Lycée
Technique
d’Ettelbruck
Ettelbrück, den 26. Oktober 2012
Inhalt 1
Projekte zum Thema „alternative Energien“ im LTEtt.................................................................... 3
2
Zielsetzung: Nachhaltige Mobilität.................................................................................................. 3
3
Das Konzept des e-lectrike solar ........................................................................................................ 4
4
Die Macher des e-lectrike solar .......................................................................................................... 5
5
Die praktische Umsetzung ............................................................................................................... 5 5.1
Bestimmen des Reibkoeffizienten des e-lectrike solar .............................................................. 5
5.2
Anfertigen der Antriebseinheit ................................................................................................ 6
5.3
Anfertigen des Anhängers für den Photovoltaik-Generator .................................................... 6
5.4
Projet de Fin d’Etudes Secondaires Techniques ..................................................................... 7
5.5
Erstellen eines Falzflyers, einer Visitenkarte und eines Fragebogens .................................... 8
6
Die Ausführungen des e-lectrike solar ............................................................................................... 8
7
Technische Daten ............................................................................................................................. 9
8
Testfahrt auf der Goodyear-Rennstrecke in Colmar-Berg ............................................................. 10
9
Der erste öffentliche "Auftritt" ...................................................................................................... 10
10
Solar Event #4, ein Rennen für solarbetriebene Fahrzeuge ....................................................... 11
11
Oekofoire 2012 ........................................................................................................................... 14
12
Journée interinstitutionnelle de la mobilité 2012 ....................................................................... 14
13
Kontakt ....................................................................................................................................... 14
dossier e-lectrike solar DE.doc
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1 Projekte zum Thema „alternative Energien“ im LTEtt Das „Département Electrotechnique“ des Lycée Technique d’Ettelbruck beschäftigt sich seit mehreren Jahren mit Projekten, welche die Schüler für regenerative Energien sensibilisieren und bei der nachkommenden Generation ein Umdenken in Sachen Energiepolitik fördern sollen. Zu diesen Projekten zählen unter anderem das mobile Windrad „Windmobile“ (www.windmobile.lu) und sowohl die ferngesteuerten, solarbetriebenen Modellboote und Modellautos als auch die Organisation des Solarbootrennens SunCup ® (http://solar.ltett.lu). Das e-lectrike solar stellt die logische Fortsetzung der vorangegangenen Projekte dar.
2 Zielsetzung: Nachhaltige Mobilität In Luxemburg fahren 30% der aktiven Bevölkerung weniger als 5 km zum Arbeitsplatz1. Ein Großteil dieser Menschen fährt - und überwiegend alleine - mit dem Pkw zur Arbeit. Hier liegt ein großes Potenzial zum Ansetzen eines anderen Mobilitätskonzepts für den Langsamverkehr. Zu Fuß oder mit dem Fahrrad zur Arbeit gelangen sollte den Bürgern "schmackhaft" gemacht werden. Dies ist Aufgabe des Staats bzw. der Kommunen. Die Zielgruppe sind vor allem jene Menschen, die weniger als 2 km zu bewältigen haben. Der Aktionsradius zwischen 2 km und 5 km wird wohl nur über Fahrräder, Mofas oder Mopeds abzudecken sein, da sich kaum eine Person mehr als 2 km zu Fuß bewegen wird, um zur Arbeit zu gelangen. Der Aktionsradius von 2 bis 5 km befindet sich überwiegend in größeren Ortschaften bzw. Städten. Um nun die Luftqualität und damit verbunden die Emissionen nicht noch zusätzlich mit Mofas oder Mopeds zu belasten, ist über den Einsatz der elektrischen Variante nachzudenken, den Elektro-Rollern. Sie verursachen keine Emissionen - zumindest nicht an Ort und Stelle. Die zum Aufladen der Batterien benötigte Energie muss aber zurzeit über das öffentliche Stromnetz erfolgen, dessen Strommix sehr vom Netzbetreiber abhängen kann. Derzeit stellen Kohleoder Öl-Kraftwerke die Grundlast zur elektrischen Stromversorgung zur Verfügung mit einem Anteil von weit über 50%. Es entstehen also beim Laden der Akkus mit dem aktuellen Strommix kraftwerksseitige Emissionen, die noch weitaus höher als jene sein können, die ein Moped oder Mofa verursacht. Nicht zu vernachlässigen sind auch die Verluste, die durch den Transport der elektrischen Energie im Stromnetz entstehen und die Umweltbilanz weiter verschlechtern.
Utiliser les transports en commun et la marche à pied pour aller au travail ? Etude pour les résidents au Luxembourg, Sylvain KLEIN, Frédéric SCHMITZ
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Ettelbrück, den 26. Oktober 2012 Dies ist beim e-lectrike solar anders.
3 Das Konzept des e-lectrike solar Das Konzept besteht darin, die kraftwerkseitigen Emissionen erst gar nicht entstehen zu lassen. Für eine optimale Umsetzung dieser Forderung müsste sich die Energiequelle für das Laden der ElektroFahrräder oder -Roller beim Fahrzeug befinden und genügend Leistung für den Antrieb liefern. Solarzellen könnten diese Aufgabe übernehmen. Elektro-Roller scheiden wegen ihrer relativ großen Motorleistung von 2 bis 5 kW als Fahrzeug aus; die benötigte Fläche des Solargenerators müsste 15 bis 35 m2 betragen2. Dies ist nicht realisierbar. Anders sieht die Rechnung bei den so genannten Pedelecs (Pedal Electric Cycle) aus. Der Fahrer wird durch den Elektromotor und einer elektronischen Regelung mehr oder weniger beim Treten unterstützt. Die Energie dazu liefert ein Akkumulator. Durch die Nutzung eines Pedelecs ergeben sich verschiedene Vorteile. Ziele können schneller erreicht werden, da die Durchschnittsgeschwindigkeit höher ist als bei konventionellen Fahrrädern. Da die Fahrt weniger ermüdet, können weiter entfernte Ziele erschlossen werden; es ergibt sich somit ein höherer Aktionsradius. Ein weiterer Vorteil ist, dass der Fahrer weniger ins Schwitzen kommt, was bei der Fahrt zur Arbeit für viele Erwerbstätige von Bedeutung ist. Die Leistung des Elektromotors, welcher das Pedelec antreibt, ist gesetzlich auf 250W begrenzt (Fahren ohne Führerschein). Soll diese Leistung solar erzeugt werden, so wird unter Voraussetzung eines Modulwirkungsgrads von 17% und einer Sonneneinstrahlung von 800 W/m2 eine Fläche von ca. 1,8 m2 benötigt. Ein handelsübliches Solarpanel von 240W hat eine Fläche von ca. 1,6 m2. Nahezu die gesamte Motorleistung kann also durch den Photovoltaik-Generator abgedeckt werden. Bei Energieüberschuss während der langsamen Fahrt oder im Stand werden die Akkumulatoren geladen. Es entstehen somit keine Emissionen weder lokal noch kraftwerksbezogen:
0 g CO2
2
bei einem Zellenwirkungsgrad von derzeit 17% und nach NOCT (Normal Operating Cell Temperature)
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4 Die Macher des e-lectrike solar Das e-lectrike
solar
wird von Schülern der Fachrichtung einer Handels- und Verwaltungs-Klasse
(Commerce) sowie einer Elektrotechnikerklasse (Electrotechnique) in einer außerschulischen Aktivität (activité parascolaire, nach dem regulären Unterricht) geplant, entwickelt und gebaut. Darüber hinaus ist es allen Schülern des Lycée Technique d‘Ettelbruck freigestellt, am Projekt mitzuwirken. Begleitet werden die Schüler von Lehrern des Fachbereichs Elektrotechnik. Die
Schüler
der
Fachrichtung
„Commerce“
erstellen
Visitenkarten,
Flyer,
Poster,
Einladungsschreiben, Fragebögen, Kostenabschätzungen, T-Shirts usw., d.h. sie erledigen alle anfallenden administrativen und werbetechnischen Arbeiten. Die Schüler der Fachrichtung „Electrotechnique“ führen alle handwerklichen Arbeiten am e-lectrike solar
durch: Zusammenbau des Chassis, Umbauarbeiten, Bohren, Fräsen, Sägen, Verkabelung, usw. Sie
sind für die Technik des Fahrzeugs zuständig.
5 Die praktische Umsetzung 5.1 Bestimmen des Reibkoeffizienten des e-lectrike solar Die Bestimmung der Reibzahl wird mit Schüler durchgeführt, die sich mit den Grundlagen der Bewegungsgleichungen auseinandersetzen. Hierfür wird die Masse des Fahrzeugs inklusive Fahrer bestimmt und die Gewichtskraft berechnet. Aus einem Ziehversuch bei niedriger Geschwindigkeit wird die benötigte Kraft an einer Federwaage abgelesen; sie entspricht der Reibkraft. Reibkraft geteilt durch Gewichtskraft ergibt die Reibzahl. Es wurden mehrere Ziehversuche durchgeführt um einen Mittelwert der Reibkraft bilden zu können. Die Ermittlung der Reibzahl wurde bei Nenndruck als auch bei vermindertem Reifendruck durchgeführt. Nenndruck pV,li = pV,re = 2,75 bar ; pH = 2 bar
Verminderter Reifendruck pVR,li = pVR,re = 1,75 bar ; pH = 1 bar
Versuch 1
8 – 12 N
Versuch 1
10 – 15 N
Versuch 2
8 – 12 N
Versuch 2
15 – 20 N
Versuch 3
8 – 10 N
Versuch 3
13 – 17 N
Versuch 4
9 - 10 N
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Ettelbrück, den 26. Oktober 2012 Aus der Reibformel wird mit der gemittelten Reibkraft FR, der Fahrzeugmasse (inklusive Fahrer) m = 107 kg und der Erdbeschleunigung g = 9,81 N/kg für die Reibzahl ermittelt: Nenndruck µR = 9,52 · 10-3 µR ≈ 0,01
Verminderter Reifendruck µR = 14 · 10-3 µR ≈ 0,014
Aus der Tabelle erkennt man, dass bei Verringerung des Reifendrucks die Reibzahl signifikant ansteigt. Die Theorie besagt, dass die Reibzahl umgekehrt proportional zum Reifendruck ist. Dies bedeutet, dass eine Halbierung des Reifendrucks mit einer Verdoppelung der Reibzahl und somit der benötigten Reibkraft einhergeht!
5.2 Anfertigen der Antriebseinheit Um die Steigfähigkeit des e-lectrike
solar
beim Anfahren im Hang zu erhöhen, befindet sich der
Elektromotor mit einer Leistung von 250W nicht in der Radnabe, sondern unter dem Sitz. Dies hat den Vorteil, dass eine zusätzliche Übersetzung, abhängig von den Anforderungen, gewählt werden kann. Mehrere Motorbleche aus Aluminium mussten angefertigt werden, um zum endgültigen Layout mit der nötigen Verwindungssteifigkeit zu gelangen.
Motorblech 1
Motorblech 2
Motorblech 3
5.3 Anfertigen des Anhängers für den Photovoltaik-Generator Der Solargenerator mit einer Leistung von 240W (Sanyo HIT N240SE10) liegt bei der racing-Version des e-lectrike solar nicht über dem Fahrzeug, sondern wird als Anhänger nachgezogen. Die AluminiumRohr-Konstruktion des Anhängers wird mit dem Alu-Chassis des Solarpanels verbunden. Es ergibt sich zwar eine mit ca. 18 kg relativ schwere, aber durchaus robuste Einheit. Das Biegen der Rohre dossier e-lectrike solar DE.doc
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Ettelbrück, den 26. Oktober 2012 erfolgt mit einer Rohrbiegezange. Die zum Verbinden der Rohre benötigten Passstücke aus Aluminium werden auf der Drehbank gedreht. Die erste Ausführung der Deichsel aus einem Aluminium-Rohr bereitete einige Schwierigkeiten: während der Fahrt neigte der Anhänger zum Schwingen und im Extremfall zum Kippen. Als Übergangslösung wird eine Deichsel aus Stahl verwendet, die die nötige Steifigkeit aufweist.
5.4 Projet de Fin d’Etudes Secondaires Techniques Zwei Schüler der Elektrotechniker-Abschlussklasse haben ihr Abschlussprojekt für das e-lectrike
solar
realisiert. Vorgabe war es, die elektrische Energie sowohl vom Solargenerator als auch zum Motor mit Hilfe eines Microkontrollers zu messen und auf einem LC-Display anzuzeigen. Weiterhin werden die entsprechenden Stromstärken, die Spannung und die Drehzahl angezeigt. Ihr Projekt wurde in abgewandelter Form ins Fahrzeug eingebaut.
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5.5 Erstellen eines Falzflyers, einer Visitenkarte und eines Fragebogens Während die Schüler der Ausbildungsrichtung „Elektrotechnik“ für die Realisierung der Technik zuständig waren, führten die Schüler der Fachrichtung „Commerce“ alle administrativen Arbeiten durch. Sie erstellten einen Falzflyer, der über das Projektziel, die Technik und die Macher des Projekts in den Sprachen Deutsch und Französisch informiert. Hier wurde besonders Wert darauf gelegt, dass Papier aus einer nachhaltigen Waldwirtschaft verwendet wird (FSC - Forest Stewardship Council). Dieses Papier wurde auch für die Visitenkarte verwendet. Der Fragebogen wird mit dem Publikum, welches sich für das e-lectrike solar interessiert, durchgeführt. Die Auswertung soll aufschlüsseln, wie die Akzeptanz des e-lectrike
solar
bei der Öffentlichkeit ist.
Zudem soll in Erfahrung gebracht werden, ob eine Käuferschaft für den e-lectrike
solar
existiert und
wie viel diese für den Kauf eines solchen Fahrzeugs ausgeben würde. Um dem interessiertem Publikum eine Vorstellung von einem Verkaufspreis geben zu können, sind sowohl die Kosten an Material als auch die Lohnkosten dokumentiert worden.
6 Die Ausführungen des e-lectrike solar Drei Varianten des e-lectrike solar sind geplant oder befinden sich in der Entwicklung: • • •
pure: der Solargenerator befindet sich über dem Liegerad. racing: der Solargenerator befindet sich über einem Fahrradanhänger, der nachgezogen wird. traveller: der Solargenerator befindet sich über dem Liegerad und zusätzlich über einem Fahrradanhänger.
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Ettelbrück, den 26. Oktober 2012
7 Technische Daten Die nachfolgenden Daten beziehen sich auf das e-lectrike solar in der racing-Version. Maße und Gewichte, Ausstattung Bremsen
2 Scheibenbremsen vorne, Parkbremsfunktion
Sitz
Schalensitz
Gänge
9
Sitzhöhe
22 cm
Länge x Breite x Höhe
350 cm x 84 cm x 125 cm
Masse
55 kg
Maximale Zuladung
100 kg
Photovoltaikgenerator Elektrische Leistung
240 Wp
Spannung im MPP*
43,7 V
Strom im MPP
5,51 A
Motor Mechanische Leistung
250 W
Spannung
36 V
Strom
ca. 9 A
Akkumulator Typ
2x ZIPPY Compact 5800mAh 10S 25C Long Lipo Pack
Kapazität
5800 mAh
Laden / Entladen
5C / 25C
Masse
2x 1381 g
Länge x Breite x Höhe
322 mm x 55 mm x 42 mm
* MPP: Maximum Power Point
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Ettelbrück, den 26. Oktober 2012
8 Testfahrt auf der Goodyear-Rennstrecke in Colmar-Berg Am 29. April 2012 wurde das das e-lectrike
solar
in Colmar-Berg auf dem Circuit Goodyear auf Herz
und Nieren getestet. Das Tagesprogramm sah zum einen vor, dass sich die Fahrer mit dem Liegerad vertraut machen. Jeder Fahrer sollte mindestens eine halbe Stunde fahren. Der Dauertest sollte die Schwächen des Fahrzeugs zu Vorschein bringen.
9 Der erste öffentliche "Auftritt" Die Öffentlichkeit konnte das e-lectrike
solar
zum ersten Mal am 11. Mai 2012 während der
Frühjahrsmesse in Luxemburg-Stadt begutachten. Es wurde im Rahmen des Wettbewerbs "Visioune fir eng nohalteg Mobilitéit - déi Jonk mellen sech zu Wuert" gezeigt; ein Wettbewerb der vom Ministerium für Nachhaltige Entwicklung und Infrastruktur ausgeschrieben wurde. Der delegierte Minister Marco Schank führte gleich eine Sitzprobe im e-lectrike solar durch.
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Ettelbrück, den 26. Oktober 2012 Ein erster Härtetest hat das e-lectrike solar in der racing – Version beim Solar Event #4, einem Rennen für solarangetriebene Fahrzeuge am 16. und 17. Juni 2012 in Le Bourget-du-Lac (F), absolviert.
10 Solar Event #4, ein Rennen für solarbetriebene Fahrzeuge Team BELENOS des Lycée Technique Ettelbruck belegte den ausgezeichneten 2. Platz in der Kategorie Prototypes mit dem e-lectrike solar am Solar Event #4 in LeBourget-du-Lac / Chambéry Das Solar Event #4 fand am 16. und 17. Juni bei herrlichem Wetter auf dem Gelände des Savoie Technolac in Le-Bourget-du-Lac / Chambéry statt. Das e-lectrike
solar
wurde von drei Schülern des LTEtt gefahren,
die auch selbst am Bau des Fahrzeugs beteiligt waren.
Am Samstag entschied ein Qualifying über den Startplatz der Läufe. Das e-lectrike
solar
belegte hier den 6. Rang von insgesamt 10
Fahrzeugen mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 31 km/h. Am gleichen Tag wurde der 1. Lauf von drei Stunden ohne Probleme absolviert.
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Ettelbrück, den 26. Oktober 2012 Beim Boxenstopp konnte man das Rennfieber regelrecht spüren. Der Fahrerwechsel zwischen Jan und Claude wurde in einer Zeit von ca. 2 Minuten vollzogen. Am Sonntag wurden gleich zwei Läufe gefahren, die durch eine zweistündige Mittagspause voneinander getrennt waren. Gegen Ende des ersten Laufs wurde e-lectrike
solar
viel langsamer; der Solargenerator
lieferte keine Energie mehr an die Akkumulatoren. Es dauerte fast eine Stunde, bis das Problem erkannt und eine Lösung gefunden wurde. Die restliche Pausenzeit von etwas mehr als einer Stunde wurde nun zum solaren Nachladen der elektrochemischen Speicher genutzt. Wegen dieser Panne konnte der zweite Lauf mit nur mehr 60% der maximalen Batterieladung begonnen werden. In der zweitletzten Rennrunde dieses Laufs erlebte das ganze Team eine Schrecksekunde: der Anhänger mit dem Solargenerator kippte in einer Kurve wegen eines Schlaglochs seitlich um. Der Fahrer Andy blieb zum Glück unverletzt und konnte das Rennen mit dem Anhänger in langsamer Fahrt fortsetzen. Insgesamt wurden beim Solar Event #4 mit dem electrike
solar
75 Runden abgespult, was einer Strecke
von 180km entspricht. Am Ende konnte das Team den ausgezeichneten 2. Platz in der Kategorie Prototypes und den 3. Rang im Gesamtklassement einfahren.
Video im Internet zum Solar Event #4 Plein soleil sur la première course de véhicules solaires homologuée en France: http://www.actu-environnement.com/ae/news/solar-event-course-voitureelectrique-16031.php4
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Ettelbr端ck, den 26. Oktober 2012
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Ettelbrück, den 26. Oktober 2012
11 Oekofoire 2012 Auf Einladung des "Mouvement Ecologique" hatte das Team des e-lectrike solar die Möglichkeit, das Fahrzeug drei Tage lang vom 14. bis 16. September auf der "Oekofoire" auszustellen. Erwartungsgemäß interessierte sich das umweltbewusste Publikum sehr für das "Ökomobil" aus Ettelbruck. Die großzüge Ausstellfläche ermöglichte es den Besuchern, das e-lectrike solar an Ort und Stelle zu testen.
Sehr erfreut war das Ettelbrücker Team über den Besuch von Großherzog Henri, der sehr interessiert an der Technik des e-lectrike solar war.
12 Journée interinstitutionnelle de la mobilité 2012 Die Europäische Kommission, die ihren Sitz in Luxemburg-Kirchberg e-lectrike
solar
hat,
lud
das
Team
des
ein, ihr "Ökomobil" im Rahmen der
"European Mobility Week" am 20. September vor dem
Jean-Monnet-Gebäude
Minister
für
Nachhaltige
auszustellen.
Der
Entwicklung
und
Infrastruktur, Claude Wiseler, ließ sich von den Erbauern des e-lectrike solar die Technik erklären.
13 Kontakt Lycée Technique d'Ettelbruck (LTEtt) Alain Weiler 71, avenue Salentiny L-9080 Ettelbruck Tel.: 81 92 01 www.e-lectrike.lu dossier e-lectrike solar DE.doc
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