World Solar Challenge: ¿A qué distancia en un automóvil solar?

La energía solar es una gran fuente de energía renovable, pero siempre ha tenido sus limitaciones. En el mejor de los casos, solo hay 1000 vatios/m2 disponibles en la superficie de la Tierra en un día soleado, y la eficiencia limitada de los paneles solares reduce aún más esta cantidad. Es una cantidad tan baja que los paneles solares en los automóviles de pasajeros se han limitado a tareas menores, como el cuidado de la batería y el funcionamiento de ventiladores de baja potencia.

Sin embargo, donde algunos pueden ver una imposibilidad, otros ven una oportunidad. El World Solar Challenge es una competición que tiene como objetivo mostrar el verdadero potencial del transporte alimentado por energía solar. Ahora, 30 años después de su creación, lo que solía ser imposible lo logran múltiples equipos en menos de una décima parte del tiempo original. Para mantener a los competidores alerta, las reglas han ido evolucionando con el tiempo, siempre ampliando los límites de lo que es posible simplemente con la luz del sol. Este no es el transporte convencional; Este es un desafío de ingeniería. ¿Hasta dónde se puede llegar en un coche solar?

El progenitor del evento fue Hans Tholstrup, un aventurero nacido en Dinamarca apasionado por la sostenibilidad y las alternativas a los combustibles fósiles. Trabajando con la leyenda australiana de turismos Larry Perkins y su hermano Garry, el trío construyó un vehículo alimentado por energía solar llamado The Quiet Achiever. En 1982, el vehículo liviano viajó 2518 millas desde Perth a Sydney en solo 20 días, únicamente con la energía del sol. La hazaña recibió mucha atención pública, lo que condujo directamente a la primera carrera del World Solar Challenge solo 5 años después.

La competencia inaugural se organizó en 1987, en asociación con la Comisión de Turismo de Australia Meridional. Vio a 13 competidores alinearse al comienzo, con 6 llegando a la línea de meta. General Motors ganó el evento con Sunraycer, completando un recorrido de Darwin a Adelaide en solo 44 horas y 90 minutos, superando a la entrada en segundo lugar de Ford Australia por casi 23 horas.

Inicialmente ocurriendo cada tres años, cambió a cada dos años desde la ejecución de 1999. Algunos años han visto a más de 50 equipos unirse a la carrera en la línea de salida, aunque muchos abandonan debido a accidentes o problemas mecánicos que ponen fin a su carrera. Los participantes provienen de diversos orígenes de todo el mundo para competir en la carrera. Las últimas tres décadas de competencia han visto participantes de fabricantes de automóviles, empresas de tecnología, universidades e incluso escuelas secundarias. A menudo, los patrocinadores de equipos provienen de industrias de alta tecnología involucradas en tecnología relevante para dichas aplicaciones. Tener una empresa a bordo que pueda suministrar paneles solares altamente eficientes o un motor ligero y potente puede ser muy útil.

A lo largo de los años, la carrera ha evolucionado a medida que han ido surgiendo nuevas tecnologías. Las regulaciones sobre el área máxima de paneles solares se han endurecido a medida que los paneles se han vuelto más eficientes a lo largo de los años. Esto ayuda a mantener bajos los costos, ya que los últimos y mejores paneles solares no son baratos. Otras regulaciones se centran en limitar el almacenamiento de energía a bordo y garantizar la igualdad de condiciones entre los competidores. Los vehículos de competición circulan por la vía pública y, por lo tanto, deben respetar los límites de velocidad y las normas de circulación.

A medida que las velocidades promedio aumentaron a lo largo de los años, las reglas cambiaron para centrarse también en la practicidad, con el objetivo de guiar a los competidores hacia el diseño de vehículos que se acerquen más a algo utilizable en la calle. La competencia ahora presenta la Clase Cruiser para vehículos de varios pasajeros, que se clasifican según factores como la facilidad de ingreso y el número total de pasajeros-kilómetros acumulados durante el viaje.

Al igual que los deportes de motor tradicionales, las normas del World Solar Challenge han dado forma a los diseños de los vehículos de competición. Con energía limitada disponible, la eficiencia es clave en todos los aspectos del diseño. Un competidor que es capaz de capturar la mayor cantidad de energía y convertirla en un movimiento hacia adelante está mejor posicionado para llevarse la victoria a casa.

En el lado eléctrico, la primera preocupación es capturar de manera efectiva la mayor cantidad posible de energía de la luz solar disponible. Instalar los paneles solares de mayor eficiencia disponibles es solo una parte de la ecuación. Los equipos a menudo inclinarán sus paneles solares para que queden perpendiculares a los rayos del sol después de que termine la conducción a las 5:00 p. m., para aprovechar al máximo la luz disponible antes de la puesta del sol. Para exprimir hasta la última gota de las celdas, se utiliza hardware de seguimiento del punto de máxima potencia para mantener las celdas solares en su rango operativo óptimo. Los motores y los controladores están diseñados de manera similar con el objetivo de desperdiciar la menor cantidad de energía posible al impulsar el vehículo por la carretera.

Quizás el mayor impacto en el diseño externo de estos vehículos es la aerodinámica. Viajando a velocidades de hasta 130 km/h durante horas, la resistencia juega un papel muy importante en términos de eficiencia energética. Reducir la resistencia al mínimo absoluto es clave, ya que los vehículos de la clase Challenge para un solo ocupante a menudo presentan diseños en forma de lágrima que se abalanzan en picado. Las ruedas a menudo están equipadas con carenados en forma de superficie aerodinámica para permitirles cortar el aire. Históricamente, la mayoría de los diseños tenían conductores acostados en posiciones casi propensas o reclinadas para minimizar su contribución al perfil del automóvil; sin embargo, en los últimos años, las posiciones de los asientos se han cambiado a una posición vertical más natural para parecerse mejor a un vehículo de carretera. Las entradas en la clase Cruiser tienden a tener diseños más comprometidos en esta área, ya que son necesariamente más voluminosas y altas para poder transportar a varios pasajeros sentados. Sin embargo, todavía tienen como objetivo minimizar la resistencia siempre que sea posible, incluso si los diseños aerodinámicos de filo de cuchillo no son prácticos en esta clase.

La eficiencia mecánica también es clave para construir un vehículo competitivo. La resistencia a la rodadura debe mantenerse al mínimo y se utilizan neumáticos especialmente diseñados para lograr este objetivo. También es importante asegurarse de que los cojinetes, las cadenas y las correas se elijan y mantengan correctamente para evitar pérdidas excesivas en estas áreas. La atención a detalles tan pequeños puede tener un impacto grave cuando se viaja miles de kilómetros, especialmente cuando se dispone de cantidades de energía tan bajas.

A medida que los equipos continúan construyendo autos para superar los desafíos existentes, el conjunto de reglas continúa cambiando para empujar los límites aún más. Para 2021, las regulaciones volverán a cambiar para centrarse en la comodidad del conductor, la estabilidad dinámica de los vehículos de competición e incluirán nuevas características de seguridad como las luces de circulación diurna. Todos estos cambios tienen un efecto en el rendimiento, desde cambiar la aerodinámica hasta agregar un nuevo consumo de energía a los vehículos. Sin embargo, es este mismo desafío el que obliga a los equipos a innovar y adaptar sus diseños, creando autos solares mejores y más capaces que nunca. Si bien no esperamos que los paneles solares se conviertan en estándar en los vehículos de pasajeros en el corto plazo, salvo un cambio importante en nuestro Sol, el evento sirve como un escaparate útil y un campo de pruebas para lo mejor en tecnologías de propulsión solar y eléctrica.