الملخص:
لم يكن بريت شون رايان مهندسًا ولا راكب دراجات محترفًا، بل أراد فقط معرفة المدى الذي يمكن أن تقطعه دراجة تعمل بالكهرباء عندما تكون الشمس هي خزان الوقود الوحيد لها. أثبتت الحقائق أن هذه الدراجة الكهربائية ذاتية الصنع التي تعمل بالطاقة الشمسية يمكنها السفر لمسافة تزيد عن 1000 كيلومتر على الطرق الفرنسية وعبور عدة ممرات في جبال الألب.
يقوم رويان بإعادة بناء المركبات من الصفر. قام بتركيب ألواح شمسية على دراجة شحن، وربطها بمحرك مثبت في المنتصف، وصمم نظام إدارة البطارية الخاص به. وبعد أسابيع من الاختبار في نوتنغهام بإنجلترا، أخذ الدراجة إلى حدث Sun Trip الدولي للدراجات الشمسية لهذا العام.
تأسست رحلة إلى الشمس عام 2013 على يد المستكشف الفرنسي فلوريان بايلي. وفي عام 2010، ركب بايلي دراجة كهربائية تعمل بالطاقة الشمسية من فرنسا إلى اليابان وحده. تطورت هذه الرحلة الاستكشافية الشخصية منذ ذلك الحين إلى منظمة مكرسة لتعزيز الطاقة المتجددة والنقل المستدام وتكنولوجيا الهندسة المدنية، وتحقيق أهدافها من خلال رحلات الدراجات لمسافات طويلة.
يختلف هذا الحدث عن أحداث ركوب الدراجات الاحترافية التقليدية من حيث أن المشاركين لا يملكون مركبات مضمونة ولا توجد شبكة أمان لوجستية. يُترك للركاب لتخطيط مساراتهم الخاصة، والتخييم، وصيانة مركباتهم، وإدارة ميزانية الطاقة المحدودة. ويمكنهم اختيار طريقهم الخاص بين نقاط التفتيش الإلزامية أو اتباع المناطق المخصصة للحدث. ومنذ بدايتها، تقام الفعاليات في جميع أنحاء أوروبا وآسيا الوسطى والصين وشمال أفريقيا، بالإضافة إلى سباقات المسافات القصيرة التي تقتصر على فرنسا أو جبال الألب.
تقع مرحلة جبال الألب لهذا العام في منطقة أوفيرني-رون-ألب في فرنسا. يحتاج المشاركون إلى تسلق العديد من الجبال بما في ذلك ممر غاليبير. ويبلغ ارتفاع ممر غاليبير 2642 مترًا فوق سطح البحر، بينما يعد ممر إيسيران الذي يبلغ ارتفاعه حوالي 2770 مترًا فوق سطح البحر أعلى ممر معبد في جبال الألب. ينتهي السباق النهائي في ألبرتفيل.
تحسب المسابقة النقاط بناءً على المسافة المقطوعة ونقاط التفتيش التي تم اجتيازها، ولكن هناك قاعدة واحدة طوال الوقت: سيتم استبعاد أي شخص يستخدم طاقة الشبكة من فريق الطاقة الشمسية. قال رويان إنه بعد الاتصال بمصدر الطاقة الرئيسي، لا يزال بإمكانك الاستمرار في المشاركة في الحدث بأكمله، لكنك لم تعد مؤهلاً للمنافسة على نقاط المجموعة الشمسية.
اختار رويان دراجة الشحن Omnium التي تنتجها شركة Paradise Cycles كنموذج أساسي. يوفر الحامل الموجود في الجزء الأمامي من السيارة منصة تثبيت ثابتة للألواح الشمسية، وبعد إزالة الألواح، لا يزال من الممكن استخدام الدراجة كمركبة شحن يومية.
يستخدم نظام الطاقة محرك Tongsheng TSDZ2B في المنتصف بقوة 250 وات مقدم من شركة Varstrom ومجهز ببطاريتين بقوة 36 فولت، واحدة من EM3-EV والأخرى من Infinit. يقوم النظام الشمسي بتوصيل الألواح مباشرة بجهاز التحكم بالشحن لتتبع نقطة الطاقة القصوى Genasun GVB-8، والذي يقوم بعد ذلك بتزويد البطارية بالطاقة. يمكن لهذا الجهاز تحويل جهد الخرج المتغير للوحة الشمسية إلى جهد ثابت مناسب لشحن البطارية. مسار الطاقة للنظام بأكمله هو "اللوحة الشمسية - جهاز التحكم بالشحن - البطارية"، ولن يتم توليد سوى كمية صغيرة من الخسارة في هذه العملية.
خطط رايان في الأصل لتركيب ثلاث ألواح بقدرة 100 واط لتغطية منصة الشحن الأمامية بالكامل. وبينما أدى ذلك إلى زيادة القوة، وجدت الاختبارات أن السيارة ستصبح طويلة جدًا، وواسعة جدًا، وغير مرنة في حركة المرور وفي المساحات الضيقة. لذلك قام في نهاية المطاف بتخفيض قوة المجموعة الشمسية إلى 200 واط، وقرر أن هذا ربما يكون قريبًا من الحد الأدنى المطلوب للتعامل مع المسافات الطويلة وتسلق الجبال.
أصبح هذا القرار مفتاحًا للتصميم بأكمله. وبعد تحميل جميع الأمتعة مثل معدات التخييم ومعدات التصوير، يصل الوزن الإجمالي للدراجة إلى 61 كيلو جرامًا. وأثناء الاختبار في المملكة المتحدة، وجد رايان أن السيارة تستهلك ما بين 10 إلى 12 واط ساعة لكل ميل، أي ما يعادل حوالي 6 إلى 7.5 واط ساعة لكل كيلومتر. على الرغم من أن الألواح الشمسية مُصنَّفة بـ 200 واط، إلا أن الناتج الفعلي عادة ما يتراوح بين 70 إلى 100 واط فقط، اعتمادًا على الطقس وزاوية الشمس.
في أصعب أيام جولة الشمس، قطع مسافة 130 كيلومترًا عبر عدد كبير من المناطق الجبلية. سجلت وحدة التحكم في الشحن 985 واط ساعة من مدخلات الطاقة الشمسية المتاحة في النظام الكهربائي للمركبة في ذلك اليوم، أي ما يعادل حوالي 7.58 واط ساعة لكل كيلومتر، أو حوالي 12.2 واط ساعة لكل ميل، بمتوسط سرعة 21 إلى 22 كيلومترًا في الساعة.
أكبر أزمة خلال الرحلة جاءت خلال موجة الحر. وفي ذلك الوقت ارتفعت درجة الحرارة في فرنسا إلى 41 درجة مئوية، واندلعت حرائق الغابات بالقرب من مدينة ليون. تسببت درجات الحرارة المرتفعة في حدوث مشكلات في إحدى بطاريات Ruian's Infinit المعيارية، حيث رفض نظام إدارة البطارية قبول الشحن بالطاقة الشمسية بسبب ارتفاع درجة الحرارة.
أوضح رايان أن نظام إدارة البطارية كان يؤدي في الواقع وظيفة وقائية، ولكن هذا يعني أنه لم يتمكن لفترة من اليوم من تخزين كل الطاقة المولدة من الألواح الشمسية. وبعد فوات الأوان، يعتقد أن الطريقة الأكثر مباشرة لتحسينها هي تركيب البطارية في مكان مظلل تماما ومعزول عن درجات الحرارة المرتفعة.
ويشتبه أيضًا في أن بنية بطاريات Infinit قد تؤدي إلى تفاقم المشكلة. على عكس حزم البطاريات التقليدية حيث يتم تثبيت الخلايا بشكل دائم عن طريق اللحام البقعي، تستخدم هذه البطارية القابلة لإعادة البناء وسائل ميكانيكية لتأمين الخلايا. وقال رايان إنه عند التفريغ واستقبال الشحن الشمسي في نفس الوقت، فإن مقاومة التلامس عند وصلة الخلية قد تولد حرارة إضافية. ومع ذلك، أكد أنه من المستحيل حاليا تحديد ما إذا كان هذا هو مصدر الفشل، ولكن لا يسعه إلا أن يقول أنه ربما ساهم في الوضع.
صمدت الألواح الشمسية بشكل عام أمام اختبار المنافسة، لكن المشاكل الحرارية للبطاريات بالإضافة إلى ميزانية الطاقة المحدودة بالفعل أجبرت رويان في النهاية على الاتصال بمصدر الطاقة الرئيسي مرتين خلال الرحلة، مما أدى إلى تجديد إجمالي حوالي 1 كيلووات في الساعة من الكهرباء، وبالتالي فقد التأهل للمنافسة على الألواح الشمسية.
اعترف رايان بأنه قام بخفض قوة المجموعة الشمسية من 300 واط إلى 200 واط من أجل تحسين قدرة المركبة على المناورة. بعد فوات الأوان، ربما كانت هذه القوة عند الحد الأقصى للتعامل مع مسافة الحدث وتضاريسه. تعد كفاءة الدراجة نفسها جيدة جدًا، حيث توفر اللوحة الشمسية بقدرة 200 واط تقريبًا كل الطاقة اللازمة في يوم جيد، لكن النظام لا يترك مجالًا كبيرًا لحالات الطوارئ.
أما فيما يتعلق بما إذا كانت السيارة قادرة على إكمال السباق على الطاقة الشمسية إذا كانت البطارية تعمل بشكل طبيعي دائما، فلا يستطيع رايان إعطاء إجابة محددة. ويعتقد أن النتيجة ستكون متقاربة للغاية: 200 واط تكفي في بعض الأيام، ولكن في مواجهة طرق جبال الألب مع التغيرات المناخية المتكررة والتسلق المكثف، فإن احتياطي الطاقة محدود حقًا.
تم أيضًا اختبار المحرك. قبل السباق، كان رايان يشعر بالقلق من أن محرك تونغشنغ بقوة 250 وات الذي تم تركيبه في المنتصف سيصبح حلقة ضعيفة في التسلق لمسافات طويلة ذات درجات الحرارة العالية، وأكدت الحقائق مخاوفه جزئيًا. في مواجهة عمليات التسلق الطويلة والحادة في جبال الألب، تحتاج هذه النسخة الأصغر بقوة 250 واط إلى سحب دراجة شحن تحمل حمولة ثقيلة، ويبدو أن الحمل الحراري مفرط.
عندما يسخن المحرك بشكل زائد، يكون أسلوب رويان بسيطًا: توقف وانتظر حتى يبرد. وفي عدة مناسبات، قام بسكب الماء مباشرة على غلاف المحرك. وجد أن إبقاء المحرك يدور بسرعة عالية كان أكثر فعالية من تشغيل المحرك بسرعة منخفضة تحت حمل ثقيل. عند صعود التل، كان يختار ترسًا منخفضًا للغاية ويسمح للمحرك بدفع السيارة ببطء إلى أعلى التل بسرعة أعلى. على الرغم من أنها ليست سريعة، إلا أن هذه الطريقة يمكن أن تقلل بشكل كبير من الحمل الحراري.
وتعد هذه أيضًا ميزة للمحرك المثبت في المنتصف مقارنة بالمحرك المحوري: حيث يمكنه استخدام نظام النقل الخاص بالدراجة للحفاظ على المحرك في نطاق سرعة أكثر كفاءة على المنحدرات الشديدة. وقال رايان إنه بالنظر إلى أن هذا مجرد محرك بقوة اسمية تبلغ 250 واط، فإن أداءه جيد جدًا بالفعل.
لا يعتقد رايان أن الدراجات الشمسية متاحة للجميع. بالنسبة لشخص يركب بضعة أميال فقط من وإلى العمل كل يوم ويمكنه إعادة شحن طاقته عند عودته إلى المنزل، فإن تركيب نظام شمسي على سيارته قد لا يكون له معنى كبير. ولكن في عالم الرحلات بالدراجات، يُظهر هذا المفهوم إمكانات أكبر. ويعتقد أنه على الرغم من أن هذا الطريق يحتوي على العديد من الجبال، إلا أنه إذا تم استخدامه لرحلة طويلة مسطحة نسبيًا، فإن مزايا الطاقة الشمسية ستكون أكثر وضوحًا.
بالنسبة لريان، فإن سيارة مسرح جبال الألب هي مجرد نموذج أولي. لقد بدأ بالفعل في إعادة تصميم النظام لتحقيق هدف أكثر تحديًا: المشاركة في جولة Sun الفرنسية إلى الصينية المخطط لها في عام 2028.
يبلغ طول المسار المؤقت المعلن عنه حاليًا حوالي 15 ألف كيلومتر، وسيمر عبر البلقان وتركيا والقوقاز وآسيا الوسطى وغرب الصين، متجاوزًا روسيا وعبورًا بحر قزوين. ومن المتوقع أن يشارك حوالي 40 متسابقًا. ومع ذلك، لا تزال المسارات وقواعد السباق عرضة للتغيير.
لإكمال هذه الرحلة الطويلة، يجب أن تحتوي السيارة على مساحة أكبر لتجميع الطاقة الشمسية. لكن رايان استبعد مجرد توسيع الدراجة العمودية الحالية وتغطيتها بمزيد من الألواح. وهو يعتقد أن الديناميكيات الهوائية وراحة الراكب ستصبح ذات أهمية متزايدة مع زيادة المسافات المقطوعة كل يوم.
في الوقت الحالي، يفكر في تحويل دراجة الشحن إلى هيكل شبه راقد وقاعدة عجلات طويلة يسمح للراكب بالجلوس أمام منصة الشحن الأصلية وتحت مظلة شمسية أوسع. من المتوقع أن يعمل هذا التصميم على تحسين الديناميكا الهوائية، وزيادة مساحة الألواح الشمسية، والأهم من ذلك، جعل وضع الركوب أكثر راحة للركوب لمسافات طويلة على مدى عدة أيام.
سيكون هذا خروجًا كبيرًا عن بساطة السيارة الأولى. قال رايان إن أكثر ما جذبه إلى نسخة جبال الألب هو أنها كانت لا تزال في الأساس عبارة عن دراجة شحن عادية، ومجهزة فقط بمحرك بقوة 250 واط مثبت في المنتصف، وجهاز تحكم في الشحن بالطاقة الشمسية وألواح شمسية بقدرة 200 واط. لقد أثبت أنه لتحقيق الوظائف الأساسية للدراجة الشمسية، ليس من الضروري بناء مركبة خاصة ذات هيكل معقد ومظهر غريب.
ومع ذلك، فإن النماذج التي يتم شحنها من فرنسا إلى الصين ستكون حتما أكثر تخصصا. إن الخبرة التي اكتسبها رايان من هذا النموذج الأولي البسيط ستكون أيضًا بمثابة الأساس لتصميم الدراجة الشمسية طويلة المدى التالية.
التعليقات