Studenci Politechniki Wrocławskiej pracują nad łodzią zasilaną panelami fotowoltaicznymi, z którą chcą wystartować w międzynarodowych zawodach w Monako. Obecnie konstruują prototyp, a wiosną planują pierwsze testy na Odrze

Grupa projektowa PWr Solar Boat powstała z inicjatywy studentów Kół Naukowych „Flow” i „Płomień” działających na Wydziale Mechaniczno-Energetycznym Politechniki Wrocławskiej. 

– Prezesi naszych kół uznali, że warto połączyć siły i zaangażować się w projekt, który stałby się wizytówką wydziału. Z racji tego, że liderzy interesują się żeglarstwem i byli zorientowani w międzynarodowych zawodach łodzi solarnych, zdecydowaliśmy się na realizację właśnie tego pomysłu – mówi Michalina Przygodzka, koordynatorka sekcji marketingu.

W sumie w projekt włączyło się ok. 50 studentów i studentek naszej uczelni. Część z nich interesuje się tego typu konstrukcjami, część to pasjonaci żeglarstwa, ale dla większości będzie to pierwszy kontakt z projektem łodzi solarnej. 

– Ze względu na profil naszego wydziału skupiamy się głównie na energetyce konwencjonalnej, ale obecnie konieczne jest także zwrócenie uwagi na aspekty energii odnawialnej oraz kwestie związane ze zrównoważonym rozwojem. Mamy nadzieję, że dzięki budowie łodzi solarnej zainteresujemy tymi tematami szersze grono osób – dodaje Michalina Przygodzka.

Czy to łódź? Czy to samolot?

Przed młodymi konstruktorami bardzo wymagające zadanie stworzenia wyścigowej łodzi zasilanej za pomocą paneli fotowoltaicznych, która będzie nie tylko wydajna i szybka, lecz także bezpieczna.

Projekt zakłada budowę jednoosobowej łodzi o długości ok. 5,5 m wyposażonej w panele fotowoltaiczne o powierzchni 6 m kw. Nasi studenci w swoich planach poszli jednak o krok dalej i postanowili połączyć łódź z samolotem. – Samo przerobienie kajaka na napęd solarny nie jest zbyt trudne, dlatego zdecydowaliśmy się na skok na głęboką wodę. W swoim projekcie chcemy bowiem wykorzystać hydroskrzydła – tłumaczy Robert Płaczek, członek sekcji konstrukcji.

Hydroskrzydła to specjalne płaty nośne, które są montowane pod kadłubem. Przy nabraniu odpowiedniej prędkości powodują one wynurzanie się kadłuba z wody, dzięki czemu zmniejsza się opór i łódź może płynąć znacznie szybciej. Tego typu rozwiązania stosowane są m.in. w wodolotach, a w wypadku łodzi solarnych pozwalają na bardziej efektywne wykorzystanie mocy silnika i paneli. W trakcie ostatnich zawodów w Monako łodzie wyposażone w hydroskrzydła osiągały prędkość powyżej 50 km/h.

Silnik zastosowany w projekcie będzie miał moc ok. 5 kW, a kadłub ma zostać wykonany z włókna węglowego. – To najbardziej skomplikowana część całej konstrukcji. Włókno węglowe to nie drewno, do którego można wszystko przykręcić za pomocą kilku śrub. Przy wykorzystaniu tego materiału wszystko musi być odpowiednio ułożone i sklejone, ważna jest też grubość poszczególnych elementów. To bardzo nowoczesna technologia, której opanowanie będzie dla nas wyzwaniem, bo wszystkiego będziemy musieli się nauczyć sami – podkreśla Robert Płaczek.

Dużym wyzwaniem będzie również opracowanie odpowiedniego systemu sterowania. Także w tym wypadku nasi studenci nie chcą się ograniczyć do najprostszych rozwiązań. W swoim projekcie zdecydowali się zastosować sterowanie trójpłaszczyznowe, przy czym zależy im, żeby w jednej płaszczyźnie było ono w pełni automatyczne. 

– Podstawą będzie oczywiście ster kierunku, który posiadają wszystkie łodzie i będzie to rozwiązane typowo mechanicznie, poprzez zastosowanie systemu bloczków, linek i bezpośrednie przełożenie. Druga płaszczyzna to sterowanie góra – dół, dzięki której będzie można poprawić stabilność na przykład poprzez dociążanie tyłu łodzi. Tymi sterami ma oczywiście kierować pilot – dodaje Robert Płaczek.

Trzecim i najbardziej innowacyjnym rozwiązaniem będzie natomiast system sterowania w osi wzdłużnej, który ma być w pełni automatyczny. Rozwiązanie to będzie oparte o dwa układy. – Pierwszy z nich to układ pomiaru kąta wychylenia steru. W zależności od tego, jak bardzo ster się wychyli, to odpowiedni sterownik obróci łódź pomagając jej w płynnym skręcie. Drugie urządzenie, które nam pomoże to tzw. układ AHRS mierzący prędkość, przyspieszenie i wychylenia łodzi w każdej płaszczyźnie – wyjaśnia Hubert Biliński, koordynator sekcji elektryki i elektroniki.

We współpracy z firmą zewnętrzną zaprojektowany zostanie natomiast system chłodzenia, bowiem wszystkie wykorzystywane baterie, sterowniki, kontrolery i inne urządzenie elektroniczne będą generowały duże ilości ciepła, które trzeba będzie odprowadzić. Także panele fotowoltaiczne mocno się rozgrzewają, a wzrost ich temperatury powoduje spadek efektywności.

Łódź zostanie również wyposażona w gaśnicę oraz awaryjny system wyłączający wszystkie urządzenia, który ma się uruchamiać automatycznie w momencie, gdy pilot straci nad nią kontrolę.

– Nasza łódź będzie tak naprawdę pływającym laboratorium, mamy tu bowiem do czynienia z ogromnym projektem badawczym, na którym w przyszłości będzie można oprzeć prace naukowe. To wielkie wyzwanie i szansa, żeby się czegoś nauczyć dla wszystkich osób zaangażowanych w budowę – dodaje Hubert Biliński.

Wodowanie wiosną

Obecnie młodzi konstruktorzy pracują nad pierwszym prototypem łodzi, a testy chcą przeprowadzić wiosną na Odrze. Ze swoją konstrukcją planują wystartować na zawodach łodzi solarnych, które w lipcu 2019 r. odbędą się w Monako. To największa i najbardziej prestiżowa tego typu impreza na świecie, w której biorą udział nie tylko studenci, lecz także profesjonalne zespoły konstruktorów.

Ekipy startujące w zawodach rywalizują w trzech konkurencjach – przyspieszenia, slalomu oraz wyścigach. – Oznacza to, że pracując nad projektem nie możemy całkowicie skupić się na prędkości, bo wtedy odbędzie się to kosztem zwrotności. Ważne więc będzie odpowiednie wyśrodkowanie wszystkich elementów od mocy silnika, poprzez sprawność śruby aż po wyważenie łodzi – zaznacza Michalina Przygodzka. 

W projekt budowy łodzi zaangażowanych jest ponad 20 firm, które zaoferowały naszym studentom pomoc merytoryczną i materiałową. Opiekunami naukowymi grupy są Maciej Cholewiński, doktorant w Katedrze Inżynierii Kriogenicznej, Lotniczej i Procesowej oraz Artur Machalski, doktorant w Zakładzie Podstaw Konstrukcji i Maszyn Przepływowych.

Zespół PWr Solar Boat podzielony został na trzy sekcje: sekcję elektro, która zajmuje się m.in. tworzeniem rozwiązań dotyczących pozyskiwania, przetwarzania, magazynowania i wykorzystania energii elektrycznej na łodzi solarnej; sekcję konstrukcji zajmującą się zaprojektowaniem kształtu kadłuba i skrzydeł nośnych, zagadnieniami sterowania, analizami wytrzymałościowymi oraz optymalizacją parametrów pod względem hydrodynamicznym, a także sekcję marketingu odpowiadającą m.in. za identyfikację wizualną projektu, zarządzanie mediami społecznościowymi oraz organizację eventów.

W trakcie wakacji praca nad prototypem łodzi prowadzona była w porcie Stanica, jednak po zakończeniu sezonu studenci nie mogą już korzystać z tego miejsca. Obecnie zespół szuka nowego warsztatu, w którym mógłby przygotowywać konstrukcję.

Koło Naukowe „Flow” zostało założone w 2012 roku i zajmuje się szeroko pojętą energetyką. Działający w nim studenci mają m.in. okazję do realizacji projektów naukowych w zakresie projektowania instalacji małych mocy, a także uczęszczania na szkolenia ponadprogramowe np. Autodesk Inventor (w ramach projektu Modele 3D) oraz uczenia się podstawowych prac ślusarskich.

Koło Naukowe „Płomień” zrzesza studentów, którzy chcą realizować swoje zainteresowania w dziedzinie energetyki. Najważniejszą działalnością koła są projekty naukowe realizowane we współpracy z uczelnią, firmami prywatnymi oraz innymi kołami nawykowymi. Członkowie koła biorą udział w konferencjach i sympozjach gdzie zapoznają się z problemami energetyki w Polsce i na świecie. Organizują także cyklicznie Panel Dyskusyjny “Przyszłość Energetyczna Polski”, Warsztaty Energetyczne oraz Mikołajkową Akcję Babeczkową, w trakcie której zbierają datki na prezenty dla dzieci z ubogich rodzin.

mic