De grootste kennisbank van het HBO

Inspiratie op jouw vakgebied

Vrij toegankelijk

Terug naar zoekresultatenDeel deze publicatie

Onderzoek naar de haalbaarheidvan een expeditie naar Antartica, volledig aangedreven door de zon = South Pole, Solar Powered

Rechten: Alle rechten voorbehouden

Onderzoek naar de haalbaarheidvan een expeditie naar Antartica, volledig aangedreven door de zon = South Pole, Solar Powered

Rechten: Alle rechten voorbehouden

Samenvatting

Uit dit onderzoek is gebleken dat Antarctica een omgeving is die erg veel van een voertuig en expeditieleden vraagt. Eisen die gesteld worden aan het voertuig zijn bijvoorbeeld een maximale gronddruk van 0,13kg/cm2 of een bodemvrijheid van 300 mm. Op de route van Union Glacier naar de Geografische Zuidpool, die representatief is voor vele routes op Antarctica, krijg je te maken met een hoogteverschil van maar liefst 2141 meter. Ook constante ijzige winden vanuit het zuiden, temperaturen van -40 °C en snelheden van gemiddeld 34,2 km/h tot windstoten ver boven de 50 km/h komen voor. Hiernaast zijn er ook geërodeerde sneeuw- en ijsheuvels, Sastrugi, die gemakkelijk tot een hoogte van 300 mm boven het oppervlak kunnen uitsteken.
Ondanks al de extreme kenmerken van Antarctica zal in de maand december in veertien dagen de tocht van 1150 kilometer heen en 1150 kilometer terug worden afgelegd. Deze tocht zal volledig in autonomie en aangedreven door de zon gebeuren. Doordat Antarctica onder de 66,5° zuiderbreedte grens ligt, betekent dit dat er in de maanden september tot maart bijna constant zon is. De zon komt in de maand december tot een minimale hoogte van 17 graden en maximale hoogte van 23,44 graden boven de horizon. Het is echter te kort door de bocht om hieruit te concluderen dat Antarctica ideaal is voor zonne-energie. Dit komt doordat de hoeveelheid zonne-energie die op een zonnepaneel valt afhankelijk is van de oriëntatie van dit paneel, de bewolkingsgraad en het soort zonnepaneel.
Na het onderzoek dat in deze scriptie is gedaan aan de hand van meetgegevens van de afgelopen tien jaar op Antarctica, kan met een zekerheid van 95% aangenomen worden dat het totale aantal uren dat het bewolkt is in december tussen de 25,6% en 32% zal liggen. Bij deze hoeveelheid bewolking is een polykristallijn zonnepaneel het meest geschikt. Dit is het gevolg van het feit dat een polykristallijn zonnepaneel een 36% hoger rendement heeft dan een amorf-zonnepaneel bij onbewolkte dagen en een maar 3% lager rendement heeft dan een amorf-zonnepaneel bij bewolkte dagen. Hiernaast is een polykristallijn zonnepaneel ook goedkoper dan een monokristallijn zonnepaneel en is het verschil in rendement minimaal.
Van dezelfde meetgegevens als waar de bewolkingsgraad mee is bepaald, is de gemiddelde hoeveelheid zonne-energie die per vierkante meter ontvangen wordt berekend. Samen met een complexe rekensheet van het Amerikaanse Ministerie van Handel is vervolgens het hiernaast weergegeven radardiagram gemaakt. Hierin is de minimale hoeveelheid zonne-energie met 95% zekerheid weergegeven, per oriëntatie van het zonnepaneel.
Naast het beschikbare vermogen is ook het gevraagde vermogen van groot belang voor de haalbaarheid van de expeditie. Dit kon pas definitief bepaald worden nadat keuze voor een definitieve conceptrichting gemaakt was. Deze definitieve conceptrichting is het gevolg van een ontwerpproces waarbij veertig verschillende oplossingen onderzocht en getest zijn. Hierna zijn de resterende oplossingen als integrale conceptrichtingen getest aan de hand van het programma van eisen, en is met de sterkste punten van iedere conceptrichting een definitieve conceptrichting ontwikkeld.
De definitieve conceptrichting is de meest geschikte combinatie van technische (deel)oplossingen die een voertuig in volledige autonomie, aangedreven door zonne-energie, over een afstand van 2300 kilometer over Antarctica kan voortbewegen. Deze conceptrichting heeft een zonnepaneel-oppervlak van 18 m2 dat met 95% zekerheid minimaal 1473 Watt oplevert. Het voertuig zal zich hierdoor met een snelheid van 3,7 m/s voortbewegen. Dit betekent dat de expeditie-afstand van 2300 kilometer in veertien dagen te rijden is. Hierbij zijn de systeemrendementen van de zonnecellen (25%), het rendement van het elektrische systeem (92%) en het rendement van de elektromotoren (85%) meegenomen.
De definitieve conceptrichting heeft een gronddruk per wiel van 0,14 kg/cm2. Deze gronddruk is 0,01 kg/cm2 hoger dan geëist is. Desondanks is de definitieve conceptrichting de meest geschikte keuze om de expeditie mee uit te voeren. Verwacht wordt dat dit geen grote problemen zal opleveren omdat deze eis gesteld is aan de hand van een gemiddelde. Er zijn andere voertuigen geweest zoals de voertuigen van Arctic Trucks die recent ook met een gronddruk van 0,14 kg/cm2 succesvolle expedities hebben gedaan.
De resultaten van dit onderzoek wijzen uit dat de expeditie, samen met alle gestelde eisen, haalbaar lijkt. Er kan op meerdere manieren invulling gegeven worden aan het voertuig dat voldoet aan de gestelde eisen. De verwachtte definitieve richting is in dit verslag uitgewerkt als de definitieve conceptrichting en is hieronder weergeven. Door slim gebruik te maken van de positionering van de zonnepanelen en het type zonnepaneel is het maximale oppervlak aan zonnepanelen verkregen. Tevens is door een lichtgewicht en simpele constructie het gewicht geminimaliseerd en is het voertuig gemakkelijk te repareren. De slimme positionering van de batterijen draagt bij aan de ligging van het voertuig en minimaliseert de hoeveelheid energie die nodig is voor de verwarming. Tevens wordt lichaamswarmte en een donker gekleurd interieur gebruikt voor de verwarming en is door spreiding van het totaalgewicht een lage gronddruk bereikt.

Toon meer
OrganisatieHogeschool Utrecht
AfdelingEngineering en Design
PartnersXMARX
Datum2014-07-17
TypeBachelor
TaalNederlands

Op de HBO Kennisbank vind je publicaties van 26 hogescholen

De grootste kennisbank van het HBO

Inspiratie op jouw vakgebied

Vrij toegankelijk