Deutsche Nachwuchsingenieure stellen sich dem weltweit härtesten Rennen für Solarfahrzeuge.
Der Stuart Highway ist eine Fernverkehrsstraße der Superlative. Auf knapp 2.700 Kilometern reicht sie von Darwin im Norden von Australien bis nach Port Augusta an der Südküste und durchquert dabei das oft menschenleere Outback des Kontinents. Darüber hinaus ist der Stuart Highway seit 1987 auch Hauptschauplatz der World Solar Challenge, dem wohl weltweit anspruchsvollsten Rennen für Solarfahrzeuge. Alle zwei Jahre treten hier Solarfahrzeuge in mittlerweile drei verschiedenen Rennklassen in einem Ausdauerrennen über insgesamt mehr als 3.000 Kilometer an. Übergeordnetes Ziel der World Solar Challenge ist die kreative Entwicklung innovativer und nachhaltiger Mobilitätskonzepte auf Basis emissionsfreier Solartechnologie. Im Kern geht es aber natürlich auch um den sportlichen Wettbewerb, insbesondere zwischen Hochschulteams aus der ganzen Welt. Für das Rennen in der „Challenger“-Klasse gilt es einen einsitzigen, vierrädrigen Rennwagen so zu konstruieren, dass er das gesamte Rennen mit seiner eingebauten Batterie und der Energieausbeute eines maximal 4 m² großen Solarfelds bewältigen kann.
Team Sonnenwagen Aachen
Im Umfeld der RWTH und der FH Aachen haben sich im November 2015 von dieser Idee begeisterte Studenten mit dem Team Sonnenwagen Aachen in einem eigenständigen Verein zusammengefunden. Getragen von der Vision nachhaltiger Mobilitätskonzepte und der Realisierbarkeit des Wandels von fossilen Energieträgern hin zu erneuerbaren Energien, war das erste große Ziel die Teilnahme an der World Solar Challenge 2017 mit dem namensgebenden Sonnenwagen. Sowohl die Entwicklung eines den Anforderungen des Reglements entsprechenden solarbetriebenen Elektrofahrzeugs als auch die Logistik rund um ein Rennen auf einem mehr als 14.000 Kilometer entfernten Kontinent stellten das Team hierbei vor besondere Herausforderungen.
Mehr als 45 Studenten aus zahlreichen Aachener Fachrichtungen sind beteiligt.
Auf dem Weg zur ersten Teilnahme an der World Solar Challenge wuchs das Team Sonnenwagen Aachen dadurch schnell auf mehr als 45 Studenten aus den zahlreichen am Standort Aachen verankerten wissenschaftlichen Fachrichtungen an. Neben einem breit aufstellten Team für die Technik des Sonnenwagens arbeiten viele Teammitglieder dabei fast ausschließlich in der Koordination des Zugriffs auf die technische Infrastruktur einzelner Fakultäten, der logistischen Abläufe, der Medienarbeit und der Betreuung der zahlreichen Projekt-Sponsoren. Denn unabhängig von der Ingenieursleistung, ein Solarfahrzeug für ein Rennen über tausende Kilometer auszulegen, ist die Teilnahme an der World Solar Challenge für die studentischen Teams auch eine finanzielle Herausforderung.
Die Technik hinter dem Aachener Sonnenwagen
Energieeffizienz war dabei von Anfang an oberstes Gebot bei der Konstruktion eines Rennwagens der Challenger-Klasse. Zwar hat die Entwicklung von Solarzellen seit der ersten World Solar Challenge große Fortschritte gemacht, gleichzeitig wurde jedoch die maximale Größe des Solarfelds durch das Reglement in der Vergangenheit mehrfach reduziert. Um mit der knappen Energieversorgung im nicht immer sonnigen australischen Frühling auszukommen, müssen Luftwiderstand und Gewicht so weit wie nur irgend möglich optimiert werden. Auch hier profitieren die Studenten von der engen Verbindung zu den Instituten der RWTH und FH Aachen. Nur so war es möglich, das in Simulationen erarbeitete aerodynamische Design in aufwendigen Windkanaltests zu verifizieren.
Der Sonnenwagen erreicht eine Spitzengeschwindigkeit von 130 km/h.
In enger Zusammenarbeit von spezialisierten Teams aus den Bereichen Aerodynamik, Elektrotechnik und Mechanik ist ein Rennwagen entstanden, der mit einer Motorleistung von 19 PS eine Spitzengeschwindigkeit von 130 km/h erreicht – schneller dürfen Autos auf öffentlichen Fernstraßen in Australien nicht fahren. Solarzellen auf einer Fläche von vier Quadratmetern liefern dazu in der Spitze eine Leistung von einem Kilowatt. Die zusätzlich vorhandene Akkukapazität von fünf Kilowattstunden reicht im Idealfall für eine Strecke von 300 Kilometern. Alle diese Faktoren müssen während eines Rennens ständig neu bewertet und vom Piloten bei seiner Fahrweise berücksichtigt werden.
Mit der richtigen Strategie durch Australien
Aus diesem Grund wurde schon im Vorlauf der World Solar Challenge 2017 viel Zeit darin investiert, den Zufallsfaktor im laufenden Rennen zu gut wie möglich zu minimieren. Innerhalb des Teams Sonnenwagen ist dies die Aufgabe der Fahrstrategie. Sie lässt den Sonnenwagen weit vor dem eigentlichen Rennen virtuell durch das Outback fahren und berechnet daraus vorab die energieeffizienteste Fahrweise für eine Vielzahl möglicher Szenarien in der Realität. Während des Rennens belegt die Fahrstrategie eines der beiden Begleitfahrzeuge, die pro Team erlaubt sind und gibt im ständigen Funkkontakt mit dem Piloten die dynamisch auf Basis aktueller Leistungs- und Wetterdaten angepasste Fahrweise durch.
In der Erfolgsspur auf der Road to Darwin
Am Ende mündete der große Einsatz aller Teammitglieder im Vorlauf und während der Rennwoche vor Ort in einem großen Erfolg für das Team Sonnenwagen. Schon in der Qualifikation platzierten sich die Neueinsteiger auf einem beachtenswerten 5. Platz im Gesamtklassement und schlossen das Rennen in Australien nach 3.022 gefahrenen Kilometern mit einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 60 km/h als bester Newcomer ab. Während der erste Sonnenwagen im Anschluss unter widrigen Bedingungen bei der European Solar Challenge 2018 den 3. Platz erreichte, arbeitet ein teilweise neu zusammengestelltes Team längst am noch geheimen Sonnenwagen für die Teilnahme an der World Solar Challenge 2019.
Auf dieser aufwendigen „Road to Darwin“ ist das Team erneut auf den großen Einsatz zahlreicher Sponsoren angewiesen. Auch item unterstützt das Team Sonnenwagen Aachen als Komponentensponsor auf dem Weg zum weltweit härtesten Rennen für Solarfahrzeuge, den wir auf dem item Blog weiter begleiten werden. In einem der kommenden Beiträge beleuchten wir dabei eine innovative Lösung für den Transport des Sonnenwagens, die vom Team im item Engineeringtool umgesetzt wurde.
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