این خودروی خورشیدی بیشتر از مصرف خود انرژی تولید می‌ کند + تصویر

دانشجویان دانشگاه کلمسون  از خودروی خورشیدی Deep Orange 17 رونمایی کرده‌اند که در رفت‌وآمد شهری، انرژی بیشتری از میزان مصرف خود تولید می‌کند.

به گزارش سرویس خودروی تک‌ناک، این کوپه سبک‌وزن بیش از ۱۷۰۰ سلول خورشیدی روی بدنه دارد و با وزن تنها ۵۵۰ کیلوگرم، برای کاهش مصرف انرژی و وابستگی به ایستگاه‌های شارژ طراحی شده است.

خودروی خورشیدی Deep Orange 17 جدیدترین محصول برنامه مهندسی Deep Orange دانشگاه کلمسون است. دانشجویان تحصیلات تکمیلی مهندسی خودرو در این برنامه، خودروهای مفهومی کاملا عملیاتی را با همکاری شرکت‌های فعال در صنعت خودرو توسعه می‌دهند. شرکت BMW در پاییز ۲۰۲۴ چالش متفاوتی را برای ۱۶ دانشجوی حاضر در این پروژه مطرح کرد. این شرکت از آنها خواست خودرویی بسازند که در استفاده روزمره بتواند بیشتر از میزان مصرف خود انرژی تولید کند.

بیشتر بخوانید: خودروی خورشیدی دانشجویی قهرمان مسابقه 3 هزار کیلومتری شد

چگونگی تولید انرژی بیشتر از مصرف روزانه

دانشجویان برای دستیابی به این هدف، به‌جای تمرکز صرف بر چرخه‌های استاندارد آزمایش خودرو، الگوی استفاده واقعی مردم از خودروهای شخصی را بررسی کردند. خودروهای سواری بخش زیادی از روز را در حالت پارک سپری می‌کنند. تیم Deep Orange این زمان را فرصتی برای تولید انرژی در نظر گرفت و بدنه خودرو را به سطحی برای جذب نور خورشید تبدیل کرد. این سامانه هنگام رانندگی نیز فعال باقی می‌ماند و می‌تواند به‌ طور پیوسته انرژی تولید کند.

نتیجه این رویکرد، Deep Orange 17 است. این خودرو که Luminetta نیز نامیده می‌شود، یک کوپه دودر خورشیدی با تراز انرژی مثبت است. طراحان آن تلاش کرده‌اند سهولت رانندگی و بهره‌وری انرژی را افزایش و نیاز راننده به زیرساخت شارژ را کاهش دهند.

استفان آگوستین، مدیر پروژه تحقیقات و فناوری‌های جدید BMW بیان کرد که این شرکت سال‌ها قصد اجرای چنین پروژه‌ای را داشته است. به گفته او، مشاهده تلاش دانشجویان طی دو سال و غلبه آنها بر محدودیت‌ها و مشکلات فنی برای تبدیل ایده خودروی با تراز انرژی مثبت به یک نمونه واقعی، بسیار رضایت‌بخش بوده است.

بیشتر بخوانید: موفقیت خودروی خورشیدی Aptera در آزمایش نخست

بیش از ۱۷۰۰ سلول خورشیدی روی بدنه خودرو

فهرست مطالب

سامانه خورشیدی Deep Orange 17 برخلاف بسیاری از خودروهایی که از پنل‌های خورشیدی برای تأمین انرژی تجهیزات جانبی استفاده می‌کنند، بخشی اساسی از راهبرد تأمین انرژی خودرو است. دانشجویان بیش از ۱۷۰۰ سلول فتوولتائیک را به صورت مستقیم در سطوح خارجی خودرو ادغام کرده‌اند. بنابراین بدنه می‌تواند هنگام پارک و حرکت، نور خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل کند.

این سامانه در طول روز، انرژی ذخیره‌شده خودرو را با استفاده از نور خورشید افزایش می‌دهد و بخشی از انرژی مصرف‌شده هنگام رانندگی را جبران می‌کند. دانشجویان پنل‌های مورد استفاده در خودروی خورشیدی Deep Orange 17 را با همکاری مؤسسه فرانهوفر برای سامانه‌های انرژی خورشیدی ISE توسعه داده‌اند.

ساختار پنل‌ها به‌گونه‌ای طراحی شده است که سایه افتادن روی بخشی از آنها، تولید برق کل سامانه را متوقف نکند. یک لایه خارجی بادوام نیز از سلول‌های خورشیدی محافظت می‌کند. سازندگان با استفاده از یک فرایند پیشرفته تولید مبتنی بر لیزر، رنگ متمایزی را برای این پوشش ایجاد کرده‌اند تا سلول‌های خورشیدی با طراحی بدنه هماهنگ شوند.

تیم پروژه برای مشخص کردن عملکرد سامانه در شرایط واقعی، میزان تابش خورشید و شرایط محیطی چهار منطقه متفاوت جهان را مدل‌سازی کرد. این آزمایش‌ها شرایط گرینویل در کارولینای جنوبی، فرانکفورت در آلمان، مادرید در اسپانیا و بمبئی در هند را شامل می‌شد.

پژوهشگران در محاسبات خود، رفت‌وآمد روزانه ۲۰ کیلومتری را در نظر گرفتند. نتایج نشان داد Deep Orange 17 در هر چهار منطقه می‌تواند پس از تأمین انرژی مورد نیاز این رفت‌وآمد، انرژی خورشیدی مازاد تولید کند. این انرژی مازاد به‌ طور متوسط برای پیمایش ۵۰ کیلومتر مسافت اضافی کافی است.

بیشتر بخوانید: اولین خودروی آفرود خورشیدی جهان رونمایی شد

01

از 03

وزن ۵۵۰ کیلوگرمی برای کاهش مصرف انرژی

دانشجویان برای رسیدن به تراز انرژی مثبت نمی‌توانستند تنها به افزایش تولید برق خورشیدی متکی باشند. آنها باید مصرف انرژی خودرو را نیز تا حد امکان کاهش می‌دادند. به همین دلیل، آیرودینامیک، ساختار بدنه، الکترونیک قدرت و سامانه کنترل قوای محرکه با تمرکز بر بهره‌وری طراحی شدند.

خودروی Deep Orange 17 تنها ۵۵۰ کیلوگرم وزن دارد. براساس اعلام دانشگاه کلمسون، وزن این نمونه تقریباً یک‌چهارم بسیاری از خودروهای تولیدی با ابعاد مشابه است. کاهش قابل توجه جرم خودرو باعث می‌شود قوای محرکه برای شتاب‌گیری و حفظ حرکت به انرژی کمتری نیاز داشته باشد.

دانشجویان برای دستیابی به این وزن پایین از یک شاسی چندماده‌ای استفاده کرده‌اند. فولاد سازه‌ای در قسمت‌هایی به کار رفته است که برای ایمنی سرنشینان اهمیت دارند. قطعات آلومینیومی، اجزای سازه‌ای ساخته‌شده از فیبرکربن و اتصالات فلزی تولیدشده با چاپ سه‌بعدی نیز در بخش‌های دیگر قرار گرفته‌اند. این ترکیب به تیم اجازه داده است وزن را کاهش دهد و استحکام مورد نیاز سازه را حفظ کند.

طراحی آیرودینامیکی خودرو نیز از ماهی صندوقی الهام گرفته شده است. فرم طبیعی بدن این ماهی می‌تواند مقاومت هوا را کاهش دهد و در عین حال فضای داخلی مناسبی ایجاد کند. دانشجویان این ویژگی را به‌ عنوان پایه‌ای برای طراحی زیست‌الهام خودرو انتخاب کردند و آن را با ظاهر رترو-مدرن Luminetta ترکیب کردند.

ترمز احیاکننده نیز بخشی از راهکار مدیریت انرژی خودرو است. این فناوری بخشی از انرژی جنبشی خودرو را هنگام کاهش سرعت بازیابی می‌کند. توزیع هوشمند گشتاور و کنترل بهینه‌شده قوای محرکه نیز برای جلوگیری از اتلاف انرژی و افزایش بهره‌وری کلی خودرو به کار گرفته شده‌اند.

هارش منگنانی، عضو تیم Deep Orange و مسئول یکپارچه‌سازی سامانه خورشیدی، این پروژه را بسیار چالش‌برانگیز توصیف کرد. او گفت که هدف تیم فقط ساخت یک نمونه عملیاتی با تراز انرژی مثبت نبود و دانشجویان باید نشان می‌دادند که ادغام فناوری خورشیدی چگونه می‌تواند استقلال انرژی خودرو را افزایش دهد.

02

از 03

طراحی کوپه با فناوری‌های مورد استفاده روزمره

شرکت BMW از دانشجویان خواسته بود بهره‌وری بالا را بدون کنار گذاشتن جذابیت طراحی خودرو به دست آورند. تیم Deep Orange نیز یک کوپه دودر را طراحی کرد که بخشی از هویت بصری خود را از میراث طراحی BMW می‌گیرد و در عین حال ویژگی‌های مدرن و متمایزی دارد.

نام Luminetta نیز با همین رویکرد انتخاب شده است. این نام هم به توانایی خودرو در استفاده از نور خورشید برای تولید انرژی اشاره دارد و هم طراحی رترو-مدرن آن را منعکس می‌کند.

دانشجویان در کابین خودرو یک رابط اختصاصی انسان و ماشین توسعه داده‌اند. این سامانه اطلاعات فنی و داده‌های عملکرد خودرو را به‌ صورت لحظه‌ای در اختیار راننده قرار می‌دهد. قابلیت‌های آشنای خودروهای امروزی نیز کنار فناوری‌های آزمایشی حفظ شده‌اند. Deep Orange 17 از Apple CarPlay و Android Auto پشتیبانی می‌کند تا راننده بتواند از امکانات متداول ارتباطی و سرگرمی استفاده کند.

هدف پروژه فقط نمایش یک فناوری خورشیدی جدید نبوده است. دانشگاه کلمسون از Deep Orange برای آموزش کامل فرایند توسعه خودرو به دانشجویان تحصیلات تکمیلی استفاده می‌کند. دانشجویان برخلاف بسیاری از پروژه‌های دانشگاهی، تنها مسئول طراحی یا آزمایش یک بخش مشخص نیستند و تمام مراحل توسعه خودرو را تجربه می‌کنند.

بیشتر بخوانید: این شارژر خورشیدی دنیای خودروهای برقی را متحول می کند!

03

از 03

ادامه تحقیقات تا نمایش خودروی خورشیدی در CES 2027

دانشجویان در این پروژه تحقیقات بازار را انجام دادند، نیازهای مشتریان را مشخص کردند و مفهوم اولیه خودرو را توسعه دادند. سپس آنها سامانه‌های اصلی را مهندسی کردند، قطعات مورد نیاز را ساختند و عملکرد نمونه نهایی را مورد آزمایش قرار دادند. مدیریت بودجه، برنامه زمانی و محدودیت‌های فنی واقعی نیز بخشی از پروژه بود.

این فرایند حوزه‌هایی مانند: مهندسی قوای محرکه، سامانه‌های کنترل خودرو، تولید، طراحی بدنه، نرم‌افزار و فناوری‌های نوظهور را در یک پروژه واحد ترکیب کرد. مهندسان صنعت نیز در کنار دانشجویان حضور داشتند تا شرایط پروژه تا حد امکان به فرایند واقعی توسعه یک خودرو نزدیک باشد.

انشول کارن، مدیر پروژه Deep Orange بیان کرد که دانشجویان کارشناسی ارشد به‌ ندرت فرصت پیدا می‌کنند تمام فرایند ساخت یک نمونه اولیه خودرو را تجربه کنند. به گفته او، بسیاری از برنامه‌های مهندسی، درس‌هایی درباره موضوعاتی مانند مدل‌سازی دیجیتال یا بازاریابی ارائه می‌کنند، اما تعداد کمی از آنها به دانشجویان اجازه می‌دهند یک پروژه را از ایده اولیه آغاز کنند و در پایان یک نمونه کاملا عملیاتی تحویل دهند.

۱۶ دانشجویی که طی دو سال Deep Orange 17 را توسعه دادند، در ۷ اوت با مدرک کارشناسی ارشد مهندسی خودرو فارغ‌التحصیل می‌شوند. دکتر گرگ موکو، مدیر برنامه Deep Orange معتقد است تجربه حاصل از این پروژه برای آنها فراتر از دریافت مدرک دانشگاهی خواهد بود. به گفته وی، دانشجویان پس از پایان پروژه و بررسی دستاوردهای خود، بهتر متوجه میزان رشد به‌ عنوان مهندس، فرد و عضو یک تیم خواهند شد.

پایان دوره دانشجویان به معنی پایان پروژه خودروی خورشیدی Deep Orange 17 نیست. دانشگاه کلمسون تحقیقات روی این خودرو را در مرکز بین‌المللی تحقیقات خودرویی دانشگاه کلمسون، CU-ICAR، در گرینویل کارولینای جنوبی ادامه خواهد داد. پژوهشگران از این نمونه به‌ عنوان بستری برای آزمایش و توسعه فناوری‌های جدید مرتبط با حمل‌ونقل پایدار استفاده خواهند کرد.

همچنین دانشگاه کلمسون قصد دارد Deep Orange 17 را در نمایشگاه CES 2027 در لاس‌وگاس به نمایش بگذارد. این خودرو در آنجا می‌تواند نمونه‌ای عملی از رویکردی باشد که به‌جای تمرکز صرف بر افزایش ظرفیت باتری یا توسعه زیرساخت شارژ، تولید انرژی توسط خود خودرو و کاهش هم‌زمان مصرف آن را دنبال می‌کند.

سامانه خورشیدی Deep Orange 17 برخلاف بسیاری از خودروهایی که از پنل‌های خورشیدی برای تأمین انرژی تجهیزات جانبی استفاده می‌کنند، بخشی اساسی از راهبرد تأمین انرژی خودرو است. دانشجویان بیش از ۱۷۰۰ سلول فتوولتائیک را به صورت مستقیم در سطوح خارجی خودرو ادغام کرده‌اند. بنابراین بدنه می‌تواند هنگام پارک و حرکت، نور خورشید را به انرژی الکتریکی تبدیل کند.

این سامانه در طول روز، انرژی ذخیره‌شده خودرو را با استفاده از نور خورشید افزایش می‌دهد و بخشی از انرژی مصرف‌شده هنگام رانندگی را جبران می‌کند. دانشجویان پنل‌های مورد استفاده در خودروی خورشیدی Deep Orange 17 را با همکاری مؤسسه فرانهوفر برای سامانه‌های انرژی خورشیدی ISE توسعه داده‌اند.

ساختار پنل‌ها به‌گونه‌ای طراحی شده است که سایه افتادن روی بخشی از آنها، تولید برق کل سامانه را متوقف نکند. یک لایه خارجی بادوام نیز از سلول‌های خورشیدی محافظت می‌کند. سازندگان با استفاده از یک فرایند پیشرفته تولید مبتنی بر لیزر، رنگ متمایزی را برای این پوشش ایجاد کرده‌اند تا سلول‌های خورشیدی با طراحی بدنه هماهنگ شوند.

تیم پروژه برای مشخص کردن عملکرد سامانه در شرایط واقعی، میزان تابش خورشید و شرایط محیطی چهار منطقه متفاوت جهان را مدل‌سازی کرد. این آزمایش‌ها شرایط گرینویل در کارولینای جنوبی، فرانکفورت در آلمان، مادرید در اسپانیا و بمبئی در هند را شامل می‌شد.

پژوهشگران در محاسبات خود، رفت‌وآمد روزانه ۲۰ کیلومتری را در نظر گرفتند. نتایج نشان داد Deep Orange 17 در هر چهار منطقه می‌تواند پس از تأمین انرژی مورد نیاز این رفت‌وآمد، انرژی خورشیدی مازاد تولید کند. این انرژی مازاد به‌ طور متوسط برای پیمایش ۵۰ کیلومتر مسافت اضافی کافی است.

بیشتر بخوانید: اولین خودروی آفرود خورشیدی جهان رونمایی شد

وزن ۵۵۰ کیلوگرمی برای کاهش مصرف انرژی

دانشجویان برای رسیدن به تراز انرژی مثبت نمی‌توانستند تنها به افزایش تولید برق خورشیدی متکی باشند. آنها باید مصرف انرژی خودرو را نیز تا حد امکان کاهش می‌دادند. به همین دلیل، آیرودینامیک، ساختار بدنه، الکترونیک قدرت و سامانه کنترل قوای محرکه با تمرکز بر بهره‌وری طراحی شدند.

خودروی Deep Orange 17 تنها ۵۵۰ کیلوگرم وزن دارد. براساس اعلام دانشگاه کلمسون، وزن این نمونه تقریباً یک‌چهارم بسیاری از خودروهای تولیدی با ابعاد مشابه است. کاهش قابل توجه جرم خودرو باعث می‌شود قوای محرکه برای شتاب‌گیری و حفظ حرکت به انرژی کمتری نیاز داشته باشد.

دانشجویان برای دستیابی به این وزن پایین از یک شاسی چندماده‌ای استفاده کرده‌اند. فولاد سازه‌ای در قسمت‌هایی به کار رفته است که برای ایمنی سرنشینان اهمیت دارند. قطعات آلومینیومی، اجزای سازه‌ای ساخته‌شده از فیبرکربن و اتصالات فلزی تولیدشده با چاپ سه‌بعدی نیز در بخش‌های دیگر قرار گرفته‌اند. این ترکیب به تیم اجازه داده است وزن را کاهش دهد و استحکام مورد نیاز سازه را حفظ کند.

طراحی آیرودینامیکی خودرو نیز از ماهی صندوقی الهام گرفته شده است. فرم طبیعی بدن این ماهی می‌تواند مقاومت هوا را کاهش دهد و در عین حال فضای داخلی مناسبی ایجاد کند. دانشجویان این ویژگی را به‌ عنوان پایه‌ای برای طراحی زیست‌الهام خودرو انتخاب کردند و آن را با ظاهر رترو-مدرن Luminetta ترکیب کردند.

ترمز احیاکننده نیز بخشی از راهکار مدیریت انرژی خودرو است. این فناوری بخشی از انرژی جنبشی خودرو را هنگام کاهش سرعت بازیابی می‌کند. توزیع هوشمند گشتاور و کنترل بهینه‌شده قوای محرکه نیز برای جلوگیری از اتلاف انرژی و افزایش بهره‌وری کلی خودرو به کار گرفته شده‌اند.

هارش منگنانی، عضو تیم Deep Orange و مسئول یکپارچه‌سازی سامانه خورشیدی، این پروژه را بسیار چالش‌برانگیز توصیف کرد. او گفت که هدف تیم فقط ساخت یک نمونه عملیاتی با تراز انرژی مثبت نبود و دانشجویان باید نشان می‌دادند که ادغام فناوری خورشیدی چگونه می‌تواند استقلال انرژی خودرو را افزایش دهد.

طراحی کوپه با فناوری‌های مورد استفاده روزمره

شرکت BMW از دانشجویان خواسته بود بهره‌وری بالا را بدون کنار گذاشتن جذابیت طراحی خودرو به دست آورند. تیم Deep Orange نیز یک کوپه دودر را طراحی کرد که بخشی از هویت بصری خود را از میراث طراحی BMW می‌گیرد و در عین حال ویژگی‌های مدرن و متمایزی دارد.

نام Luminetta نیز با همین رویکرد انتخاب شده است. این نام هم به توانایی خودرو در استفاده از نور خورشید برای تولید انرژی اشاره دارد و هم طراحی رترو-مدرن آن را منعکس می‌کند.

دانشجویان در کابین خودرو یک رابط اختصاصی انسان و ماشین توسعه داده‌اند. این سامانه اطلاعات فنی و داده‌های عملکرد خودرو را به‌ صورت لحظه‌ای در اختیار راننده قرار می‌دهد. قابلیت‌های آشنای خودروهای امروزی نیز کنار فناوری‌های آزمایشی حفظ شده‌اند. Deep Orange 17 از Apple CarPlay و Android Auto پشتیبانی می‌کند تا راننده بتواند از امکانات متداول ارتباطی و سرگرمی استفاده کند.

هدف پروژه فقط نمایش یک فناوری خورشیدی جدید نبوده است. دانشگاه کلمسون از Deep Orange برای آموزش کامل فرایند توسعه خودرو به دانشجویان تحصیلات تکمیلی استفاده می‌کند. دانشجویان برخلاف بسیاری از پروژه‌های دانشگاهی، تنها مسئول طراحی یا آزمایش یک بخش مشخص نیستند و تمام مراحل توسعه خودرو را تجربه می‌کنند.

بیشتر بخوانید: این شارژر خورشیدی دنیای خودروهای برقی را متحول می کند!

ادامه تحقیقات تا نمایش خودروی خورشیدی در CES 2027

دانشجویان در این پروژه تحقیقات بازار را انجام دادند، نیازهای مشتریان را مشخص کردند و مفهوم اولیه خودرو را توسعه دادند. سپس آنها سامانه‌های اصلی را مهندسی کردند، قطعات مورد نیاز را ساختند و عملکرد نمونه نهایی را مورد آزمایش قرار دادند. مدیریت بودجه، برنامه زمانی و محدودیت‌های فنی واقعی نیز بخشی از پروژه بود.

این فرایند حوزه‌هایی مانند: مهندسی قوای محرکه، سامانه‌های کنترل خودرو، تولید، طراحی بدنه، نرم‌افزار و فناوری‌های نوظهور را در یک پروژه واحد ترکیب کرد. مهندسان صنعت نیز در کنار دانشجویان حضور داشتند تا شرایط پروژه تا حد امکان به فرایند واقعی توسعه یک خودرو نزدیک باشد.

انشول کارن، مدیر پروژه Deep Orange بیان کرد که دانشجویان کارشناسی ارشد به‌ ندرت فرصت پیدا می‌کنند تمام فرایند ساخت یک نمونه اولیه خودرو را تجربه کنند. به گفته او، بسیاری از برنامه‌های مهندسی، درس‌هایی درباره موضوعاتی مانند مدل‌سازی دیجیتال یا بازاریابی ارائه می‌کنند، اما تعداد کمی از آنها به دانشجویان اجازه می‌دهند یک پروژه را از ایده اولیه آغاز کنند و در پایان یک نمونه کاملا عملیاتی تحویل دهند.

۱۶ دانشجویی که طی دو سال Deep Orange 17 را توسعه دادند، در ۷ اوت با مدرک کارشناسی ارشد مهندسی خودرو فارغ‌التحصیل می‌شوند. دکتر گرگ موکو، مدیر برنامه Deep Orange معتقد است تجربه حاصل از این پروژه برای آنها فراتر از دریافت مدرک دانشگاهی خواهد بود. به گفته وی، دانشجویان پس از پایان پروژه و بررسی دستاوردهای خود، بهتر متوجه میزان رشد به‌ عنوان مهندس، فرد و عضو یک تیم خواهند شد.

پایان دوره دانشجویان به معنی پایان پروژه خودروی خورشیدی Deep Orange 17 نیست. دانشگاه کلمسون تحقیقات روی این خودرو را در مرکز بین‌المللی تحقیقات خودرویی دانشگاه کلمسون، CU-ICAR، در گرینویل کارولینای جنوبی ادامه خواهد داد. پژوهشگران از این نمونه به‌ عنوان بستری برای آزمایش و توسعه فناوری‌های جدید مرتبط با حمل‌ونقل پایدار استفاده خواهند کرد.

همچنین دانشگاه کلمسون قصد دارد Deep Orange 17 را در نمایشگاه CES 2027 در لاس‌وگاس به نمایش بگذارد. این خودرو در آنجا می‌تواند نمونه‌ای عملی از رویکردی باشد که به‌جای تمرکز صرف بر افزایش ظرفیت باتری یا توسعه زیرساخت شارژ، تولید انرژی توسط خود خودرو و کاهش هم‌زمان مصرف آن را دنبال می‌کند.