Archimede Solar Car: missione Marocco
Archimede Solar Car: credere, fortissimamente credere nel futuro!
Il progetto Archimede Solar Car si sviluppa attraverso un gruppo di persone che circa 4 anni
fa si sono costituite in associazione spinte dal desiderio di mettere a disposizione della
ricerca le proprie capacità ed esperienze professionali finalizzate alla realizzazione di
prototipi di veicoli alimentati da energia alternativa low cost.
Le finalità:
- realizzare e diffondere modelli di mobilità efficienti e rispettosi dell’ambiente per promuovere
nella società una cultura ambientale e una maggiore consapevolezza rispetto al tema della
mobilità sostenibile
- diffondere la consapevolezza che, anche iniziando da scelte e comportamenti individuali, è
possibile migliorare l’ambiente e promuovere il benessere
- sviluppare rapporti istituzionali con enti pubblici e privati nazionali ed internazionali per
l’interscambio di informazioni nel settore delle energie rinnovabili e le possibili applicazioni;
- sensibilizzare gli amministratori locali ad attuare politiche che favoriscano la mobilità
sostenibile, adeguando le infrastrutture con la realizzazione di percorsi ciclabili, punti di
ricarica fotovoltaici lungo gli stessi e campagne informative rivolte agli operatori del settore e
ai cittadini. Morocco Solar Race: la corsa
Sotto il patrocinio del re Mohammed VI, l’IRESEN organizza la terza edizione della Moroccan
Solar Race Challenge il 12 e 13 settembre 2015. Questa edizione vede la partecipazione di
molte vetture solari, sia marocchine che straniere, e l’Archimede Solar Car sarà tra queste.
Obiettivo del governo
marocchino è quello di testare le
competenze locali nell’ambito
della ricerca universitaria rivolta
allo sviluppo delle energie
rinnovabili e creare occasioni di
confronto con altre realtà
straniere anch’esse sviluppatesi
sotto il patrocinio di università ed
istituti di ricerca
www.moroccansolarrace.com
Morocco Solar Race: il tragitto
La terza edizione del Moroccan Solar Race Challenge si svolgerà lungo lo stesso tragitto
delle precedenti edizioni, ovvero gli 82 km circa che separano la città di Marrakech, punto di
partenza, da Ben Guérir, la città di arrivo.
Entrambe le città sono connotate da diversi progetti di ricerca nell’ambito delle smart cities
volti ad avere un impatto positivo sull’ambiente.
Archimede Solar Car
Il prototipo Archimede è un veicolo elettrico alimentato completamente da energia solare
diretta. Le celle contenute nei pannelli solari che ricoprono la parte superiore del veicolo
convertono l'energia del sole in energia elettrica. Questa, attraverso un sistema hardware
ricarica un pacco batterie che permette l’alimentazione del motore elettrico.
Nella progettazione di Archimede ci siamo subito resi conto che il rapporto energia prodotta e
energia spesa era nettamente a favore della seconda variabile quindi i nostri sforzi progettuali si
sono rivolti ad ottenere stati di massima efficienza nel settore delle masse aerodinamiche e
della gestione delle energie. Cercando sempre di rimanere nello spirito progettuale del low cost.
Rendering 3D Archimede Solar Car
La struttura portante
Il corpo del prototipo è progettato con tre obiettivi principali:
1° fornire un'ampia superficie superiore per il montaggio delle celle solari
2° essere estremamente leggero ma nello stesso tempo resistente
3° avere una resistenza agli urti e alle vibrazioni
Per il punto primo siamo stati condizionati da alcuni regolamenti che prevedevano ingombro
massimo della vettura di 4500 mm in lunghezza e di 1800 mm in larghezza.
Per il punto secondo abbiamo studiato la possibilità di realizzare l’intera vettura in composito di
carbonio ma i costi risultavano proibitivi abbiamo quindi trovato una soluzione intermedia:
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utilizzare un sandwich di alveolare
dall’alluminio con una copertura di
kevlar.
L'impiego di tale struttura è quindi
paragonabile al concetto della trave
con sezione a L, dove l'anima serve
ad aumentare la rigidezza flessionale
nella direzione della stessa.
Per il punto terzo abbiamo ricercato un compromesso tra rigidità e leggerezza.
La proprietà che ha spinto ad impiegare l'alluminio è senza dubbio la densità; il valore che fa
segnare alla bilancia (2,7 kg/dm3) è pari alla metà di quello del titanio e addirittura un terzo di
quello dell'acciaio.
L’ alluminio non soffre il problema della ruggine e neanche dell'indebolimento tipico delle zone
interessate dalla saldatura. Quando un corpo si muove in seno ad una massa d'aria o in un
altro fluido, esso risente di una resistenza che si oppone all'avanzamento del corpo stesso.
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Aereodinamica
Le indagini sperimentali indicano che la resistenza all'avanzamento è legata ai seguenti
fattori:
- la viscosità e la densità del fluido attraversato
- la velocità relativa tra il corpo e il fluido
- la forma e la levigatezza della superficie del corpo
- l'area della sezione maestra del corpo
Ottimizzare la forma e la sezione maestra del corpo sono la prima priorità, rimanendo nelle
misure minime che consentono una posizione corretta per il pilota. Il progetto aerodinamico
del veicolo necessita di una procedura che permetta sia una realistica simulazione
dell’interazione dinamica flusso-veicolo sia un’efficiente modifica delle geometrie e un
veloce sviluppo delle diverse varianti del rivestimento esterno della struttura.
Per fare ciò è necessario trattare il prototipo con modelli di simulazione computerizzati e
verificare i risultati in galleria del vento, con una prototipazione 3D in scala 1:10 in
polistirene
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Gruppo sospensioni
Abbiamo progettato il gruppo sospensioni del veicolo tenendo conto dell’impiego esclusivo in
strade asfaltate. Abbiamo trovato due soluzioni differenti per la parte anteriore e posteriore della
vettura. Per Il gruppo sospensioni anteriore la nostra scelta è ricaduta su un sistema a
quadrilatero deformante. Nel quadrilatero i lati sono costituiti dai seguenti elementi:
- braccio oscillante superiore
- braccio oscillante inferiore
- porta mozzo
- il telaio al quale sono vincolati i bracci oscillanti
- ammortizzatore
Il quadrilatero è di per se deformabile e permette alla ruota di salire e scendere, mentre la molla
tende a riportare la ruota a contatto con il manto stradale. E’ in fase di studio un recupero di
energia dal movimento lineare degli ammortizzatori.
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Elettronica: controllo energia
L’integrazione di un sistema elettronico controllato da un sistema PLD (Programmable Logic
Device), un circuito integrato programmabile che implementa una funzione logica predefinita
e non modificabile, la programmazione su setup pre-impostati permetterà di selezionare i
rendimenti ottimizzati variando i parametri di coppia potenza e risposta dei sensori di input
quali temperatura, pendenza stradale, livello di carica delle batterie e velocita media.
Questo sistema di controllo gestisce le due energie a disposizione quella prodotta dai panelli
fotovoltaici e quella immagazzinata nel pacco batterie. Con questo tipo di controllo si ha
modo di simulare un incremento del rendimento del sistema variabile tra di 6 ed il 7 %
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Pannello solare
L’array solare è il cuore della vettura esso fornisce l’energia necessaria al funzionamento del
prototipo. La tecnologia che abbiamo scelto è quella delle celle al silicio monocristallino che
garantiscono in media un rendimento del 18/19 % su una superficie di 6 mq (246 celle 156
x156) per una potenza di circa 1200w con una tensione di esercizio di 96 vcc.
Inoltre grazie ad una innovativa tecnologia totalmente italiana dell’ azienda «Enecom Power»
possiamo deformare le celle fotovoltaiche per sagomarle sul tetto della vettura.
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MPPT
Una parte importante di qualsiasi array solare è il controllo e la gestione della potenza
MPPT( Maximum Power Point Tracking). La corrente erogata varia nel tempo, a seconda
della quantità di luce solare, della temperatura e di altri fattori. L'MPPT regola continuamente
la corrente per mantenere la massima efficienza ed aumentare la tensione in modo che
l’energia possa essere utilizzata per caricare il pacco batteria. Questa funzione è gestita da
un sistema open source Arduino1 ed un interfaccia I\O di nostra progettazione.
Telemetria
Sensori dislocati nei punti di maggior interesse del prototipo leggeranno e trasmetteranno via
radio ad un’auto che segue il prototipo i dati di accelerazione (Forze G) nei 3 assi, le letture
della temperatura del motore e delle batterie, la velocità delle ruote e la dislocazione delle
sospensioni, la tensione delle batterie e dei pannelli fotovoltaici, l’inclinazione e la pendenza
della strada.
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Motore
Saranno utilizzati due motori di tipo brushless montati nel retrotreno direttamente del mozzo
(hub motor), questo tipo di motore elettrico a magneti permanenti a differenza di un motore
a spazzole, non ha bisogno di contatti elettrici striscianti sull'albero motore per funzionare .
La commutazione della corrente circolante negli avvolgimenti, infatti, non avviene più per via
meccanica (tramite i contatti striscianti), ma elettronicamente. Ciò comporta una minore
resistenza meccanica, elimina la possibilità che si formino scintille al crescere della velocità
di rotazione, e riduce notevolmente la necessità di manutenzione periodica.
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Il vantaggio riguarda la vita attesa del motore che è teoricamente infinita. L'assenza di
spazzole elimina anche la principale fonte di rumore elettromagnetico ed il rendimento
teorico è del 90%. L’inversione di corrente è ottenuta elettronicamente, tramite un banco di
transistor di potenza IGBT comandati da un microcontrollore. Il problema principale nel loro
pilotaggio consiste nel conoscere la posizione esatta del motore. Solo in questo modo il
controller può sapere quale fase azionare. La posizione del rotore rispetto allo statore viene
ottenuta usando un sensore ad effetto Hall
Batterie
Le batterie saranno di tipo ricaricabile con tecnologia litio-polimero. La principale caratteristica
sta nell'elettrolita realizzato in sale di litio che non contiene solvente organico, ma si trova in un
composito di polimero solido, come ad esempio il poliacrilonitrile. Vi sono molti vantaggi in
questo tipo di costruzione, tra cui il fatto che il polimero solido non è infiammabile e di
conseguenza queste batterie sono meno pericolose se vengono danneggiate. La batteria può
essere più leggera e sagomata per occupare meno spazio ed ha una quota di riciclo pari al
98%. il controllo di carica delle singole celle avviene tramite un regolatore BMS (Battery
Management Systems), si tratta del sistema elettronico a cui sono affidate le funzioni di base
per la sicurezza e il corretto funzionamento di un accumulatore elettrochimico di energia.
Dotato delle funzioni di monitoraggio di tensione e temperatura è anche in grado di eseguire le
funzioni stima dello stato di carica e equalizzazione dello stato di carica tra le diverse celle di
una serie.
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La campagna di crowdfunding
A breve partirà una campagna di raccolta fondi su Kickstarter, la più importante piattaforma di
crowdfunding a livello mondiale (convenzionata con il network Impact Hub,uno dei partner
tecnici del progetto)
https://www.kickstarter.com/discover
Comunicazione virale
E’ già presente su youtube un video promozionale del progetto
https://www.youtube.com/watch?v=8dVt6OfgvrU
Partnership strategiche sulla comunicazione:
Siculamente, notissimo brand di abbigliamento siciliano, realizzerà le t-shirt indossate dal
team con una grafica ispirata all’incrocio delle culture mediterranee
http://www.siculamente.it
La visibilità per gli sponsor
Patrocini istituzionali
Partners tecnici
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Sponsor GOLD
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Sponsor SILVER
Associazione FUTURO SOLARE ONLUS Sede Legale: Via F. Juvara, 13/b -­‐ Siracusa Laboratorio: Via Elorina, c/o Eliporto -­‐ Siracusa Phone: +39. 347.4811878 [email protected]
