Zero to Darwin Project - レーシングソーラーカー入門

NEWS

ZDP SHOP
パーツ販売

Wiki
BBS/LINK/EVENT

メーリングリスト
SOLAR-PAL

ZDPの歴史

特集

	レーシングソーラーカー入門	2010/02/12 00:00

■ソーラーカーは、絶望か？希望か？

ガソリン等の化石燃料と比較して、太陽光から得られるエネルギーは、わずかなものでしかありません。それ故、現代の自動車に取って代わる実用的なソーラーカーの実現は、困難であるともいわれています。

本サイトで取り扱うソーラーカーは、ソーラーカーレース競技専用に設計された『レーシングソーラーカー』です。レーシングソーラーカーで行うソーラーカーレースで勝つ為には、太陽から得られるわずかなエネルギーを、様々な技術を用いて効率よく使う必要があります。その為、ソーラーカーレースは、Brain Sportとも呼ばれています。

この競技は、様々な技術力が競われる知的なモータースポーツであり、この競技で必要となる技術は、目の前に迫った環境/エネルギー問題を克服する為の鍵となる技術であると、私たちは信じています。

それではレーシングソーラーカーとソーラーカーレースに必要な技術を、一つずつ紐解いてみましょう。

■レーシングソーラーカーの開発

レーシングソーラーカーは、多くの他のモータースポーツカテゴリーと異なり、ベースとなる車両がありません。
競技に参加する車両は、以下の技術要素をふまえて、各エントラント（参加チーム）が、独自に開発をする必要があります。

・太陽電池
太陽電池は、光を電気エネルギーに変換する、主に半導体で作成された装置です。現時点での太陽電池の出力は、一般的な車が走行に使用するエネルギーより、遙かに少ないエネルギーしか出力することができません。オーストラリア縦断ソーラーカーレース：GGC2009で優勝したTokai Chllengerは、通常の家庭用太陽電池の2倍以上の性能（変換効率）を誇る人工衛星用太陽電池を搭載しますが、それでもわずか1800Wと、業務用電子レンジ一台分の電力しか得られる事ができません。

レーシングソーラーカー用の太陽電池は、一般的な住宅等の発電用と異なり、特殊な樹脂によるラミネート加工された、軽量化されたモジュールが使用されます。モジューリングされる太陽電池セルは、単結晶シリコン、アモルファスシリコン等のシリコン系だけでなく、人工衛星用の特殊な化合物系も使用されます。

太陽電池の出力は、日射量により変化する為、レーシングソーラーカーは、変化する太陽電池出力から最大のエネルギーを出力する為の変換装置：MPPT（最大電力点追従回路）が搭載されます。

・車体
その少ない太陽電池からのエネルギーを使って、効率良く走る為に、レーシングソーラーカーの車体には、様々な技術的要件が、高い次元で実現されることを求められます。

軽量化と十分な車体剛性/耐久性
一般的なレーシングソーラーカーは、通常の乗用車の1/10程度(ドライバーを除く全重量：100-200kg)の重量しかありません。軽量化と同時に、レース走行に必要な剛性と耐久性が求められます。

空力性能（空気抵抗の低減）
走行時の抵抗として、車速が上がれば上がるほど重要となるのが空気抵抗です。
車両の空気抵抗を示す数値にCd値（抗力係数）がありますが、通常の乗用車の比較的良い形状でCd値は0.3程度ですが、レーシングソーラーカーでは0.1～0.2程度の性能が求められます。また、前方投影面積も、1平方メートル程度が要求されます。

太陽電池パネルを貼る為の形状
太陽電池は光を受ける事で、電力を発電しますが、その発電量は太陽電池への太陽光の入射角によって大きく変化します。その為、レーシングソーラーカーでは、空力性能を確保しながら、かつ太陽電池への太陽光入射角を考慮した発電に適した車体形状が必要となります。

シャーシの構造は、ジュラルミンパイプ等によるフレーム構造、もしくは炭素繊維強化プラスチック(CFRP)を使ったモノコック構造が、一般的です。

・蓄電池（バッテリー）
走行時、登坂や追い越し加速をする際、より多くのエネルギーが必要とされます。また、曇り等の日射の変化により、太陽電池の発電量は変化します。そのような状況に対応するエネルギーのバッファ（貯金）をする装置として、ソーラーカーには、蓄電池が搭載されます。
蓄電池の種類は、大会レギュレーションにより種類が指定される場合もありますが、鉛蓄電池や、リチウムイオン電池が一般的です。もちろんこれも性能的には、より軽量でより大容量のものが、有利となります。

・モーター
ソーラーカーは、電気エネルギーをモーターで駆動力に換え、走行します。そのモーターには、効率向上の為に、変速機がなく直接モーターがホイルを駆動するダイレクトドライブや、モータ自体の効率を向上させる為の様々な技術（アモルファスコア等による高効率化、モータ制御装置/コントローラの工夫）、ブレーキ時のエネルギー回収の仕組み（回生ブレーキ）が、惜しみなく投入されます。

・タイヤ
一見バイク用にも見えるレーシングソーラーカーのタイヤは、専用のタイヤが用いられます。ソーラーカー専用タイヤは、一般的なタイヤに比べて、特殊なコンパウンドを使用する事で、走行時の転がり抵抗を極限まで低減しています。

■ソーラーカーレースのエネルギーマネージメント

製作した車体の性能をレースで100%引き出し、レース戦略で、より上位を目指す事は、ソーラーカーレースの世界の醍醐味です。

・車体性能の把握
製作した車体が、どの程度のエネルギーによりどの程度の性能（速度/ラップ）を発揮するのかを知る事は、エネルギーマネージメントの基本です。その為、レーシングソーラーカーには、太陽電池の発電量、バッテリーの充放電値、モーターへの投入電力、走行速度を計測する為の計測機器が搭載されます。計測した値は、テレメトリー（遠隔計測）やデータロガー（記録計）で記録されます。

・発電予測（天候予測）
レース中、ソーラーカーが唯一充電が許されるエネルギーは、太陽電池が発電する電力のみです。その為、車体の性能を100%発揮する為には、レース期間中の天候を予測する事で、レース期間中に発電し使用できる発電量を予測します。天候の予測には、気象庁等の予報だけでなく、天気図、衛星写真、降雨レーダー等も用いられます。

レース中のエネルギーマネージメントは、丁度、お金の収支計算のようです。レース期間中の総発電量（収入）を算出。その予測を元に、走行時に使えるエネルギー（支出）を計算。発電が減る事が予測されれば速度を押さえ、増える事が予測されれば速度を上げる。これがレース戦略の基本です。

さらに実際のレースでは、他チームの戦略や天候を予測し、レースならではの駆け引きをします。

■もっとレーシングソーラーカーを知りたいというあなたにオススメ

参考図書：
『エコ電気自動車のしくみと製作』
EVエコラン/ソーラーカー製作のノウハウが詰まった一冊。実用的な製作情報として本屋で手に入る情報は、これが唯一。

参考サイト：
wikipedia 英語版 Solar Car Racing http://en.wikipedia.org/wiki/Solar_car_racing

各大会情報：
各大会を見学して、実際のレースを見てみよう。(s)

ワールド・ソーラー・チャレンジ（World Solar Challenge:WSC）
2013年前半 - http://www.zdp.co.jp/2013/2013wsc1.html
2013年後半 - http://www.zdp.co.jp/2013/2013wsc2.html
2011年前半 - http://www.zdp.co.jp/2011/2011wsc.html
2011年後半 - http://www.zdp.co.jp/2011/2011wsc2.html
2009年前半 - http://www.zdp.co.jp/2009/2009wsc.html
2009年後半 - http://www.zdp.co.jp/2009/2009wsc2.html
公式サイト：http://www.worldsolarchallenge.org/

WGC(WSR/JISC)秋田
2010年 - http://www.zdp.co.jp/2010/2010wsrjiscwsbr.html
2008年 - http://www.zdp.co.jp/2008/2008summer1.html
公式サイト - http://www2.ogata.or.jp/

▲TOPへ戻る