Nuna 3

El Nuna 3 es un coche solar desarrollado por el equipo Nuon Solar de la Universidad Tecnológica de Delft entre 2004 y 2005 para el World Solar Challenge de 2005 .

Sucedió al Nuna2 , el coche solar que consiguió una segunda victoria consecutiva para este equipo solar al ganar el World Solar Challenge por tercera vez seguida.

Nuna 3 era uno de los favoritos para la edición de 2005 del World Solar Challenge, y en una prueba previa a la carrera registró una velocidad máxima de 130  km/h. El resultado final fue que los 3021 kilómetros entre Darwin y Adelaida se cubrieron en un tiempo récord de 29 horas y 11 minutos, con una velocidad media de unos 103  km/h.

Tiene células solares muy eficientes de un tipo que normalmente se usa para alimentar satélites orbitales ^{[ 1 ]} (como las tenían los Nunas anteriores), y tiene mejor aerodinámica y es más ligero que sus predecesores.

Fue diseñada y construida por 11 estudiantes de diferentes disciplinas de la Universidad Tecnológica de Delft, quienes interrumpieron parcialmente sus estudios para este proyecto. Utilizaron los laboratorios y talleres de alta tecnología de la Universidad y, al igual que con la Nuna 2, recibieron asesoramiento de Wubbo Ockels , el primer astronauta neerlandés y profesor de la Universidad.

Para tener buenas posibilidades de ganar, el coche tiene que:

• recolectar tanta energía solar como sea posible
• utilizar la menor cantidad de energía posible para conducir a una velocidad determinada. Esto significa prestar especial atención a:
  • la eficiencia de transferir energía eléctrica a las ruedas y
  • minimizando la fricción, constituida por:
    • fricción del aire (resistencia del aire) y
    • fricción de rodadura , que a su vez se ve afectada por el peso, entre otras cosas.

Las células solares están fabricadas con arseniuro de galio (GaAs) y constan de tres capas. La luz solar que penetra en la capa superior se utiliza en las capas inferiores, lo que resulta en una eficiencia superior al 26 %. Este tipo de célula solar se encuentra entre las mejores disponibles actualmente. Además de la eficiencia, el tamaño también es importante, por lo que toda la superficie superior del Nuna 3 está cubierta con ellas, a excepción de la cabina.

La eficiencia es óptima cuando las células reciben la luz solar perpendicularmente. De lo contrario, la producción se reduce aproximadamente en un factor igual al coseno del ángulo con la perpendicular. Dado que la carrera de 2005 se celebró en septiembre (a diferencia de octubre o noviembre de años anteriores), el sol estaba más bajo en el cielo (es más temprano en primavera). Para compensar esto, se colocaron tantas células como fue posible en los laterales, sobre todo en los tapacubos.

Una célula solar proporciona una determinada cantidad de corriente para una determinada cantidad de luz solar. El voltaje depende de la carga (más precisamente, de la resistencia de la carga). La potencia es el producto del voltaje y la corriente y, por lo tanto, también depende de la carga. Por encima de cierto voltaje, la corriente de la célula solar cae rápidamente a cero, como ilustra el gráfico.

Sin embargo, las baterías tienen un voltaje bastante constante, que además difiere considerablemente del de las células solares. Por lo tanto, se requiere una transformación de voltaje. Se utiliza un convertidor CC-CC especial para asegurar que la resistencia de carga que se presenta a las células solares sea tal que estas proporcionen la máxima potencia, es decir, en la parte superior de la línea verde del gráfico. Esto se denomina seguidor del punto de máxima potencia (MPPT). En este caso, el objetivo también es que esta conversión alcance la máxima eficiencia (>97%).

La resistencia aerodinámica es una parte importante de la resistencia total. La superficie frontal y la línea de corriente son fundamentales. Cualquier desviación de la línea de corriente ideal provocará turbulencias , lo que supone un coste energético. La línea de corriente ideal se alcanza en varias etapas:

1. Mediante simulaciones informáticas del diseño
2. Mediante pruebas con un modelo a escala en un túnel de viento . Por ejemplo, se pueden aplicar pinturas líquidas para observar el flujo de aire sobre la superficie. La fotografía que se muestra fue tomada durante una de esas pruebas en el Laboratorio de Baja Velocidad de la Universidad Técnica de Delft.
3. Mediante pruebas del coche a escala real en un túnel de viento. Para ello se utilizará un túnel de viento germano-holandés en Emmeloord .

Según los datos meteorológicos de la zona donde se celebrará la competición, es probable que haya un fuerte viento lateral. Las tapas de las ruedas del Nuna 3 están diseñadas para que el viento lateral tenga un efecto propulsor.

El motor eléctrico está totalmente integrado en la rueda trasera para minimizar las pérdidas por transmisión mecánica del motor a la rueda (como en un coche normal en la caja de cambios y el cardán). El motor es una versión mejorada del motor original de 1993 del Spirit of Biel III, desarrollado por la Escuela de Ingeniería de Biel , Suiza (actualmente: Berner Fachhochschule Technik und Informatik) . Las mejoras se deben a la completa reingeniería de la electrónica de potencia y el control digital, implementada en 1999. Esto permitió un 50 % más de potencia (más de 2400 W) y un par motor un 45 % superior en comparación con el Spirit of Biel II de 1993. La eficiencia del sistema de transmisión total (incluidas las pérdidas de la electrónica de potencia) también ha mejorado y ahora supera el 98 %. Sin embargo, como muestra el gráfico, esto depende en cierta medida de la velocidad y aumenta con ella. El diseño se concibió inicialmente para alcanzar su máximo rendimiento a la velocidad de crucero normal del coche solar, alrededor de 100  km/h.

Durante una de las pruebas en los Países Bajos, el Nuna 3 alcanzó una velocidad de 130  km/h. El primer día de la carrera, el coche logró una velocidad máxima de 140  km/h. A modo de comparación, el Sunraycer (el primer ganador de la carrera Solar Challenge) alcanzó una velocidad máxima de 109  km/h en 1987.

El ganador del North American Solar Challenge de la Universidad de Michigan (EE. UU.) fue considerado uno de los rivales más importantes. Otros participantes destacados fueron el MIT (también de EE. UU.) y el equipo de la Universidad Ashiya de Japón . En 2005, también participaron otros dos equipos europeos: el equipo solar holandés Raedthuys de la Universidad de Twente y el equipo solar belga Umicore de Lovaina .

• 5 de agosto de 2005: el equipo llega a Adelaida .
• 2 de septiembre de 2005: Se concede el permiso de circulación.
• 16 de septiembre de 2005: Durante una prueba de manejo, el Nuna 3 quedó varado en un terreno irregular junto a la carretera. La causa resultó ser una suspensión defectuosa. Los daños fueron limitados y la reparación se realizó al cabo de unos días.
• 22 de septiembre de 2005: La organización aprueba el modelo Nuna 3.
• 24 de septiembre de 2005: El Nuna 3 se clasifica para la octava posición de salida, lo que supone una mejora respecto a las posiciones de salida obtenidas por los dos modelos anteriores.
• 25 de septiembre de 2005: El equipo Nuna 3 recorrió 827  km, manteniendo el primer puesto y aventajando al segundo clasificado, el equipo de Michigan, por aproximadamente media hora.
• 26 de septiembre de 2005: En el segundo día, el Nuna 3 recorrió 835  km a una velocidad media de 105  km/h, lo que supone un nuevo récord diario para el World Solar Challenge. El equipo de Michigan se encuentra ahora a 132  km de distancia.
• 27 de septiembre de 2005: Nuna 3 recorrió 858  km, superando el récord de ayer. Ampliaron su ventaja a dos horas.  Faltan 500 km.
• 28 de septiembre de 2005: El Nuna 3 llega como el primer coche a Adelaida, logrando así un triplete . La velocidad media global de 103  km/h en 3010  km supone una mejora de 6  km/h respecto al récord de 2003.

Esta velocidad media, que podría alcanzar velocidades máximas de 140  km/h en los tramos de bajada, superando con creces los límites de velocidad en las carreteras australianas, ha motivado cambios en el reglamento para futuras carreras.

• www.nuonsolarteam.com