要約:
エンジニアでもプロのサイクリストでもなかったイギリス人のショーン ライアンは、ただ太陽が唯一の燃料タンクである電動アシスト自転車がどこまで走れるのかを知りたかっただけです。この自作の太陽光発電電動自転車はフランスの道路を 1,000 キロメートル以上走行し、複数のアルプスの峠を越えることができることが事実で証明されています。
Ruian は車両を一から再構築します。彼はカーゴバイクにソーラーパネルを取り付け、ミッドマウントモーターと組み合わせ、独自のバッテリー管理システムを設計しました。英国のノッティンガムで数週間のテストを行った後、彼はそのバイクを今年の国際ソーラーサイクリングイベント「サントリップ」に持ち込んだ。
Journey to the Sun は、2013 年にフランスの探検家フロリアン バイリーによって設立されました。 2010年、バイリーさんはソーラー発電の電動自転車に一人でフランスから日本まで乗りました。その後、この個人探検隊は、再生可能エネルギー、持続可能な交通、土木技術の推進と、長距離自転車遠征を通じて目標を達成することに特化した組織に発展しました。
このイベントは、参加者に車両が保証されておらず、物流上のセーフティ ネットがないという点で、従来のプロのサイクリング イベントとは異なります。ライダーは、独自のルートを計画し、キャンプし、車両をメンテナンスし、限られたエネルギー予算を管理する必要があります。必須のチェックポイント間の独自のルートを選択したり、イベントの指定されたエリアをたどったりすることができます。創設以来、フランスやアルプスに限定された短距離レースだけでなく、ヨーロッパ、中央アジア、中国、北アフリカでもイベントが開催されてきました。
今年のアルプスの舞台は、フランスのオーベルニュ ローヌ アルプ地方にあります。参加者はガリビエ峠を含む多くの山に登る必要があります。ガリビエ峠は標高 2,642 メートル、イゼラン峠は標高約 2,770 メートルで、アルプスで最も高い舗装道路の峠です。最終レースはアルベールビルで終了。
この競技では、移動距離と通過したチェックポイントに基づいてポイントが計算されますが、全体を通して 1 つのルールがあります。それは、グリッド電力を使用している人はソーラー チームから失格になるということです。 Ruian 氏は、主電源に接続した後もイベント全体に参加し続けることはできますが、ソーラー グループ ポイントを争う資格はなくなったと述べました。
Ruian は、Paradise Cycles が製造した Omnium カーゴ バイクをベース モデルとして選択しました。車両前部のラックはソーラーパネルの安定した取り付けプラットフォームを提供し、パネルを取り外した後も自転車を日常の貨物車両として使用できます。
電源システムは、Varstrom が提供する 250 ワット Tongsheng TSDZ2B ミッドマウント モーターを使用し、EM3-EV 製と Infinit 製の 2 つの 36 ボルト バッテリーを搭載しています。ソーラー システムは、パネルを Genasun GVB-8 ブースト最大電力点追跡充電コントローラーに直接接続し、バッテリーに電力を供給します。このデバイスは、ソーラーパネルの変化する出力電圧をバッテリーの充電に適した安定した電圧に変換できます。システム全体のエネルギー経路は「ソーラーパネル→チャージコントローラー→バッテリー」となり、その過程で生じるロスはわずかです。
ライアンは当初、前部貨物プラットフォーム全体をカバーする 3 枚の 100 ワット パネルを設置する予定でした。これにより出力は向上しましたが、テストの結果、車両が長すぎ、幅が広すぎ、交通や狭いスペースでは柔軟性がなくなることが判明しました。そこで彼は最終的に太陽電池アレイを 200 ワットまで縮小し、おそらくこれが長距離や登山に対応するのに必要な最小値に近いと判断しました。
この決定がデザイン全体の鍵となりました。キャンプ用品や撮影機材などすべての荷物を積み込むと自転車の総重量は61kgに達します。英国でのテスト中に、ライアンは車両が 1 マイルあたり 10 ～ 12 ワット時を消費し、これは 1 キロメートルあたり約 6 ～ 7.5 ワット時に相当することを発見しました。ソーラーパネルの定格は 200 ワットですが、実際の出力は、天候や太陽の角度によって異なりますが、通常は 70 ～ 100 ワットにすぎません。
サン ツアーの最も困難な日、彼は数多くの山岳地帯を 130 キロメートル走りました。充電コントローラーは、その日に車両の電気システムに入力された利用可能な太陽エネルギー 985 ワット時を記録しました。これは、時速 21 ～ 22 キロメートルの平均速度で、1 キロメートルあたり約 7.58 ワット時、または 1 マイルあたり約 12.2 ワット時に相当します。
旅行中の最大の危機は熱波の最中に起こりました。当時、フランスの気温は摂氏41度まで上昇し、リヨン近郊では山火事が発生した。高温により、Ruian の Infinit モジュラー バッテリーの 1 つに問題が発生し、バッテリー管理システムが過熱のためソーラー充電を受け付けませんでした。
ライアン氏は、バッテリー管理システムが実際には保護機能を果たしているが、それは 1 日のうちの一定期間、ソーラー パネルによって生成された電力をすべて蓄えることができないことを意味すると説明しました。今にして思えば、問題を改善する最も直接的な方法は、完全に日陰になり、高温から隔離された場所にバッテリーを設置することだと彼は考えています。
彼はまた、Infinit のバッテリーの構造が問題を悪化させているのではないかと疑っています。セルがスポット溶接によって永久に固定される従来のバッテリー パックとは異なり、この再構築可能なバッテリーは機械的手段を使用してセルを固定します。ライアン氏は、ソーラー充電の放電と受信を同時に行うと、セル接続部の接触抵抗により追加の熱が発生する可能性があると述べた。しかし同氏は、これが障害の原因であるかどうかを判断することは現時点では不可能であり、状況の一因となった可能性があるとしか言えないと強調した。
ソーラー パネルは概ねコンテストのテストに耐えましたが、既に厳しいエネルギー予算とバッテリーの熱の問題が重なったため、最終的にルイアンさんは旅行中に 2 回主電源に接続し、合計約 1 キロワット時の電力を補充する必要が生じ、そのためソーラー パネルを争う資格を失いました。
ライアンは、車両の操縦性を改善するために太陽電池アレイの出力を 300 ワットから 200 ワットに削減したことを認めました。今にして思えば、このパワーはおそらくこのイベントの距離と地形に対処するには限界に達していたのだろう。自転車自体の効率は非常に優れており、200 ワットのソーラー パネルが天気の良い日に必要なほぼすべての電力を供給しますが、このシステムには緊急時に備えた余裕があまりありません。
バッテリーが常に正常に動作していれば、車両が太陽エネルギーでレースを完走できるかどうかについては、ライアンは明確な答えを出せません。彼は、結果は非常に近いものになるだろうと考えています。日によっては 200 ワットで十分ですが、頻繁な天候の変化と激しい登山を伴うアルプスルートを考慮すると、エネルギーの蓄えは非常に限られています。
モーターもテストされています。レース前、ライアンは、250ワットのTongshengミッドマウントモーターが長距離の高温登坂で弱点になるのではないかと心配していたが、事実は彼の懸念を部分的に裏付けた。アルプスの長くて急な登りに直面しているこの最小の 250 ワット バージョンでは、重い荷物を積んだカーゴ バイクを牽引する必要があり、熱負荷が過大であるように見えます。
モーターが過熱した場合の Ruian のアプローチはシンプルです。停止して冷却するのを待ちます。何度か、モーターハウジングに直接水を注ぐこともあった。彼は、モーターを高速で回転させ続けることは、高負荷時にモーターを低速で回転させるよりも効果的であることを発見しました。丘を登るときは、非常に低いギアを選択し、モーターが車両をゆっくりと高速で押し上げていきます。この方法は高速ではありませんが、熱負荷を大幅に軽減できます。
これは、ハブ モーターと比較したミッドマウント モーターの利点でもあります。自転車独自のトランスミッション システムを使用して、急な坂道でもモーターをより効率的な速度範囲に保つことができます。ライアン氏は、これが公称電力 250 ワットのモーターにすぎないことを考慮すると、その性能はすでにかなり優れていると述べました。
ライアンは、ソーラー バイクがすべての人に適しているとは考えていません。毎日仕事帰りに数マイルしか乗らず、家に帰ったら充電できる人にとって、車にソーラーシステムを取り付けることはあまり意味がないかもしれません。しかし、自転車ツーリングの世界では、このコンセプトはさらに大きな可能性を示しています。このルートには山が多いが、比較的平坦な長距離旅行に利用すれば、太陽光発電の利点がより顕著になるだろうと氏は考えている。
ライアンにとって、アルパイン ステージ カーは単なるプロトタイプです。彼は、2028 年に予定されているフランスから中国へのサン ツアーに参加するという、より挑戦的な目標に向けてシステムの再設計をすでに開始しています。
現在発表されている暫定ルートは全長約 15,000 キロメートルで、バルカン半島、トルコ、コーカサス、中央アジア、中国西部を通過し、ロシアを迂回してカスピ海を横断する予定です。約40名のライダーが参加する予定だ。ただし、ルートやレースルールは変更される可能性があります。
このような長い旅を完了するには、車両にはより広い太陽エネルギー収集エリアが必要です。しかしライアンは、単に既存のアップライトバイクの幅を広げて、より多くのパネルで覆うことは否定した。彼は、毎日の移動距離が増加するにつれて、空力とライダーの快適性がますます重要になると考えています。
現在、彼はカーゴバイクをセミリカンベントのロングホイールベース構造に改造して、ライダーが元のカーゴプラットフォームの前、より広いソーラーキャノピーの下に座れるようにすることを検討しています。この設計により、空気力学が改善され、ソーラーパネルの面積が増加し、さらに重要なことに、数日間にわたる長距離ライディングにおいてライディングポジションがより快適になることが期待されています。
これは、最初の車両の単純さから大きく逸脱することになります。ライアン氏は、アルパインバージョンに最も惹かれたのは、本質的には通常のカーゴバイクであり、250ワットのミッドマウントモーター、ソーラー充電コントローラー、200ワットのソーラーパネルのみを備えていることだと語った。これは、ソーラー自転車の基本機能を実現するために、複雑な構造や奇妙な外観を備えた特別な車両を製造する必要がないことを証明しています。
ただし、フランスから中国に出荷されるモデルは必然的により特殊なものになります。ライアンが最初のシンプルなプロトタイプから得た経験は、次の長距離ソーラーバイクの設計の基礎としても機能します。
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