerjiyi , araçta doğrudan kullanamayız. Çünkü paneller her zaman için istenilen gücü veremeyebilirler. Bu yüzden enerjiyi depo pillerde depolarız ve oradan kullanırız. Bu piller motoru çalıştıracak gücü sağlayabilmelidirler. Heliophile Pi aracında GM Ovonic firmasının ürettiği 4 tane Nikel - Metal Hibrid pili kullanılmaktadır. Piller aracın en ağır parçalarını oluşturmaktadırlar , her bir pilin ağırlığı yaklaşık olarak 18,4 kg’ dır. Pillerden elde edilen güç yaklaşık olarak 5 kwh’ tır ve bu da motoru çalıştırmaya ve aracın saatte 30 mil kadar hız yapmasını sağlayabilir. /8/

4.3.3. Şasi

Aracın şasisinin yapımında 1” lik çelik borular kullanılır. Çelik kullanılmasının sebebi ise dayanıklılığı , dizayn ve konstrüksiyonda gösterdiği kolaylıktır. Şasi güneş panellerini , depo pillerini , aracın tekerlek ve süspansiyonu , sürücüyü ve araçtaki diğer bütün yapıları taşır. /8/

4.3.4. Motor

Bu tür araçlarda kullanılan motorlar 10-12 BG’de olan motorlardır. Motor gücünü depo pillerden almaktadır. Bu motorlar elektrikli motorlu araçlarda kullanılan motorlarla aynı yapı ve çalışma sistemindedirler. Elektrik motorlarının verimi içten yanmalı motorların verimine oranla oldukça iyidir ( maksimum % 96 ).

Heliophile Pi aracında New Generation Motors’ un geliştirdiği 10 BG’ deki motor kullanılır. Motorun verimi %90’ dır. /6/

Şekil-4.4. Güneş Pilli Motorlu Araç Motoru. /8/

4.3.5. Süspansiyon Sistemi

a) b)

Şekil-4.5. Güneş Pilli Motorlu Araç Süspansiyonları. /6/

Güneş pilli motorlu araçlarda çift dirsekli süspansiyon kullanılır. Süspansiyonun dizayn ve yapımı genellikle takımı oluşturan üyeler tarafından yapılır. Süspansiyonun eklem yerlerinde , uçaklarda kullanılan oldukça hafif ve çok dayanıklı , kaliteli 12” lik alüminyum dirsekler kullanılır. Süspansiyonda kullanılan borular ¾” çapındadır ve çeper kalınlıkları 0.065” tir. Eklem yerlerinde yaklaşık olarak 2” lik bir oynaklığa izin verilecek şekilde dizaynı yapılır. /6/

4.3.6. Araç Gövdesi

Araç gövdesinin yapımında en çok dikkat edilen şey aerodinamik bir yapı oluşturacak şekilde dizayndır. Gövdeler aynı uçaklar gibi rüzgar tünelinde ve bazı aerodinamik testlere tabi tutulurlar. Gövdenin yapısında , yüksek hızlarda aracın dengesini kaybetmesine izin vermeyecek sert ve eğilmez , iskelete boy ve genişlikte de destek olacak karbon fider , köpük ve fiberglas kompozitleri kullanılır. Gövde iki parçadan yapılır. Birinci parçayı burun oluşturur. Birinci parçanın arka kısmını ise kokpitin ön kısmı oluşturur. Diğer parça ise kokpitin arka kısmını ve aracın kuyruğunu içerir. Konstrüksiyonunda ilk önce köpükten gövdenin bir modeli yapılır. Daha sonra birkaç kat fiberglas yüzeye yayılır ve vakum-pompalama yöntemi ile dış yüzeyine karbon fiber nüfuz ettirilerek de maksimum sertlik ve rijitlik sağlanmış olur.

Raven aracının ölçüleri ; yüksekliği 1.05m , genişliği 2m , uzunluğu 6m , gövdenin kalınlığı 1/4” , ağırlığı 80 lbs. /6/

a. b.

Şekil-4.6. a. Fiberglas Kaplanmış Araç Gövdesinin Ön Kısmı. /6/

b. Gövdenin Ön Kısmında , Kokpitin Bulunduğu Arka Taraf. /8/

4.3.7. Frenler

Araçta frenler öndeki iki tekerlektedir. Kullanılan frenler , motorsikletlerde kullanılan disk frenlerdendir. Fren sistemi araçta yer alan en önemli sistemlerden biri olarak görüldüğü için, ön tekerleklere takılırken çok dikkatli olunur. 90 km/h hızla giden bir araç 20 m içinde durabilir , ki bu da içten yanmalı motorlu araçların acil durumlardaki fren mesafesine eşittir. Bu da kullanılan frenlerin oldukça güvenli olduklarını kanıtlar. /6/

MAKALEOFİSİ