Introducción

La carrera World Solar Challenge (WSC) es una competición que motiva la investigación y el desarrollo de la  energía solar para resolver las futuras necesidades de transporte. Los participantes trabajan con la motivación de ganar la carrera, pero además se motivan sabiendo que están contribuyendo a una búsqueda vital de medios alternativos de transporte para futuras generaciones. Estos vehículos que viajan a increíbles velocidades entre Darwin y Adelaida sólo con la energía del Sol y el ingenio humano dan a la gente una nueva apreciación del uso futuro de la Energía Solar.

        Esta carrera fue creada en 1987 por Hans Tholstrup, un aventurero Danés, que ostenta varios records en el mundo del motor y la aviación.

Aunque los vehículos solares difícilmente serán vistos por nuestras calles en un futuro próximo, la WSC da un impulso a la conservación de la energía y es una herramienta de desarrollo de la tecnología del vehículo del futuro. No es coincidencia que los fabricantes de coches en la vanguardia del desarrollo de vehículos eléctricos hayan previamente competido y, en algunos casos ganado la WSC.

El nombre de World Solar Challenge  está acertadamente usado. Más que una carrera es un desafío (Challenge en inglés), un desafío de los mejores ingenieros y científicos del mundo para construir un vehículo que sea ligero y eficiente, pero lo suficientemente fuerte como para cruzar uno de los continentes más duros del mundo. Es un desafío desarrollar un panel solar capaz de generar una gran cantidad de energía eléctrica, y luego diseñar un vehículo para hacer el uso más efectivo de esa energía. Pero, sobre todo, es un desafío construir un vehículo que sea rápido (tan rápido como lo permiten las normas de circulación) movido únicamente por la energía del Sol.

El espíritu del concepto no era que los coches movidos sólo por Energía Solar llegarían a ser una solución práctica para nuestros requerimientos de  transporte futuro; pero sí que la idea de cruzar un continente con la energía de la luz del Sol únicamente es una enorme fascinación. Ello provoca una motivación en aquellos que constituyen y compiten con sus coches, y enciende la imaginación de medios de comunicación y público que sigue el evento.

Las innovaciones teóricas y contribuciones de la carrera de vehículos solares responden a la búsqueda de obtener una mayor eficiencia energética. Con el área de paneles solares permitida y las mejores células solares, menos de 2 Kilowatios de potencia están disponibles para  mover un vehículo de 300 Kg. de peso a una velocidad de 90 Km/h.

       Sorprendentes mejoras en el diseño de aerodinámica, baja resistencia a la rodadura de los neumáticos, frecuencia variable e inversores de voltaje, buscadores del punto de máxima potencia para paneles solares y frenos regenerativos, han originado mejoras en esta carrera. La sociedad se beneficiará de las futuras carreras profesionales que los miembros de los equipos desarrollarán en el diseño de automóviles u otras áreas del uso de la energía.

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           La Ruta

         Saliendo de Darwin, el curso de la WSC sigue el largo camino de la carretera de Stuart, desde  Darwin hasta Port Augusta, y termina en Adelaida. La carretera de Stuart se llama así después de que el explorador escocés John McDuall Stuart fuese en 1862 el primero en recorrer el continente australiano de Sur a Norte, fue su sexto intento y casi muere en él. Hoy en día la carretera es lisa y de dos carriles en la mayor parte de su longitud, con unas pequeñas zonas donde es de cuatro carriles. La mayor parte de ella es suavemente ondulada con porcentajes del 2% o menos de pendiente. A solo 170 Km. de Darwin los competidores han de enfrentarse a la pendiente más dura de la carrera: Hayes Creek Hill. En poco más de 2 Km. la pendiente supera el 3.9% y en el último Km. llega hasta el 5.9%. Más tarde entre Alice Springs y Erldunda una nueva escalada, del 6% de pendiente, espera a los participantes. Sin embargo éste tramo es corto apenas 200 m. y esta precedido de una  cuesta abajo por lo que normalmente no presenta dificultades.

Figura 1.  La World Solar Challenge discurre a lo largo de la carretera Stuart, cruzando el continente australiano desde Darwin en el Norte, hasta Adelaida en el Sur, una distancia de más de 3000 Km.

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Reglas

La visión de Hans Tholstrup sobre el evento está claramente definida en un desafío: construir un vehículo solar capaz de recorrer Australia desde Darwin hasta Adelaida en el menor tiempo posible. Debido a que las reglas son lo más simples posibles hay libertad para la imaginación humana para establecer las cuestiones técnicas y resolverlas por nuevos e innovadores caminos. Más que convertirse en una batalla de inteligencia entre los que hacen las reglas y los que las tienen que acatar, el evento sirve de estímulo de nuevas ideas, la génesis del desarrollo tecnológico. Como resultado de esta filosofía, las reglas son relativamente simples. Las dos principales son:

-Regla de la caja: El coche debe caber en una caja de 6m de longitud, 2m de ancho y 1.6 m de alto (estas son las dimensiones de un coche familiar).Las células solares deben de tener un área proyectada horizontal de no más de 8m².

-Regla del reloj: Los coches deben moverse únicamente entre las 8:00 h. y las 17:00 h., pudiendo cargar las baterías con la luz del Sol antes y después de este espacio de tiempo.

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Resultados de los eventos Previos

TABLA 1 RESULTADOS DE LAS WSC PREVIAS, EN SUS 6 PRIMERAS PLAZAS

1987

1990

1993

1996

1999

2001

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Impacto de la carrera de Vehículos Solares

Una pregunta frecuente por parte de la gente es ¿cuándo veremos vehículos solares por nuestras calles? Los vehículos solares de la WSC no representan realmente el transporte del futuro, seguramente nunca serán una alternativa práctica a otros modos de transporte. Sin embargo la importancia de la WSC en promoción y desarrollo de energías renovables y opciones alternativas de transporte no deben ser subestimadas.

WSC fue creada por Hans Tholstrup como un deporte de motor, pero con una diferencia, en vez de usar combustible fósil como fuente de energía los vehículos en la WSC usarían la energía del Sol para moverse a través del continente australiano. Tholstrup ve la carrera solar muy semejante a la Fórmula1, si bien ninguna de ellas es práctica para el transporte de masas, pero cada una de ellas representa un posible camino para el desarrollo de futuras opciones de transporte. Los beneficios no llegan a ser adaptados directamente a los vehículos solares, pero si que contribuyen al avance tecnológico de varios componentes y la promoción de la energía solar como una opción energética viable. En este sentido, WSC y otras carreras han sido un enorme suceso.

La carrera solar ha jugado también un papel significativo. Por ejemplo, Sunrayce supuso un proyecto práctico, para los estudiantes de último curso de ingeniería, para desarrollar y aplicar sus conocimientos en este campo.

Vehículos eléctricos

Tal vez el más conocido y más avanzado desarrollo directamente relacionado con la WSC es el EV1 de General Motors. El EV1 es un vehículo eléctrico desarrollado por GM sobre un prototipo antiguo (el Impact), y construido para ser vendido en Diciembre de 1996 en cuatro ciudades de USA (Los Ángeles, San Diego, Phoenix y Tuscon). Este vehículo había conseguido una velocidad máxima de 130 Km./h, podía acelerar de 0 a 100 en unos 9 sg. Y tenía una autonomía de unos 100 Km. entre recargas de baterías.

Figura 2:  Vehículo eléctrico Impact de General Motors

La principal influencia de la WSC en el desarrollo del EV1 se produjo a través del GM Sunraycer, ganador del primer evento. Muchas de las lecciones del proyecto Sunraycer fueron transferidas directamente por GM al desarrollo del EV1. Alec Brooks de Aero Vironment el director de desarrollo del proyecto Sunraycer, dirigió el proyecto de desarrollo del prototipo del EV1. Algunos otros miembros claves de su personal trabajaron en ambos proyectos. La principal lección demostrada por el Sunraycer fue la importancia de la eficiencia energética, particularmente en la aerodinámica, para conseguir un buen funcionamiento. El desarrollo del vehículo eléctrico ha estado siempre dificultado por la relativamente baja densidad de energía conseguida con plomo-ácido y otras baterías electroquímicas comparadas con los combustibles fósiles. La tecnología de las baterías  ha sido y es visto como el área más prometedor para futuros desarrollos si los EV´s acaban siendo un éxito comercial. Sunraycer, sin embargo, demostró que un buen funcionamiento podía ser conseguido con una relativamente pequeña fuente de energía, a través de la minimización de las pérdidas de energía. Los dos principales mecanismos de pérdidas de energía para los vehículos solares -resistencia aerodinámica y resistencia a la rodadura- han tenido una especial atención en el diseño del EV1.

Aerodinámica del vehículo

Aunque los primeros vehículos diseñados demostraron un considerable conocimiento de la aerodinámica del vehículo, las prioridades del diseño de un vehículo se concentraron en otros puntos, como la estética, dejando a un lado la eficiencia aerodinámica. En los últimos años, sin embargo, la aerodinámica se ha convertido en una variable importante para los diseñadores de vehículos, los cuales tienen en cuenta las necesidades de los consumidores de mejorar el rendimiento del combustible y la velocidad punta conseguida. El vehículo EV1 de GM representa un buen ejemplo de la sensibilidad del diseño aerodinámico

Neumáticos

Al menos cuatro de los mayores fabricantes de neumáticos (Michelín, Bridgestone, Dunlop y Yokohama) han instalado extensos programas de desarrollo de neumáticos, basados en la WSC. Estos programas están teniendo resultados en los neumáticos usados en vehículos de baja emisión (LEVs). Por ejemplo, Michelín ha usado la lección de la carrera solar y lo ha aplicado al diseño de los neumáticos Próxima RR (anteriormente Coefficient) para el EV1. El desafío para Michelín era crear un neumático con baja resistencia a la rodadura, pero que a la vez mantenga un razonable grado de adhesión al asfalto para conseguir un buen funcionamiento y seguridad. La nueva estructura de neumáticos y materiales desarrollada para la carrera solar proporciona la solución a estos problemas. Un coeficiente de resistencia a la rodadura de 0.007 ha sido conseguido (uno de los más bajos conseguidos para un neumático de automóvil).

Figura 3. Neumático Próxima RR de Michelín diseñado especialmente para el EV1.

Motores y controladores eléctricos

Dentro de los de su tamaño, los motores usados por los equipos de la WSC son los motores eléctricos con mejor eficiencia jamás construidos. Por ejemplo, el motor-rueda usado por el vehículo Aurora en 1996 tenía una extraordinaria eficiencia del 98.6%, siendo aún más increíble el echo de que esta eficiencia era conseguida con un motor de sólo 7 Kg de peso.

Muchos de los equipos de la WSC han hecho también unos esfuerzos considerables en el desarrollo de controladores de frecuencia y voltaje variable para dirigir su motor eléctrico. El concepto de usar un controlador junto con un motor sin escobillas (brushless) fue una de las innovaciones adaptadas por el Sunraycer en la aplicación del EV1.

Uno de los mayores avances de la WSC de 1993 fue el motor rueda, desarrollado independientemente por tres equipos. El motor-rueda ha sufrido algunas mejoras desde 1993, la mayoría de los equipos actualmente usan este tipo de motor, lo que es indicativo de su importancia en la mejora del funcionamiento del vehículo. Además dos de los tres equipos que usaron motores rueda en 1993 han conseguido comercializar su idea. Northem Territory University, a través de New Generation Motors, ha comercializado una réplica casi exacta del novedoso motor-rueda de flujo axial usado en el vehículo Desert Rose  que participó en la WSC 1993, destinado principalmente al uso por otros vehículos solares. Honda, inspirado en el motor de su vehículo Dream de la WSC de 1993, tiene disponible una gama de pequeños motores-rueda para aplicaciones en vehículos eléctricos de baja velocidad.

Figura 4. Los motores-rueda son más que una curiosidad de los vehículos solares: Honda produce motores de este tipo para pequeños vehículos eléctricos.

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BIBLIOGRAFÍA

ROCHE, David M. Speed of light. The 1996 World Solar Challenge. Publicado por Photovoltaics Special Reseach. Centre School of Electrical Engineering (The University of New South Wales Sidney). (1997).

Página Web oficial de la carrera de coches solares "World Solar Challenge"

http://www.wsc.org.au/