«ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΟΧΗΜΑΤΟΣ ΜΗ ΕΝΙΚΩΝ ΡΥΠΩΝ»

Transcript

1 ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΑΤΡΩΝ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΚΑΙ ΦΥΣΙΚΩΝ ΠΟΡΩΝ «ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΟΧΗΜΑΤΟΣ ΜΗ ΕΝΙΚΩΝ ΡΥΠΩΝ» ΖΑΓΓΑΝΑΣ ΗΜΗΤΡΙΟΣ Α.Μ 885 ΠΑΤΕΡΕΛΗΣ ΗΜΗΤΡΙΟΣ Α.Μ 855 ΕΠΙΒΛΕΠΩΝ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: ΚΟΥΤΕΛΙΕΡΗΣ ΦΡΑΓΚΙΣΟΣ ΤΡΙΜΕΛΗΣ ΕΠΙΤΡΟΠΗ : ΖΑΧΑΡΙΑΣ ΙΕΡΟΘΕΟΣ ΚΟΥΤΕΛΙΕΡΗΣ ΦΡΑΓΚΙΣΚΟΣ ΦΩΤΙΑ Η ΑΓΓΕΛΙΚΗ ΑΓΡΙΝΙΟ 2013 Σελίδα 1

2 1.ΕΙΣΑΓΩΓΗ 1.1 Γενικά για τις ανανεώσιµες πηγές ενέργειας Το ενδιαφέρον για τις ήπιες µορφές ενέργειας αυξήθηκε τη δεκαετία του 1970, ως αποτέλεσµα κυρίως των απανωτών πετρελαϊκών κρίσεων της εποχής, αλλά και της αλλοίωσης του περιβάλλοντος και της ποιότητας ζωής από τη χρήση συµβατικών πηγών ενέργειας. Αρχικά, ξεκίνησαν σαν πειραµατικές εφαρµογές. Σήµερα όµως λαµβάνονται υπόψη στους επίσηµους σχεδιασµούς των ανεπτυγµένων κρατών για την ενέργεια και, αν και αποτελούν µικρό ποσοστό της ενεργειακής παραγωγής, ετοιµάζονται βήµατα για παραπέρα αξιοποίησή τους. Το κόστος των εφαρµογών ήπιων µορφών ενέργειας πέφτει συνέχεια τα τελευταία είκοσι χρόνια και ειδικά η αιολική και υδροηλεκτρική ενέργεια, αλλά και η βιοµάζα, µπορούν πλέον να ανταγωνίζονται παραδοσιακές πηγές ενέργειας όπως ο άνθρακας και η πυρηνική ενέργεια. Οι Ανανεώσιµες Πηγές Ενέργειας (ΑΠΕ) ή ήπιες µορφές ενέργειας είναι µορφές εκµεταλλεύσιµης ενέργειας που προέρχονται από φυσικές διαδικασίες όπως ο ήλιος, ο άνεµος, η γεωθερµία, τα κύµατα κ.α. Ο όρος «ανανεώσιµες» αναφέρεται στο ότι αποτελούν µορφές ενέργειας φιλικές προς το περιβάλλον, αντιθέτως µε τις πιο διαδεδοµένες µορφές όπως οι υδρογονάνθρακες που µε τις εκποµπές ρύπων έχουν δηµιουργήσει ένα πολύ σοβαρό περιβαλλοντικό πρόβληµα. Επίσης, οι καθαρές πηγές δεν παράγουν τοξικά ή ραδιενεργά απόβλητα. Η ευρεία εφαρµογή των Α.Π.Ε δικαίως θεωρείται το εφαλτήριο της επίλυσης πολλών σοβαρών οικολογικών προβληµάτων που αντιµετωπίζει ο άνθρωπος. Οι ΑΠΕ χρησιµοποιούνται είτε άµεσα (κυρίως για θέρµανση) είτε µετατρεπόµενες σε άλλες µορφές ενέργειας (κυρίως ηλεκτρισµό ή µηχανική ενέργεια). Υπολογίζεται ότι το τεχνικά εκµεταλλεύσιµο ενεργειακό δυναµικό από τις ήπιες µορφές ενέργειας είναι πολλαπλάσιο της παγκόσµιας συνολικής κατανάλωσης ενέργειας [1]. Η υψηλή όµως µέχρι πρόσφατα τιµή των νέων ενεργειακών εφαρµογών, τα τεχνικά προβλήµατα εφαρµογής καθώς και οι πολιτικές και οικονοµικές σκοπιµότητες που έχουν να κάνουν µε τη διατήρηση του παρόντος στάτους κβο στον ενεργειακό τοµέα εµπόδισαν την εκµετάλλευση σηµαντικού µέρους αυτού του δυναµικού. Σελίδα 2

3 Στο σχήµα παρουσιάζεται η συµµετοχή και προβλέψεις για συµµετοχή, βάσει της οδηγίας 28/2009/ΕΚ, των ΑΠΕ στην ηλεκτροπαραγωγή, στην παραγωγή θερµότητας καθώς και στη τελική κατανάλωση από το 2010 ως το 2020 στην Ελλάδα ( ) ενώ στο σχήµα παρατηρούµε τη συνεισφορά όλων των πηγών ενέργειας µέχρι τα τέλη του 2007 στην Ε.Ε. Σχήµα ( ιείσδυση ΑΠΕ ) nuclear 17% biomass 1% large hydro 15% fuel oil 7% coal 30% wind 7% natural gas 21% other 2% Σχήµα (Συνεισφορά Πηγών Ενέργειας στην Ε.Ε [1] ) Οι ιδιοκτήτες κατοικιών και πολλές επιχειρήσεις επιλέγουν να µην αλλάξουν τις συµβατικές πηγές ενέργειας µε εναλλακτικές εξ αιτίας του κόστους των τελευταίων. Σελίδα 3

4 Όντως πολλές από αυτές, όπως η ηλιακή ενέργεια, έχουν µεγάλο κόστος και σε κάποιες περιπτώσεις, στην επένδυση δεν γίνεται απόσβεση σε λιγότερο από µια δεκαετία. Λόγω αυτού πολλοί χαρακτηρίζουν τις εναλλακτικές πηγές ως πολυτέλεια. Σε πολύ υποβαθµισµένες περιοχές του κόσµου τα πρωταρχικά προβλήµατα δεν είναι η ενέργεια αλλά διάφορα βιοποριστικά ζητήµατα όπως η σίτιση, η στέγαση και η υγεία. Η ορθολογική χρήση της ενέργειας θα µπορούσε να αποτελέσει ένα είδος υποτυπώδους λύσης σε κάποια θέµατα καθώς προωθεί τη χρήση των τοπικών πηγών, µειώνει την επικίνδυνη µόλυνση και δηµιουργεί θέσεις εργασίας για την τοπική κοινωνία. Σίγουρα δεν µπορεί να λυθεί το µεγάλο πρόβληµα της φτώχειας σε αυτές τις περιοχές µε αυτό τον τρόπο όµως η αειφορική διαχείριση πέραν των άλλων µεγεθύνει την περιβαλλοντική ευαισθητοποίηση. Άλλα κράτη πάλι που έχουν εντατικά βιοµηχανοποιηθεί τα τελευταία χρόνια έχουν επιλέξει το δρόµο µεγάλης ενεργειακής κατανάλωσης και όχι της λελογισµένης χρήσης όπως για παράδειγµα η Κίνα, η Ινδία κ.α. Και οι δύο αυτές χώρες θέλοντας να αυξήσουν άµεσα την παραγωγή ενέργειας στηρίχτηκαν στο πετρέλαιο και στον άνθρακα και αυτό έχει σαν αποτέλεσµα την πολύ µεγάλη µόλυνση της ατµόσφαιρας και των υδάτων. Αυτά τα κράτη, όπως και άλλα ανεπτυγµένα και αναπτυσσόµενα επέλεξαν στα πλαίσια του νεοφιλελεύθερου οικονοµικού µοντέλου την ανεξέλεγκτη οικονοµία και εµπόριο από τις περιβαλλοντικές επιλογές και την ανάπτυξη ΑΠΕ. Η επιλογή αποφάσεων όπως η χάραξη της ενεργειακής πολιτικής θα πρέπει να γίνεται βάσει των τοπικών πλουτοπαραγωγικών πηγών και των αναγκών κάθε κοινωνίας. Οι πιο κύριες και διαδεδοµένες πηγές ενέργειας είναι οι εξής: Βιοµάζα Βιοµάζα είναι το βιοαποικοδοµήσιµο κλάσµα των προϊόντων, αποβλήτων και υπολειµµάτων που προέρχονται από τη γεωργία, (συµπεριλαµβανοµένων των φυτικών και των ζωικών ουσιών), τη δασοκοµία και τις συναφείς βιοµηχανίες, καθώς και το βιοαποικοδοµήσιµο κλάσµα των βιοµηχανικών και αστικών αποβλήτων [2]. Η βιοµάζα χρησιµοποιείται κυρίως για την παραγωγή θερµικής και ηλεκτρικής ενέργειας. Ειδικότερα µπορεί να αξιοποιηθεί για την κάλυψη ενεργειακών αναγκών (θέρµανσης, ψύξης, ηλεκτρισµού κ.λπ.) και ακόµα για την παραγωγή υγρών βιοκαυσίµων [2] (βιοαιθανόλη, βιοντίζελ κλπ ) Σελίδα 4

5 Πλεονεκτήµατα Η καύση της βιοµάζας έχει µηδενικό ισοζύγιο διοξειδίου του άνθρακα (CO 2 ) και δεν συνεισφέρει στο φαινόµενο του θερµοκηπίου αφού οι ποσότητες του CO 2 που απελευθερώνονται κατά την καύση της βιοµάζας δεσµεύονται πάλι από τα φυτά για τη δηµιουργία της [2]. Η µηδαµινή ύπαρξη του θείου στη βιοµάζα συµβάλλει σηµαντικά στον περιορισµό των εκποµπών του διοξειδίου του θείου (SO 2 ) που είναι υπεύθυνο για την όξινη βροχή. Η ενεργειακή αξιοποίηση της βιοµάζας σε µια περιοχή, αυξάνει την απασχόληση στις αγροτικές περιοχές µε τη χρήση εναλλακτικών καλλιεργειών, τη δηµιουργία εναλλακτικών αγορών για τις παραδοσιακές καλλιέργειες, και τη συγκράτηση του πληθυσµού στις εστίες τους, συµβάλλοντας έτσι στη κοινωνικο-οικονοµική ανάπτυξη της περιοχής [2]. Μειονεκτήµατα Η µεγάλη διασπορά και η εποχιακή παραγωγή της βιοµάζας δυσκολεύουν την συνεχή τροφοδοσία µε πρώτη ύλη των µονάδων ενεργειακής αξιοποίησης της βιοµάζας. Παρουσιάζονται δυσκολίες κατά τη συλλογή, µεταφορά, και αποθήκευση της βιοµάζας που αυξάνουν το κόστος της ενεργειακής αξιοποίησης [2]. Ηλιακή ενέργεια Ο ήλιος εκπέµπει τεράστια ποσότητα ενέργειας. Η ηλιακή ακτινοβολία αξιοποιείται για την παραγωγή ηλεκτρισµού µε δύο τρόπους: µε θερµικές και φωτοβολταϊκές εφαρµογές. Η πρώτη είναι η συλλογή της ηλιακής ενέργειας µε στόχο την παραγωγή θερµότητας (χρησιµοποιείται κυρίως για τη θέρµανση του νερού και τη µετατροπή του σε ατµό για την κίνηση τουρµπίνων), ενώ στη δεύτερη εφαρµογή τα φωτοβολταϊκά συστήµατα µετατρέπουν το φως του ήλιου σε ηλεκτρισµό µε τη χρήση φωτοβολταϊκών κυψελών ή συστοιχιών. Τα φωτοβολταϊκά συστήµατα Σελίδα 5

6 χρησιµοποιούνται κυρίως σε αγροτικές και αποµακρυσµένες περιοχές όπου η σύνδεση µε το δίκτυο είναι πολύ ακριβή [3]. Αν και όλη η γη δέχεται την ηλιακή ακτινοβολία, η ποσότητά της εξαρτάται κυρίως από τη γεωγραφική θέση, την ηµέρα, την εποχή και τη νεφοκάλυψη. Πλεονεκτήµατα Αθόρυβη λειτουργία Αξιοπιστία και µεγάλη διάρκεια ζωής υνατότητα επέκτασης Μηδενικό κόστος παραγωγής ενέργειας [3] Μηδενική µόλυνση κατά την παραγωγή ενέργειας Μειονεκτήµατα Υψηλό κόστος κατασκευής ηλιακών συλλεκτών λόγω του κόστους των υλικών [3] Οι ηλιακοί συλλέκτες απαιτούν µεγάλο χώρο εγκατάστασης για να επιτευχθεί ικανοποιητικό επίπεδο αποδοτικότητας [3] Αιολική Ενέργεια Η αιολική ενέργεια δηµιουργείται έµµεσα από την ηλιακή ακτινοβολία, γιατί η ανοµοιόµορφη θέρµανση της επιφάνειας της γης προκαλεί τη µετακίνηση µεγάλων µαζών αέρα από τη µια περιοχή στην άλλη, δηµιουργώντας µε τον τρόπο αυτό τους ανέµους. Είναι µια ήπια µορφή ενέργειας, φιλική προς το περιβάλλον, πρακτικά ανεξάντλητη. Αν υπήρχε η δυνατότητα, µε τη σηµερινή τεχνολογία, να καταστεί εκµεταλλεύσιµο το συνολικό αιολικό δυναµικό της γης, εκτιµάται ότι η παραγόµενη σε ένα χρόνο ηλεκτρική ενέργεια θα ήταν υπερδιπλάσια από τις ανάγκες της ανθρωπότητας στο ίδιο διάστηµα [3]. Η χώρα µας διαθέτει εξαιρετικά πλούσιο αιολικό δυναµικό και η αιολική ενέργεια µπορεί να γίνει σηµαντικός µοχλός ανάπτυξής της. Από το 1982, οπότε εγκαταστάθηκε από τη ΕΗ το πρώτο αιολικό πάρκο στην Κύθνο, µέχρι και σήµερα έχουν κατασκευασθεί στην Άνδρο, στην Εύβοια, στη Σελίδα 6

7 Λήµνο, Λέσβο, Χίο, Σάµο και στην Κρήτη εγκαταστάσεις παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από τον άνεµο συνολικής ισχύος πάνω από 30 ΜW [4]. Η εκµετάλλευση της αιολικής ενέργειας γίνεται σχεδόν αποκλειστικά µε µηχανές που µετατρέπουν την ενέργεια του ανέµου σε ηλεκτρική και ονοµάζονται ανεµογεννήτριες. Ο άνεµος µετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια από τη στιγµή που θα έρθει σε επαφή µε τα πτερύγια του έλικα της ανεµογεννήτριας. Έτσι µε την κίνηση του έλικα έχουµε κινητική ενέργεια η οποία µετατρέπεται σε ηλεκτρική στη συνέχεια. Πλεονεκτήµατα Οι ανεµογεννήτριες έχουν γίνει αρκετά αποδοτικές Περιορισµός της ρύπανσης του περιβάλλοντος, αφού έχει υπολογισθεί ότι η παραγωγή ηλεκτρισµού µιας µόνο ανεµογεννήτριας ισχύος 550 kw σε ένα χρόνο, υποκαθιστά την ενέργεια που παράγεται από την καύση βαρελιών πετρελαίου, δηλαδή αποτροπή της εκποµπής 735 περίπου τόνων CO2 ετησίως καθώς και 2 τόνων άλλων ρύπων [4] Αιολικά πάρκα µπορούν να εγκατασταθούν σε όλες τις περιοχές µε ισχυρούς ανέµους Μειονεκτήµατα ηµιουργία ηχορύπανσης από τη λειτουργία των ανεµογεννητριών Θέµατα αισθητικής των αιολικών µηχανών Πρόκληση θανάτων πτηνών από τις αιολικές µηχανές Γεωθερµική Ενέργεια Ως γεωθερµική ενέργεια χαρακτηρίζεται η ενέργεια που προέρχεται από το εσωτερικό της γης, µεταφέρεται στην επιφάνεια µε αγωγή θερµότητας και µε την είσοδο στο φλοιό της γης τηγµένου µάγµατος από τα βαθύτερα στρώµατά της, και γίνεται αντιληπτή µε τη µορφή θερµού νερού ή ατµού. Το γεωθερµικό δυναµικό κάθε περιοχής σχετίζεται µε τις γεωλογικές και γεωτεκτονικές συνθήκες της. Αποτελεί Σελίδα 7

8 ήπια και σχετικά ανανεώσιµη ενεργειακή πηγή που µε τα σηµερινά τεχνολογικά δεδοµένα µπορεί να καλύψει σηµαντικές ενεργειακές ανάγκες [4]. Πλεονεκτήµατα Συνεχής παροχή ενέργειας, µε υψηλό συντελεστή λειτουργίας (>90%) [4]. Μικρή απαίτηση γης. Μικρό λειτουργικό κόστος Μειονεκτήµατα Η χρήση αυτού του τύπου της ενέργειας µπορεί να εφαρµοστεί σε συγκεκριµένες περιοχές µόνο Μικρή παραγωγή ενέργειας σε κάποιες περιπτώσεις [1] Εκποµπές αερίων και οσµές Υδροηλεκτρική Ενέργεια Το νερό στη φύση, όταν βρίσκεται σε περιοχές µε µεγάλο υψόµετρο, έχει δυναµική ενέργεια η οποία µετατρέπεται σε κινητική όταν το νερό ρέει προς χαµηλότερες περιοχές. Με τα υδροηλεκτρικά έργα (υδροταµιευτήρας, φράγµα, κλειστός αγωγός πτώσεως, υδροστρόβιλος, ηλεκτρογεννήτρια, διώρυγα φυγής) γίνεται δυνατή η εκµετάλλευση της ενέργειας του νερού για την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύµατος το οποίο διοχετεύεται στην κατανάλωση µε το ηλεκτρικό δίκτυο. Η µετατροπή της ενέργειας των υδατοπτώσεων µε τη χρήση υδραυλικών τουρµπίνων παράγει την υδροηλεκτρική ενέργεια. Η ενέργεια αυτή ταξινοµείται σε υδροηλεκτρική ενέργεια µεγάλης και µικρής κλίµακας. Η υδροηλεκτρική ενέργεια µικρής κλίµακας διαφέρει σηµαντικά από αυτή της µεγάλης σε ότι αφορά τις επιπτώσεις της στο περιβάλλον [4]. Οι υδροηλεκτρικές µονάδες µεγάλης κλίµακας απαιτούν τη δηµιουργία φραγµάτων και τεράστιων δεξαµενών µε σηµαντικές επιπτώσεις στο οικοσύστηµα και γενικότερα στο άµεσο περιβάλλον. Τα συστήµατα µικρής κλίµακας τοποθετούνται δίπλα σε ποτάµια και κανάλια µε αποτέλεσµα να έχουν λιγότερες επιπτώσεις στο περιβάλλον. Υδροηλεκτρικές Σελίδα 8

9 µονάδες µικρότερες των 30 MW χαρακτηρίζονται µικρής κλίµακας και θεωρούνται ανανεώσιµες πηγές [4]. Το γρήγορα κινούµενο νερό οδηγείται µέσα από τούνελ µε σκοπό να θέσει σε λειτουργία τις τουρµπίνες παράγοντας έτσι µηχανική ενέργεια. Μια γεννήτρια µετατρέπει αυτή την ενέργεια σε ηλεκτρική. Σε αντίθεση µε ότι συµβαίνει µε τα ορυκτά καύσιµα, το νερό δεν αχρηστεύεται κατά την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και µπορεί να χρησιµοποιηθεί και για άλλους σκοπούς. Πλεονεκτήµατα Μέσω των υδροταµιευτήρων δίνεται η δυνατότητα να ικανοποιηθούν και άλλες ανάγκες, όπως ύδρευση, άρδευση, ανάσχεση χειµάρρων, δηµιουργία υγροτόπων, αναψυχή, αθλητισµός. Οι υδροηλεκτρικοί σταθµοί είναι δυνατό να τεθούν σε λειτουργία αµέσως µόλις ζητηθεί επιπλέον ηλεκτρική ενέργεια [4] Με τη συνεχή ροη των υδάτων έχουµε µια συνεχή πηγή ενέργειας Μειονεκτήµατα Το µεγάλο κόστος κατασκευής φραγµάτων και εξοπλισµού των σταθµών ηλεκτροπαραγωγής καθώς και η µεγάλη χρονική διάρκεια απαιτείται µέχρι την αποπεράτωση του έργου [4] Η έντονη περιβαλλοντική αλλοίωση στην περιοχή του ταµιευτήρα (ενδεχόµενη µετακίνηση πληθυσµών, υποβάθµιση περιοχών, αλλαγή στη χρήση γης, στη χλωρίδα και πανίδα περιοχών αλλά και του τοπικού κλίµατος, αύξηση σεισµικής επικινδυνότητας, κ.ά.) 1.2 Εco-vehicles Οι µεταφορές είναι ο παγκοσµίως γρηγορότερα αυξανόµενος καταναλωτής ενέργειας. Καταναλώνουν περισσότερο από 20% της παγκόσµιας πρωτογενούς ενέργειας και ευθύνονται σε πολύ µεγάλο βαθµό για τη ρύπανση του περιβάλλοντος. Σελίδα 9

10 Σε 30 χρόνια από τώρα ο αριθµός των αυτοκινήτων θα αυξηθεί από 600 εκατοµµύρια που κυκλοφορούν σήµερα παγκοσµίως σε πολύ πάνω από 1,5 δισεκατοµµύρια [5]. Περισσότερο από 96% της ενέργειας που χρησιµοποιείται σήµερα στις µεταφορές να προέρχεται σήµερα από το πετρέλαιο [5]. Είναι σαφές ότι η ενεργειακή παραγωγή και η χρήση, βασισµένες στην κατανάλωση συµβατικών καυσίµων µπορούν να ασκήσουν επιβλαβείς επιδράσεις στο περιβάλλον και στη ανθρώπινη υγεία, συµπεριλαµβανοµένου του κινδύνου για την παγκόσµια αύξηση της θερµοκρασίας λόγω του φαινοµένου του θερµοκηπίου της γης µέσω των αλλαγών στη συγκέντρωση στην ατµόσφαιρα του διοξειδίου του άνθρακα. Η εξάρτηση από τα συµβατικά καύσιµα, ένας ενεργειακός πόρος που είναι µη ανανεώσιµος σε οποιαδήποτε χρονική κλίµακα σχετική µε την ανθρώπινη ύπαρξη, και για τον οποίο ο ανεφοδιασµός συγκεντρώνεται όλο και περισσότερο σε έναν περιορισµένο αριθµό θέσεων στον πλανήτη µας, έχει επίσης σοβαρές επιπτώσεις στην παγκόσµια οικονοµική ασφάλεια και την πολιτική σταθερότητα. Είναι απαραίτητο να υποστηρίξουµε τις σηµαντικά ενισχυµένες προσπάθειες να αντικατασταθεί η παραδοσιακή χρήση συµβατικών καυσίµων στις µεταφορές µε ανανεώσιµες πηγές όπως είναι η χρήση της ηλιακής ενέργειας. Μια άλλη πρόταση που τίθεται στο τραπέζι είναι να προωθηθεί η χρήση των υβριδικών οχηµάτων µε φόρτιση των συστοιχιών τους από το δίκτυο. Εάν η κατανάλωση του πετρελαίου συνεχίζει να διπλασιάζεται κάθε 15 µε 20 χρόνια, όπως συνέβη για 100 χρόνια πριν το έτος 1973 τότε τα παγκόσµια αποθέµατα θα µειωθούν κατά 80% τουλάχιστον τα επόµενα 30 χρόνια [5]. Επιπλέον, εκτός από την αυξανόµενη εξάρτηση από το πετρέλαιο, ο τοµέας των µεταφορών παίζει έναν ιδιαίτερα ανησυχητικό ρόλο στις κλιµατολογικές αλλαγές. Σύµφωνα µε τις προβλέψεις των ειδικών ο τοµέας των µεταφορών θα παρουσιάσει µία αύξηση της τάξης του 78% στις εκποµπές CO 2 µέχρι το 2030 [5]. Ο Παγκόσµιος Οργανισµός Υγείας εκτιµά ότι οι κλιµατολογικές αλλαγές από το 1970 είναι υπεύθυνες για πάνω από θανάτους κάθε χρόνο, κυρίως σε χώρες της Αφρικής αλλά και σε άλλες αναπτυσσόµενες χώρες. Σύµφωνα µε την ίδια µελέτη µία αύξηση ενός µόνο βαθµού Κελσίου µπορεί να επιφέρει υπερδιπλασιασµό των θανάτων από τις κλιµατολογικές αλλαγές και να φτάσουν τις ετησίως [5]. Τα σηµερινά οικολογικά οχήµατα περιλαµβάνουν κάθε όχηµα που είτε η πηγή ενέργειάς του αντικαθιστά τα κοινά καύσιµα είτε γίνεται συντηρητική χρήση των κοινών καυσίµων µε παράλληλη χρήση άλλης µορφής ενέργειας όπως για παράδειγµα η ηλεκτρική. Σελίδα 10

11 Στις αρχές του 20 ου αιώνα τα ηλεκτροκίνητα οχήµατα άρχισαν να συνυπάρχουν µε τα βενζινοκίνητα και τα πετρελαιοκίνητα. Ο ηλεκτρισµός ήταν µια µορφή ενέργειας που προσέφερε απεριόριστες επιλογές για οικιακή και προσωπική χρήση αλλά σε σχέση µε τα οχήµατα και τις µεταφορές παρουσίαζε κάποια προβλήµατα όπως το ότι η απόσταση κατά την οποία λειτουργούσε η ηλεκτρική µπαταρία χωρίς να αποφορτιστεί ήταν από 48 ως 80χλµ., κατά την περίοδο του χειµώνα έχανε ένα ποσοστό γύρω στο 40% της ισχύος της και οι µεγάλες µπαταρίες προσέθεταν µεγάλο βάρος στα οχήµατα. Πλέον οι επιστήµονες καταβάλλουν προσπάθειες να βελτιώσουν τα οικολογικά οχήµατα και τα εναλλακτικά καύσιµα και να εξαλείψουν κάθε επίπτωση. Οι περισσότερες καινοτοµίες που ερευνώνται εφαρµόζονται σε πειραµατικά οχήµατα κάποια από τα οποία µπορεί στο µέλλον να προωθηθούν στην αγορά. Ένα από τα µεγαλύτερα εµπόδια στην σχεδίαση και προώθηση εναλλακτικών οχηµάτων είναι τα οικονοµικά συµφέροντα των αυτοκινητοβιοµηχανιών και της βιοµηχανίας καυσίµων. Όλες οι αυτοκινητοβιοµηχανίες έχουν στο παρελθόν βασίσει την οικονοµική τους επιτυχία στην προώθηση βενζινοκίνητων και πετρελαιοκίνητων οχηµάτων και έχουν αναπτύξει σε πολύ µικρό βαθµό την περαιτέρω έρευνα τους για εναλλακτικά καύσιµα. Όταν οι τιµές του πετρελαίου κυµαίνονταν σε χαµηλά επίπεδα και η µόλυνση της ατµόσφαιρας δεν ήταν τόσο έντονη, η χρήση αυτών των καυσίµων δεν δηµιουργούσε πρόβληµα. Πλέον όµως οι επιπτώσεις από τις εκποµπές των αερίων ρύπων των οχηµάτων είναι κάτι παραπάνω από ορατές και η προµήθεια του πετρελαίου έχει µετατραπεί σε µείζον οικολογικό και πολιτικό πρόβληµα. Χάρη στις νέες τεχνολογίες, τα αυτοκίνητα προκαλούν τώρα λιγότερη ζηµιά στο περιβάλλον. Τεχνολογίες όπως το flexi-fuel, οι υβριδικοί κινητήρες ή τα αυτοκίνητα που κινούνται µε αέριο ή ηλεκτρισµό χρησιµοποιούνται ήδη. Η ευρύτερη χρήση τους όµως καθυστερεί λόγω της έλλειψης υποδοµών, όπως π.χ. τα κατάλληλα πρατήρια καυσίµων. Κάποια από τα οικολογικά οχήµατα που έχουν αναπτυχθεί είναι τα εξής: Οχήµατα Φυσικού Αερίου Σήµερα κυκλοφορούν παγκοσµίως περίπου 5 εκατοµµύρια τέτοια οχήµατα. Σε ορισµένες χώρες η ευνοϊκή φορολογική πολιτική για τα οχήµατα φυσικού αερίου έχει Σελίδα 11

12 οδηγήσει σε σηµαντική διάδοση των οχηµάτων αυτών. Στην Αθήνα κυκλοφορούν περισσότερα από 400 λεωφορεία φυσικού αερίου όπως αυτό της εικόνας Εικόνα Κινητήρες Εσωτερικής Καύσης µε Υδρογόνο Το H 2 µπορεί επίσης να καεί σε µηχανές εσωτερικής καύσης αντίστοιχες αέριους ρύπους (εκτός από ελάχιστες ποσότητες που προκύπτουν από τα λιπαντικά). Οι µηχανές εσωτερικής καύσης υδρογόνου θα βοηθήσουν να καλυφθεί το κενό µέχρι το απώτερο µέλλον, που αναµένεται να επικρατήσουν τα οχήµατα µε κυψέλες καυσίµου, κυρίως γιατί είναι πολύ πιο αποδοτικά. Κάποια χαρακτηριστικά παραδείγµατα αυτοκινήτων που χρησιµοποιούν τέτοια τεχνολογική εφαρµογή είναι τα µοντέλα της εταιρείας BMW, Hydrogen 7 (εικόνα 1.2.3) και H2R που κατασκευάστηκαν το 2007 όπως επίσης και τα µοντέλα RX-8 Hydrogen RΕ (εικόνα 1.2.2) που κατασκευάστηκε το 2003 και το Premacy Hydrogen RE Hybrid που κατασκευάστηκε το 2007 της εταιρείας MAZDA. Στην εικόνα βλέπουµε τη µηχανολογική δοµή του µοντέλου BMW Hydrogen 7. Σελίδα 12

13 Εικόνα Εικόνα Εικόνα ΕΠΕΞΗΓΗΣΕΙΣ: 1. εξαµενή υγρού υδρογόνου (LH2) 2. Τάπα ρεζερβουάρ υδρογόνου 3. Σωλήνας παροχής υδρογόνου στη δεξαµενή 4. Γραµµή ασφαλείας µέχρι τη βαλβίδα ανακούφισης 5. Βοηθητική µονάδα µε εναλλάκτη θερµότητας για το H2 και µονάδα ελέγχου για τη δεξαµενή υδρογόνου 6. Κινητήρας διπλού καυσίµου 7. Πολλαπλή εισαγωγής µε γραµµή τροφοδοσίας αερίου H2 8. Σύστηµα διαχείρισης της εξάτµισης του υδρογόνου (BMS) 9. Ρεζερβουάρ βενζίνης 10. Βαλβίδα ρύθµισης της πίεσης Σελίδα 13

14 Οχήµατα Κυψελών Καυσίµου Οι περισσότεροι κατασκευαστές οχηµάτων πιστεύουν ότι τα οχήµατα µε κυψέλες καυσίµου δεν θα έχουν ευρεία χρήση µέχρι περίπου το Τα οχήµατα µε κυψέλες καυσίµου που τροφοδοτούνται µε υδρογόνο δεν παράγουν ρύπους, εκτός από ατµό, και για το λόγο αυτό παρουσιάζουν µεγάλο περιβαλλοντικό όφελος. Αρκετή συζήτηση γίνεται όµως για τον τρόπο µε τον οποίο παράγεται το υδρογόνο. Και αυτό διότι η παραγωγή υδρογόνου µέσω ηλεκτρόλυσης από τον νερό είναι µια εξαιρετικά ενεργοβόρα διαδικασία. Μια λύση θα ήταν να παράγεται η απαραίτητη ηλεκτρική ενέργεια από ανανεώσιµες πηγές. Τα αυτοκίνητα που χρησιµοποιούν τέτοιου είδους τεχνολογία δεν είναι ακόµα διαθέσιµα προς πώληση. Κάποια από τα οχήµατα που διερευνώνται αυτή την περίοδο και χρησιµοποιούν αυτή την τεχνολογική εφαρµογή είναι το Toyota Fine-N (εικόνα 1.2.5), που βρίσκεται σε αρχικά στάδια ακόµα, το Suzuki SX4-FCV (εικόνα 1.2.6) καθώς και το Hyundai ix35 (1.2.7) που βρίσκονται σε κάπως πιο προχωρηµένα στάδια. Εικόνα Εικόνα Σελίδα 14

15 Εικόνα Υβριδικά Αυτοκίνητα Η τεχνολογική καινοτοµία που έχουν τα υβριδικά αυτοκίνητα είναι πως κάνουν χρήση και κοινών καυσίµων αλλά και µιας εναλλακτικής πηγής ενέργειας, συνήθως του ηλεκτρισµού. Αυτό έχει σαν αποτέλεσµα τη µεγάλη µείωση εκποµπής αερίων ρύπων. Σε καθαρά οικονοµικό επίπεδο, η απόκτηση ενός υβριδικού αυτοκινήτου µπορεί να αντιµετωπιστεί ως µια καλή «επένδυση» καθώς αποσβένεται µέσα σε 4-5 χρόνια. Βασικό πλεονέκτηµα του υβριδικού αυτοκινήτου είναι η µείωση στην κατανάλωση καυσίµου. Έτσι, όσο ακριβότερη γίνεται η βενζίνη, τόσο «µικραίνει» η περίοδος απόσβεσης ενός υβριδικού αυτοκινήτου. Επιπλέον, τα υβριδικά αυτοκίνητα επιτυγχάνουν µικρότερη κατανάλωση µέσα στην πόλη σε αντίθεση µε τα συµβατικά αυτοκίνητα τα οποία θέλουν «ανοικτό δρόµο» για να αδειάσουν µε µικρότερη ταχύτητα το ρεζερβουάρ. Προκύπτει εποµένως ότι οι οδηγοί που χρησιµοποιούν το Ι.Χ. κυρίως µέσα στην πόλη, κάνουν ταχύτερη απόσβεση της επένδυσης σε ένα υβριδικό αυτοκίνητο. Σε πολλές ευρωπαϊκές χώρες δίνονται νέα φορολογικά κίνητρα στους καταναλωτές, ώστε να προτιµούν τα λεγόµενα υβριδικά ΙΧ, καθώς οι κυβερνήσεις των ανεπτυγµένων χωρών φαίνεται να έχουν αντιληφθεί τα πλεονεκτήµατα της υβριδικής τεχνολογίας και τα οικονοµικά οφέλη στα οποία θα τις οδηγήσουν. Στην Ιταλία τα υβριδικά επιδοτούνται µέχρι και το 65% της διαφοράς τιµής και απαλλάσσονται από τα τέλη ταξινόµησης και κυκλοφορίας, ενώ στη Σελίδα 15

16 Γαλλία τα κίνητρα περιλαµβάνουν επιδότηση µέχρι ευρώ, απαλλαγή από τέλη κυκλοφορίας και κυκλοφοριακές διευκολύνσεις [5]. Τα τελευταία χρόνια οι αυτοκινητοβιοµηχανίες έχουν επικεντρωθεί σε µεγάλο βαθµό στην τεχνολογία των υβριδικών οχηµάτων και έχουν κυκλοφορήσει στην αγορά µια ευρεία γκάµα τέτοιων αυτοκινήτων όπως για παράδειγµα το Toyota Prius που ήταν και το πρώτο υβριδικό που βγήκε ευρέως προς κατανάλωση. Επίσης άλλα µοντέλα είναι: Honda Jazz Hybrid, Honda CR-Z, Toyota Auris HSD, Toyota Yaris, Lexus RX 400h, Lexus LX 600h, BMW Active Hybrid X6, Mercedes S400 Hybrid, VW Touareg Hybrid. Πέραν του συνδυασµού ηλεκτροκινητήρα µε βενζινοκινητήρα γίνονται έρευνες και για την ανάπτυξη άλλων τεχνολογιών που θα µπορούσαν να εφαρµοστούν σε υβριδικά αυτοκίνητα. Ένα παράδειγµα είναι η χρήση πεπιεσµένου αέρα που θα τροφοδοτεί σαν καύσιµο το όχηµα παράλληλα µε τη χρήση βενζίνης. Αυτό διερευνάται από τη Citroen για το µοντέλο C3 και υπολογίζεται πως θα αυξήσει την αυτονοµία κατά 90% και θα µειώσει τις εκποµπές CO 2 σε 69 γραµµάρια/χλµ. Εικάζεται πως θα περάσει στην παραγωγή το Εικόνα το πρώτο υβριδικό-toyota Prius Εικόνα Honda CR-Z Σελίδα 16

17 Εικόνα BMW Active Hybrid X6 Εικόνα Lexus RX 400h 1.3 Περιεχόµενα της εργασίας Η εργασία µας έχει ως σκοπό την παρουσίαση ενός οχήµατος το οποίο παράγει µηδενικούς ρύπους και κινείται µε ηλεκτρική ενέργεια µέσω της ακτινοβολίας του ηλίου που δεσµεύεται από τους ηλιακούς συλλέκτες, οι οποίοι έχουν τοποθετηθεί σε αυτό. Θέλουµε να διερευνήσουµε κατά πόσο µια τέτοια κατασκευή είναι εύχρηστη, συµφέρουσα και αξίζει να χρησιµοποιηθεί. Στα δύο πρώτα κεφάλαια παραθέτουµε γενικά στοιχεία και δεδοµένα για τις ανανεώσιµες πηγές ενέργειας, για τα οικολογικά οχήµατα, αλλά και πιο συγκεκριµένα γίνεται αναφορά στα ηλεκτρικά και ηλιακά ποδήλατα και τρίκυκλα καθώς και ευρύτερα στα ηλιακά οχήµατα. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται η ανάλυση των αιτιών που µας οδήγησαν να κατασκευάσουµε κατά αυτό τον τρόπο το τρίκυκλο αλλά επίσης και µια εκτενής αναφορά στα µέρη του ποδηλάτου αλλά και τον τρόπο µε τον οποίο το κατασκευάσαµε. Στην επόµενη ενότητα παρουσιάζουµε την απόδοση και τη συµπεριφορά της κατασκευής µας µέσω κάποιων µετρήσεων που πραγµατοποιήσαµε. Τέλος, στο πέµπτο µέρος περιλαµβάνονται τα συµπεράσµατα στα οποία οδηγηθήκαµε από τις µετρήσεις, σύγκριση µε άλλα τρίκυκλα ηλεκτρικά ποδήλατα που κυκλοφορούν στην αγορά και κάποιες προτάσεις και πιθανή βελτίωση του ποδηλάτου. Σελίδα 17

18 2. ΥΦΙΣΤΑΜΕΝΗ ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ 2.1 Ηλεκτρικά Ποδήλατα Τα ηλεκτρικά ποδήλατα είναι τύποι ποδηλάτου εξοπλισµένα µε ηλεκτρικό κινητήρα ο οποίος υποβοηθάει την κίνηση. Χρησιµοποιούν επαναφορτιζόµενες µπαταρίες και τα περισσότερα µπορούν να αναπτύξουν ταχύτητα ως και 32χλµ/ώρα. Σε κάποιες περιοχές αντικαθιστούν µε γρήγορους ρυθµούς τα κοινά ποδήλατα και τις µοτοσυκλέτες, όπως θα δούµε παρακάτω. Οι µπαταρίες που χρησιµοποιούν είναι τύπου: σφραγισµένες κλειστές µπαταρίες µολύβδου (SLA), νικελίου-καδµίου (NiCad), νικελίου (NiMH), και λιθίου (Li-ion)- (LiFePO4). Οι µπαταρίες ποικίλουν ανάλογα µε τα βολτ τους (voltage V), τα αµπερώρια (amp hours), το βάρος και τους κύκλους φόρτισης/εκφόρτισης. Επίσης γίνεται χρήση και ενός ελεγκτή/φορτιστή ο οποίος ελέγχει το ηλεκτρικό κύκλωµα του µοτέρ και οποιασδήποτε άλλης εγκατάστασης υπάρχει στο ποδήλατο. Σε αρκετές χώρες του κόσµου τα ηλεκτρικά ποδήλατα έχουν κατηγοριοποιηθεί ως κοινά ποδήλατα και όχι ως τις τυπικές µηχανές και έτσι δεν υπάγονται στην αυστηρή νοµοθεσία που αφορά τα µηχανοκίνητα οχήµατα. Αυτό έχει σαν αποτέλεσµα να µην χρειάζεται να υπάρχει κάποιο ειδικό σήµα ή άδεια κυκλοφορίας. Αυτό ισχύει και στη χώρα µας. Η ευρεία χρήση των ηλεκτρικών ποδηλάτων ξεκίνησε από το Υπολογίζεται πως µέχρι τις αρχές του 2010 υπήρχαν ηλεκτρικά ποδήλατα στην Κίνα και οι πωλήσεις αυξάνονται µε ταχύς ρυθµούς σε χώρες όπως η Ινδία, Η.Π.Α., Ολλανδία και Ελβετία. Συνολικά ποδήλατα πωλήθηκαν στην Ευρώπη το 2010 ενώ το 2007 είχαν δοθεί και το [6] Τα τελευταία χρόνια η Κίνα είναι η µεγαλύτερη παραγωγός χώρα ηλεκτροκίνητων ποδηλάτων. Σύµφωνα µε στοιχεία του κινέζικου οµίλου ποδηλάτων, το 2004 κινέζικες εταιρείες πούλησαν ηλεκτρικά ποδήλατα σε όλη την Κίνα, σχεδόν τα διπλάσια από το 2003, ενώ το 2005 οι πωλήσεις στη χώρα έφτασαν τα και τα το Το 2007 υπολογίζεται πως το 10%-20% όλων των δίκυκλων που κυκλοφορούσαν σε πολλές µεγάλες πόλεις ήταν ηλεκτρικά ποδήλατα [7]. Σελίδα 18

19 Νοµικό καθεστώς Αρκετές χώρες έχουν θεσπίσει νόµους για να ρυθµίσουν τη χρήση των ηλεκτρικών ποδηλάτων. Κράτη όπως οι ΗΠΑ και ο Καναδάς έχουν οµοσπονδιακές αποφάσεις για τις προδιαγραφές ασφαλείας και κατασκευής τέτοιων ποδηλάτων ενώ τα κράτη-µέλη της Ε.Ε αποφάσισαν να διευρύνουν τη νοµοθεσία που καλύπτει τα ηλεκτροκίνητα ποδήλατα. Παρακάτω αναλύεται το νοµικό καθεστώς διάφορων κρατών: Αυστραλία: τα ηλεκτρικά ποδήλατα υπάγονται στο νόµο για τους κανονισµούς λειτουργίας των οχηµάτων ως ποδήλατο που έχει βοηθητικά µοτέρ µε τη µέγιστη ισχύ να µην ξεπερνάει τα 200 W χωρίς να λαµβάνεται υπόψη όριο ταχύτητας. Κάθε πολιτεία είναι υπεύθυνη να αποφασίσει τον τρόπο τον οποίο θα χειρίζεται τέτοια οχήµατα ενώ έχει συµφωνηθεί σε όλες τις πολιτείες πως δεν απαιτείται κάποιο δίπλωµα ή άδεια οδήγησης. Ασκούνται διάφορες πιέσεις ώστε να αυξηθεί το όριο της ισχύος του µοτέρ έτσι ώστε να επιτευχθεί µεγαλύτερη εξάπλωση στην αγορά των ηλεκτρικών ποδηλάτων µε όλα τα θετικά που συνεπάγονται µε αυτό. Καναδάς: σε επτά επαρχίες η ισχύς των ηλεκτρικών ποδηλάτων έχει όριο τα 500 W και όριο ταχύτητας τα 32χλµ/ώρα. Στην περιοχή Αλµπέρτα το όριο ισχύς του µοτέρ είναι 750 W και το όριο ταχύτητας 35χλµ/ώρα. Οι περιορισµοί στην ηλικία ποικίλουν ανάλογα µε την περιοχή παντού όµως υποχρεωτικά ο οδηγός πρέπει να φέρει ειδικό κράνος. Σε ορισµένες περιοχές σε κάποιους τύπους ηλεκτρικών ποδηλάτων, όπως για παράδειγµα σε αυτά που µπορούν να κινούνται και χωρίς τη βοήθεια των πεταλιών, απαιτείται δίπλωµα οδήγησης και υπάρχουν περιορισµοί στην ηλικία αλλά δεν χρειάζεται άδεια οχήµατος και ασφάλεια. Κίνα: τα ηλεκτρικά ποδήλατα υπάγονται στην ίδια νοµοθεσία µε τα κοινά ποδήλατα και ως εκ τούτου δεν απαιτείται δίπλωµα οδήγησης. Εξ αιτίας µιας αύξησης σε ατυχήµατα που σχετίζονται µε τα ηλεκτροκίνητα ποδήλατα, που κυρίως προκαλούνται λόγω άπειρων οδηγών που περνάνε κόκκινους σηµατοδότες, δεν χρησιµοποιούν φώτα νυκτός, οδηγούν σε λάθος µεριά του δρόµου κλπ, οι Κινέζικες αρχές σχεδιάζει να αλλάξει το νοµικό καθεστώς έτσι ώστε τα ηλεκτρικά ποδήλατα που έχουν βάρος από 20 κιλά και πάνω και µέγιστη ταχύτητα 30χλµ/ώρα να Σελίδα 19

20 χρειάζονται άδεια οδήγησης ενώ αυτά που είναι κάτω από 20 κιλά και µικρότερης ταχύτητας από 30χλµ/ώρα µπορούν να χρησιµοποιηθούν ελεύθερα χωρίς άδεια. Ευρωπαϊκή Ένωση: η ευρωπαϊκή οδηγία 2002/24/ΕΚ εξαιρεί τα οχήµατα µε την ακόλουθη περιγραφή από την έγκριση προϊόντων: «Ποδήλατα τα οποία είναι εξοπλισµένα µε βοηθητικό µοτέρ και µέγιστη ονοµαστική ισχύ 0,25 kw η απόδοση της οποίας σταδιακά µειώνεται µέχρι που να εκµηδενιστεί όσο το όχηµα φτάνει την ταχύτητα των 25χλµ/ώρα ή όταν ο αναβάτης σταµατήσει να κάνει πετάλι.» Αυτή είναι η εξ ορισµού ερµηνεία ενός ηλεκτρικού ποδηλάτου µε πετάλια στην ΕΕ. Όπως µε όλες τις οδηγίες τα κράτη µέλη καλούνται να τις εφαρµόσουν στους νοµικούς κανονισµούς τους. ΗΠΑ: βάσει των οµοσπονδιακών νόµων, ένα ηλεκτρικό ποδήλατο πρέπει να έχει µέγιστη ταχύτητα όταν χρησιµοποιείται µόνο το µοτέρ τα 32χλµ/ώρα και το µοτέρ να είναι µικρότερης ισχύος από 750 W. εν υπάγονται στην ίδια κατηγορία µε τις κοινές µηχανές αλλά εµπίπτουν στον ίδιο νόµο µε τα συµβατικά ποδήλατα. Η οδική συµπεριφορά που θα πρέπει να ακολουθείται ποικίλει ανάλογα µε τη νοµοθεσία της κάθε πολιτείας. Στη συνέχεια παρουσιάζονται κάποιοι τύποι Ηλεκτρικών δίκυκλων ποδηλάτων. Υπάρχουν διάφοροι τύποι ποδηλάτων που κυκλοφορούν στην αγορά, οι οποίοι διαφέρουν πέρα από τα τεχνικά χαρακτηριστικά, όπως πχ το βάρος και οι επιδόσεις, στον τρόπο σχεδίασης. Τα πιο διαδεδοµένα είναι αυτά που έχουν παρόµοιο σκελετό µε τον τυπικό σκελετό ποδηλάτου, το µοτέρ στον τροχό και την µπαταρία στη θέση κάτω από τη σέλα ή στον κεντρικό σκελετό όπως παρουσιάζεται στην παρακάτω εικόνα Αυτού του είδους τα ποδήλατα έχουν µια µέγιστη ταχύτητα που φτάνει µέχρι και τα 30 χµ/ώρα και χρησιµοποιούν µπαταρίες λιθίου. Η τιµή µε την οποία πωλούνται στην αγορά κυµαίνεται από Σελίδα 20

21 Εικόνα Ένας άλλος σπανιότερος τύπος ποδηλάτου είναι αυτά που έχουν χαµηλά τη θέση του αναβάτη και πιο υπερυψωµένο το τιµόνι, τα λεγόµενα «τσόπερ». Αυτά δεν είναι διαδεδοµένα και συνήθως αγοράζονται για συλλεκτικούς λόγους. Ένα τέτοιο ποδήλατο παρουσιάζεται στην εικόνα Οι επιδόσεις του είναι παρόµοιες µε το παραπάνω ποδήλατο και κοστίζει περίπου Εικόνα Μια έκδοση που άρχισε να αναπτύσσεται τα τελευταία χρόνια είναι αυτή του ηλεκτρικού ποδηλάτου που έχει την ικανότητα να φέρει και φορτίο που θα ήταν Σελίδα 21

22 δύσκολο να µεταφερθεί χωρίς τη συνδροµή της ηλεκτρικής ενέργειας όπως παρουσιάζεται στην κάτωθι εικόνα. Κοστίζει περίπου Εικόνα Τρίκυκλα Ποδήλατα Ως ηλεκτρικό τρίκυκλο λογίζεται ένα τρίτροχο όχηµα που κάνει χρήση ενός ηλεκτροκινητήρα. Σε αρκετές περιπτώσεις υπάρχει και σύστηµα µε πετάλια για να γίνεται η κίνηση. Ο κινητήρας τροφοδοτείται µε ηλεκτρική ενέργεια από επαναφορτιζόµενες µπαταρίες που είναι εγκατεστηµένες στο τρίκυκλο. Βάσει έρευνας της αγοράς που πραγµατοποιήσαµε καταλήξαµε στο συµπέρασµα πως ανάλογα µε τις συνθήκες χρήσης, τον κινητήρα και τις µπαταρίες έχουν αυτονοµία κίνησης έως και 50χλµ. και αναπτύσσουν ταχύτητα ως και 25χλµ/ώρα. Με το ενδιαφέρον για γρήγορη και άνετη µετακίνηση εντός των πόλεων να µεγαλώνει όλο και πιο πολύ τα τελευταία χρόνια και να δίνεται µεγάλο βάρος στην περιβαλλοντική ευαισθητοποίηση, όλα αυτά έχουν σαν επακόλουθο να κυκλοφορήσει στην αγορά µεγάλη ποικιλία ηλεκτρικών τρικύκλων µε διάφορα χαρακτηριστικά όπως µεγάλη ταχύτητα, µεγάλη αυτονοµία χρήσης, χαµηλή τιµή ή αρκετούς αποθηκευτικούς χώρους. Τα τρίκυκλα χωρίζονται σε δύο κατηγορίες: Η πρώτη είναι αυτή που τα οχήµατα έχουν ένα τροχό εµπρός και δύο τροχούς πίσω, αυτή τη µορφή έχουν τα περισσότερα τρίκυκλα Σελίδα 22

23 Η δεύτερη είναι αυτή που υπάρχει ένας τροχός πίσω και δύο µπροστά. Κάποια άλλα περικλείουν τον οδηγό σε ένα είδος καµπίνας και τον αποµονώνουν από το περιβάλλον. Το νοµικό καθεστώς για τα ηλεκτρικά τρίκυκλα είναι το ίδιο µε αυτό των ηλεκτρικών ποδηλάτων στις περισσότερες χώρες. ύο χαρακτηριστικά παραδείγµατα τρίκυκλων ποδηλάτων παρουσιάζονται στις παρακάτω εικόνες: Εικόνα Εικόνα Σελίδα 23

24 Στην Εικόνα παρατηρούµε ότι το τρίκυκλο έχει ένα τροχό εµπρός και δύο πίσω µε την µπαταρία να βρίσκεται κάτω από τη σέλα και τον κινητήρα στον εµπρός τροχό ενώ στην Εικόνα έχουµε δύο τροχούς εµπρός και έναν πίσω ενώ η µπαταρία βρίσκεται µπροστά από το τιµόνι και πάνω από τους τροχούς τοποθετηµένη σε ένα κουτί και ο κινητήρας βρίσκεται προσαρµοσµένος στους εµπρός τροχούς. Έχουν µοτέρ 250 watt µπαταρίες 36 volt µε παροχή 10 Ah. Έχει το πρώτο µέγιστη ταχύτητα 23 χµ/ώρα ενώ το δεύτερο έχει 18 χµ/ώρα και κοστίζουν γύρω στις Ηλιακά Ποδήλατα Εκτός από τη χρήση ηλεκτρικής ενέργειας µέσω των επαναφορτιζόµενων µπαταριών για την κίνηση των ποδηλάτων, δίτροχων και τρίτροχων, έχει γίνει ευρέως πλέον διαδεδοµένη και η χρήση ηλιακής ενέργειας µέσω των φωτοβολταϊκών πάνελ. Τα δίτροχα και τρίτροχα ηλεκτρικά ποδήλατα έχουν τη δυνατότητα να ανανεώνουν την ενέργεια µέσω της οποίας τροφοδοτείται το µοτέρ τους µε τη χρήση της ηλιακής ακτινοβολίας. Είναι τυπικά ποδήλατα της αγοράς στα οποία είναι προσαρµοσµένα τα φωτοβολταϊκά πάνελ και συνδέονται µε µπαταρίες 12 volt και µοτέρ 500 watt. Το κόστος τους κυµαίνεται στις Ένα παράδειγµα δίκυκλου και τρίκυκλου ποδηλάτου µε φωτοβολταϊκά παρουσιάζεται στις παρακάτω εικόνες: Εικόνα Σελίδα 24

25 Εικόνα Πέραν των διαδεδοµένων µορφών τρικύκλων µε φωτοβολταϊκά έχουν αναπτυχθεί και κάποια εναλλακτικά όπως φαίνεται στη Εικόνα Εικόνα Τα ηλεκτρικά ποδήλατα είναι 100% φιλικά προς το περιβάλλον και δεν έχουν καµιά συνέπεια σε αυτό όπως για παράδειγµα τα απλά ηλεκτρικά ποδήλατα καθώς αυτά επαναφορτίζουν τις µπαταρίες τους καταναλώνοντας οικιακό ρεύµα. Σελίδα 25

26 2.4 Άλλα ηλιακά οχήµατα Με τον όρο «solar vehicles» ορίζονται τα οχήµατα τα οποία χρησιµοποιούν κατά κύριο λόγο την ηλιακή ακτινοβολία ως πηγή ενέργειας. Μέσω ηλιακών συλλεκτών γίνεται η δέσµευση των ακτίνων του ήλιου και η µετατροπή τους σε ηλεκτρική ενέργεια. Αυτή µπορεί να χρησιµοποιηθεί, εκτός του να θέτει σε κίνηση το όχηµα, και για άλλες λειτουργίες του. Τα ηλιακά οχήµατα δεν είναι ευρέως διαδεδοµένα στη αγορά ακόµα. Για τη σχεδίαση οχηµάτων που κάνουν χρήση της ηλιακής ενέργειας πρέπει να ληφθούν υπόψη όµως και κάποιες παράµετροι όπως: Το µέγεθος του οχήµατος παίζει ρόλο και εξαρτάται από αυτό η επιφάνεια του φωτοβολταϊκού το οποίο θα εγκατασταθεί. εν µπορεί σε ένα µικρό όχηµα να τοποθετήσουµε ένα δυσανάλογου µεγέθους πάνελ. Επίσης θα πρέπει να υπολογιστεί και το κόστος των πλαισίων, αν και τα τελευταία χρόνια η τιµή τους είναι συνεχώς φθίνουσα και η επένδυση σε αυτά αποσβένεται σε όλο και µικρότερα χρονικά διαστήµατα. Θα πρέπει να προσεχθεί αρκετά και η διάρκεια µέγιστης απόδοσης αλλά και η ανθεκτικότητα των φωτοβολταϊκών πλαισίων. Η διάρκεια απόδοσης τους για σταθερές κατασκευές, όπως ηλιακά πάρκα, είναι αρκετά µεγάλη αλλά για εφαρµογές όπως τα ηλιακά οχήµατα είναι πολύ µικρότερη. Επίσης θα πρέπει να υπάρχει τρόπος προστασίας τους από τους κραδασµούς που µπορεί να υπάρξουν λόγω της κίνησης των οχηµάτων. Εκτός αυτού θα πρέπει να υπολογιστεί και το βάρος. Αν αυτό µειώνει αρκετά την απόδοση του οχήµατος θα πρέπει να επανεξεταστεί κατά πόσον ωφελεί η εφαρµογή τους. Οχήµατα στα οποία εφαρµόζεται η χρήση ηλιακής ενέργειας 1. Ηλιακό αυτοκίνητο: εν είναι ευρείας χρήσης και βρίσκεται σε πειραµατικό στάδιο ακόµα αλλά τα τελευταία χρόνια έχει αρχίσει και αναπτύσσεται η ιδέα από εταιρείες αυτοκινήτων. Είναι τα αυτοκίνητα που έχουν εγκατεστηµένα, συνήθως στην οροφή τους, φωτοβολταϊκά συστήµατα για να τροφοδοτείται ο κινητήρας τους και να κινούνται µε ηλεκτρική ενέργεια. Τα µέχρι τώρα Σελίδα 26

27 αποτελέσµατα δεν είναι ιδιαίτερα ενθαρρυντικά σχετικά µε το συνδυασµό απόδοσης-τιµής αλλά η ιδέα του εγχειρήµατος αυτού έχει αναπτυχθεί αρκετά. Αυτό γίνεται αντιληπτό και από το ότι διοργανώνονται αγώνες αυτοκινήτων τα οποία που κάνουν χρήση αποκλειστικά ηλιακής ενέργειας. Σε αυτό το διαγωνισµό λαµβάνουν µέρος κατά κύριο λόγο πανεπιστηµιακές οµάδες αλλά και µεγάλες αυτοκινητοβιοµηχανίες. Στις εικόνες και παρουσιάζονται δύο ηλιακά αυτοκίνητα τα οποία έχουν τους ηλιακούς συλλέκτες στην οροφή και παρέχουν ηλιακή αυτονοµία έως και 45 χιλιόµετρα τη µέρα [8]. Το πρώτο είναι της εταιρείας Toyota και µοντέλο Prius ενώ το δεύτερο είναι Toyota Highlander. Mέσω των ηλιακών συλλεκτών που έχουν εγκατεστηµένους µπορούν να εξοικονοµήσουν έως και 60% της κατανάλωσης καυσίµων [8]. Κυκλοφορούν στην αγορά κυρίως των ΗΠΑ. Εικόνα Εικόνα Σελίδα 27

28 2. Ηλιακό λεωφορείο: Κοινά µεταφορικά λεωφορεία τα οποία κινούνται µε τη χρήση ηλιακής ενέργειας. Εφαρµόζεται ήδη σε πόλεις όπως η Αδελαϊδα της Αυστραλίας, σε κάποιες περιοχές της Κίνας και στην Ευρώπη χρησιµοποιείται κυρίως στη Αυστρία και στην Ουαλία. Η εικόνα µας δείχνει το πρώτο ηλιακό λεωφορείο που κυκλοφορεί στους δρόµους της Αδελαϊδας και εξυπηρετεί κανονικά το κοινό [9]. Εικόνα Ηλιακό τραίνο: Αµαξοστοιχία που κινείται µε τη χρήση ηλιακής ενέργειας και παράγει µηδενικούς ρύπους. Αυτό έχει εφαρµοστεί στο τούνελ για τη διαδροµή από το Παρίσι στο Άµστερνταµ. Τα φωτοβολταϊκά πάνελ είναι εγκατεστηµένα σε τούνελ µήκους τριών χιλιοµέτρων από το οποίο διέρχεται η αµαξοστοιχία όπως φαίνεται και στην εικόνα Το τραίνο χρησιµοποιεί αποκλειστικά το ρεύµα από τους συλλέκτες που υπάρχουν πάνω στη σύριγγα. Η ενέργεια που παράγεται είναι της τάξης των µεγαβάτ. Το ρεύµα που παράγεται τροφοδοτεί εκτός των αµαξοστοιχιών και την ηλεκτροδότηση και τη σήµανση του δικτύου [10]. Επίσης έχει σχεδιαστεί και η τροφοδότηση µε ηλεκτρική ενέργεια µέσω Σελίδα 28

29 ηλιακής ακτινοβολίας και των τράµ στο Ανόβερο της Γερµανίας και στη Γενεύη της Ελβετίας. Εικόνα Ηλιακά πλοία: Πλοία που δεν παράγουν ρύπους και έχουν ως πηγή ενέργειας την ηλιακή µέσω των φωτοβολταϊκών. Αυτό δεν εφαρµόζεται µόνο σε µικρά πλοία ή σκάφη αλλά και σε µεγάλα και έχουν τη δυνατότητα να διανύσουν πολύ µεγάλες αποστάσεις. Συγκεκριµένα το πλοίο της εικόνας ήταν το πρώτο που έκανε τον περίπλου της Γης µε χρήση ηλιακών συλλεκτών [11] [12]. Επίσης έχουν κατασκευαστεί και φορτηγά πλοία που χρησιµοποιούν την ηλιακή ενέργεια. Εικόνα Σελίδα 29

30 Εικόνα Από τις παραπάνω αναφορές γίνεται εύκολα αντιληπτό πως στο εγγύς µέλλον και µε την ανάπτυξη των ανάλογων τεχνολογιών και εφαρµογών θα µπορούσαν τουλάχιστον τα µέσα µαζικής µεταφοράς να κινούνται µε χρήση «καθαρών» µορφών ενέργειας το οποίο θα είχε σαν αποτέλεσµα την µείωση σε πολύ µεγάλο βαθµό των εκποµπών αερίων ρύπων και µια σειρά άλλων σοβαρών περιβαλλοντικών προβληµάτων. Σελίδα 30

31 3. ΤΟ ΠΟ ΗΛΑΤΟ ΜΑΣ 3.1 Θεωρία Η επιλογή µας να σχεδιάσουµε και να κατασκευάσουµε τρίκυκλο ποδήλατο οφείλεται στο ότι χρειαζόµασταν µια πιο σταθερή κατασκευή αλλά και µε περισσότερους χώρους ούτως ώστε να µπορέσουµε να εγκαταστήσουµε τα φωτοβολταϊκά µας. Επίσης το τρίκυκλο µας εξυπηρετούσε στο να µπορέσουµε να τοποθετήσουµε σωστά τις µπαταρίες που είχαµε επιλέξει οι οποίες ήταν συγκεκριµένου µεγέθους και βάρους.ο λόγος που επιλέξαµε να χρησιµοποιήσουµε τα φωτοβολταϊκά πλαίσια είναι πως θέλαµε το ποδήλατο να έχει µια ενεργειακή αυτονοµία και επιπροσθέτως να µην καταναλώνει ρεύµα για να επαναφορτιστεί. Τις µπαταρίες τις επιλέξαµε λόγω του ότι θέλαµε η ηλεκτρική ενέργεια που προέρχεται από τα φωτοβολταϊκά να αποθηκεύεται για να έχουµε τη δυνατότητα να κινούµαστε οποιαδήποτε στιγµή ανεξαρτήτως καιρικών δεδοµένων χωρίς τη βοήθεια πεντάλ. Η επιλογή του hub motor µας εξυπηρετεί λόγω της θέσης του στον εµπρός τροχό και λόγω της µορφολογίας του συγκριτικά µε ένα κοινό µοτέρ. Μπορούν βεβαίως να υπάρξουν και διαφορετικές διατάξεις όπως το τρίκυκλο µε δυο ρόδες µπροστά ή το δίκυκλο. Ωστόσο διαλέξαµε αυτή τη µορφολογία ώστε να οδηγείται ευκολότερα και να µπορούν να το χρησιµοποιούν και άτοµα που δεν έχουν καλή ισορροπία. Η κίνηση αποφασίσαµε να είναι στον εµπρός τροχό διότι αν επιλέγαµε τους πίσω θα έπρεπε να είχαµε δυο µοτέρ (ένα στον κάθε ένα). Αυτό θα µας δυσκόλευε περισσότερο αφού θα χρειαζόταν να προγραµµατίσουµε και τα δυο µοτέρ µε έναν αυξοµειωτή ταχύτητας. 3.2 Πλαίσιο Αρχικά κατασκευάσαµε το πλαίσιο µας σε ηλεκτρονικό υπολογιστή για να έχουµε την ψηφιακή του µορφή. Στην κάτοψη του σχεδίου µας που µπορούµε να δούµε στην εικόνα είχαµε σχεδιάσει την κατασκευή φτερών στους δυο πισινούς τροχούς δηλαδή πάνω από το σηµείο που γράφει θέση τροχού για την τοποθέτηση εύκαµπτων φωτοβολταϊκών. Ωστόσο ο προϋπολογισµός µας και το κόστος κυρίως των εύκαµπτων φωτοβολταϊκών δεν µας έδιναν την δυνατότητα της διεκπεραίωσης Σελίδα 31

32 του αρχικού σχεδίου µας. Έτσι καταλήξαµε σε απλά επίπεδα φωτοβολταϊκά (δες 3.6 για λεπτοµέρειες). Εικόνα Η σχεδίαση ξεκίνησε από την αρχή µε δεδοµένο αυτή τη φορά ότι τα φωτοβολταϊκά που θα χρησιµοποιούσαµε θα ήταν ενσωµατωµένα σε πάνελ τα οποία θα είχαν συγκεκριµένες διαστάσεις. Το πλαίσιο του ποδηλάτου που θα κατασκευάζαµε θα έπρεπε να είναι αρκετά µεγάλο για να έχουµε τη δυνατότητα να τοποθετήσουµε τα φωτοβολταϊκά πάνελ. Επίσης θα έπρεπε το πλαίσιο µας να µας παρέχει και κάποιο χώρο τον οποίο θα χρησιµοποιούσαµε εν συνεχεία για την τοποθέτηση και την στήριξη των µπαταριών, όµως δεν θα έπρεπε να είναι αρκετά µακρύ γιατί δεν θα µπορούσαµε εύκολα να το κινούµε µε τα πεντάλ λόγω του µεγάλου µεγέθους της αλυσίδας. Σκεφτήκαµε λοιπόν να συνεχίσουµε κατασκευάζοντας ένα οµοίωµα του πλαισίου µας σε αληθινές διαστάσεις από απλό κοινό σύρµα διαµέτρου 3mm όπως βλέπουµε και στην Εικόνα ώστε να µπορούµε να το διαµορφώσουµε όπως θέλουµε. Σελίδα 32

33 Εικόνα Το οµοίωµα µας δεν ήταν αρκετά σταθερό και χρειάστηκε να κατασκευάσουµε ακόµα ένα το οποίο θα ήταν καλύτερο και πιο σταθερό χρησιµοποιώντας ως υλικό µας το ξύλο (Εικόνες και 3.2.4). Εικόνα Εικόνα Σελίδα 33

34 Έχοντας όσα χρειαζόµασταν για να ξεκινήσει η κατασκευή του πλαισίου οδηγηθήκαµε στο µηχανουργείο παίρνοντας µαζί µας το ξύλινο οµοίωµα που κατασκευάσαµε όπως φαίνεται και στην Εικόνα 3.2.5, το βασικό σκελετό του ποδηλάτου και τους δυο πίσω τροχούς µας. Εικόνα Κατασκευάστηκε αρκετά εύκολα το πλαίσιο το οποίο επιθυµούσαµε. Το αποτέλεσµα ήταν αρκετά καλό και παρατηρώντας τις παρακάτω εικόνες φαίνεται η πορεία της κατασκευής µας. Εικόνα Σελίδα 34

35 Τελείωσε η κατασκευή µας στο σιδηρουργείο ωστόσο χρειάστηκε να προβούµε σε κάποιες διορθώσεις διότι αλλάξαµε το αρχικό µας σχέδιο για τον άξονα που θα κατασκευάζαµε στην συνέχεια µε την βοήθεια του τόρνου. Πήραµε την απόφαση να αφαιρέσουµε το κοµµάτι εκείνο που θα τοποθετούσαµε µέσα τους τροχούς,διότι αλλάξαµε και το σχέδιο του άξονα µας και το συγκεκριµένο κοµµάτι ήταν περιττό, όπως φαίνεται και στην Εικόνα και το τελικό µας πλαίσιο πήρε την µορφή που βλέπουµε στην Εικόνα Εικόνα Εικόνα Σελίδα 35

36 Με το τέλος της κατασκευής του πλαισίου χρειάστηκε να κατασκευάσουµε στον τόρνο το κυλινδρικό κοµµάτι που θα συνέδεε το πλαίσιο µας µε το σκελετό του ποδηλάτου και µέσα σε αυτό θα είχαµε και την σύνδεση των πεντάλ µας. Η κατασκευή που πραγµατοποιήσαµε φαίνεται στην Εικόνα Εικόνα Το τελευταίο κοµµάτι που µας προσέθεσε ο σιδηρουργός ήταν δυο σιδερένιες λάµες γωνίας 90 ο όπως µπορούµε να διακρίνουµε και στο εσωτερικό της έλλειψης της Εικόνας , τις οποίες χρειάστηκε να κολλήσουµε πάνω στο πλαίσιο µας ώστε να µπορέσουµε να τοποθετήσουµε τις µπαταρίες µας όταν θα ήταν έτοιµο το τρίκυκλο µας για την συναρµολόγηση του. Εικόνα Μετά και από την προσωρινή σύνδεση που κάναµε µε τον σκελετό του ποδηλάτου και αφού διαπιστώσαµε ότι προχωράµε σωστά φτάσαµε στο τελευταίο στάδιο που ήταν το βάψιµο µε αστάρι και να είναι έτοιµο να βαφεί όταν ετοιµαστεί και ο άξονας µας. Σελίδα 36

37 Εικόνα Άξονας Ο σχεδιασµός του άξονα ήταν το πιο δύσκολο κοµµάτι της κατασκευής µας και πήρε αρκετό καιρό ώστε να καταφέρουµε να έχουµε το επιθυµητό αποτέλεσµα. Ξεκινώντας το σχεδιασµό προσπαθήσαµε να έχουµε ως αποτέλεσµα έναν άξονα που θα είχε τους τροχούς του χωρισµένους, χωρίς δηλαδή να βρίσκονται και οι δυο πάνω σε έναν ενιαίο άξονα όπως συνέβαινε στα υπόλοιπα τρίκυκλα τις αγοράς. Με αυτό θα πετυχαίναµε η κίνηση των τροχών µας να µην είναι η ίδια ταυτόχρονα αλλά διαφορετική και κυρίως ανεξάρτητη του ενός από τον άλλο. Θα µπορούσαµε δηλαδή να γυρνάµε µόνο τον ένα τροχό και ο άλλος να παραµένει ακίνητος. Αυτή θα ήταν και µια καινοτοµία που δεν την είχαν τα υπόλοιπα τρίκυκλα που έχουν παραχθεί. εν ήταν µόνο αυτό που είχαµε σκοπό να καταφέρουµε. Σκοπός µας ήταν επίσης το τρίκυκλο να µπορεί να αποσυναρµολογηθεί και να κατασκευαστεί όπως το αποκτήσαµε, ως ένα κοινό ποδήλατο. Έπρεπε δηλαδή να βρεθεί κάποιος τρόπος να συνδέονται οι τροχοί µας µε τον άξονα µας χωρίς να είναι κολληµένα πάνω σε αυτόν έτσι ανά πάσα στιγµή να µπορεί να γίνει αποσυναρµολόγηση. Το γεγονός ότι δεν θα είχαµε κολλήσεις µας βοηθούσε πολύ και σε πιθανό µελλοντικό πρόβληµα που µπορεί να προέκυπτε σε κάποιο από τα κοµµάτια του άξονα µας. Για παράδειγµα εάν τυχόν υπήρχε πρόβληµα µε την σαµπρέλα του τροχού µας θα είχαµε την δυνατότητα να βγάλουµε τον τροχό ώστε να τοποθετήσουµε καινούργια σαµπρέλα µε περισσότερη ευκολία. Ο σχεδιασµός του άξονα µας έφτασε εις πέρας και το αποτέλεσµα µας φαίνεται στην Εικόνα Χρησιµοποιήσουµε ρουλεµάν κλειστού τύπου, µια πολύ καλή λύση διότι δεν θα χρειαζόταν κάθε φορά που θα έπρεπε να γίνει κάποια αλλαγή να προσθέτουµε γράσο. Αυτό µας βοηθούσε επίσης στο να είναι οι άξονες µας πιο καθαροί αφού δεν θα Σελίδα 37

38 υπήρχε γράσο σε καµία εξωτερική επιφάνεια. Επίσης κατασκευάστηκαν στους άξονες βάσεις στις οποίες θα τοποθετούνταν σφήνες ώστε να µπαίνει συρταρωτά η βάση της ρόδας που θα κατασκευάζαµε, όπως θα δούµε και παρακάτω, και πάνω σε αυτή τη βάση θα ανοίγαµε δυο πάσα στα οποία θα περνούσαν οι βίδες που θα κρατούσαν τις ρόδες πάνω στους άξονες. Εικόνα Η κατασκευή ξεκίνησε από τις βάσεις που έπρεπε να κατασκευαστούν για τους τροχούς, τα δισκόφρενα και τους δίσκους των ταχυτήτων. Χρειαζόµασταν κάποια βάση η οποία θα ήταν σαν οδηγός στους κύριους άξονές µας και µε την βοήθεια των σφηνών και των βιδών θα µπορούσαµε να τα τοποθετήσουµε ακριβώς εκεί που έπρεπε. Κατασκευάστηκαν οι βάσεις και στην συνέχεια ανοίχτηκαν τα πάσα για τις βίδες που θα βίδωναν πάνω στους άξονές µας. Το αποτέλεσµα µας το βλέπουµε από την Εικόνα Σελίδα 38

39 Εικόνα Μετά την κατασκευή των βάσεων σειρά είχαν τα τρία κοµµάτια του εξωτερικού άξονα που θα µας βοηθούσαν να παραµένουν οι εσωτερικοί και βασικοί µας άξονες σταθεροί. Ο µεσαίος εξωτερικός άξονας µας βοήθησε σε µεγάλο βαθµό ώστε να µην έχουµε απώλειες αφού οι εσωτερικοί µας άξονες ήταν αρκετά µεγάλοι και θα είχαµε και το πλεονέκτηµα ότι θα έµεναν στην ίδια ευθεία. Όταν κόπηκαν οι εξωτερικοί κύλινδροι στο κατάλληλο µέγεθος συνεχίσαµε φτιάχνοντας τις εγκοπές που χρειαζόµασταν για να µπορούν τα ρουλεµάν κλειστού τύπου που θα χρησιµοποιούσαµε να εφαρµόζουν και µε τον εξωτερικό αλλά και µε τον εσωτερικό άξονα. Σελίδα 39

40 Εικόνα Συνεχίσαµε µε την ένωση των δυο εξωτερικών αξόνων αφού είχαµε τις κατάλληλες αποστάσεις που θα έπρεπε να έχουν µεταξύ τους. Ξεκίνησε λοιπόν η σύνδεσή τους και το σιδερένιο κοµµάτι εκείνο που θα χρησιµοποιούσαµε για την ένωση αυτή θα ήταν και το κοµµάτι εκείνο που θα ένωνε τον άξονα µας µε το πλαίσιο που είχαµε ήδη τελειοποιήσει. Η ένωσή µας έγινε όπως βλέπουµε και στην Εικόνα Εικόνα Οι διαδικασίες για την ολοκλήρωση του άξονα προχώρησαν βρίσκοντας τα κατάλληλα µήκη που χρειαζόταν να κοπεί ο ενιαίος εσωτερικός άξονας που είχαµε µέχρι εκείνη την στιγµή όπως επίσης και τα κατάλληλα σηµεία στα οποία θα κατασκευάζαµε τις εγκοπές για να πατήσουν οι ασφάλειες από τα ρουλεµάν όπως µπορούµε να διαπιστώσουµε από την παρακάτω εικόνα. Σελίδα 40

41 Εικόνα Αυτό ήταν το προτελευταίο µας βήµα και µετά από αυτό θα αρχίζαµε την συναρµολόγηση του άξονα µας και την κατασκευή των βάσεων των δαγκανών για τα δισκόφρενα που φαίνεται στην Εικόνα Εικόνα Η συναρµολόγηση του άξονα µας έγινε και το αποτέλεσµα της φαίνεται στις Εικόνες και Μετά την ολοκλήρωση και αυτής της διαδικασίας θα βρισκόµασταν στην ευχάριστη θέση να ενώσουµε το πλαίσιο µας µε τον άξονα µας. Σελίδα 41

42 Εικόνα Εικόνα Έφτασε η στιγµή να ενωθεί ο άξονας µας µε το υπόλοιπο τρίκυκλο το οποίο δεν θα ήταν και τόσο εύκολο διότι θα έπρεπε να βρίσκεται σε πλήρη ευθεία για να έχουν ισορροπία και οι δυο τροχοί µας αλλά και για να µην είναι στραβή η θέση του αναβάτη. Το τελικό αποτέλεσµα ήταν αρκετά καλό και βλέποντας καλύτερα την Εικόνα Σελίδα 42

43 Εικόνα Ακολούθησε το βάψιµο του άξονα µε αστάρι όπως επίσης και στα σηµεία τα οποία ήταν κατασκευασµένα µετά το πλαίσιο. Μόλις στέγνωσε το αστάρι, ξεκινήσαµε το βάψιµο µε το τελικό µας µαύρο χρώµα όπως θα δούµε και από την παρακάτω εικόνα. Σελίδα 43

44 Εικόνα Τέλος κάναµε την ένωση του σκελετού του ποδηλάτου µε το ενιαίο πλέον πλαίσιοάξονα όπως φαίνεται και στην Εικόνα και µας δείχνει το τρίκυκλο έτοιµο για συναρµολόγηση. Εικόνα Σελίδα 44

45 3.4 Κινητήρας Στο τρίκυκλό µας επιλέξαµε να χρησιµοποιήσουµε κινητήρα ο οποίος θα είναι ενσωµατωµένος στην εµπρός ρόδα µας. Συγκεκριµένα θα έχουµε ένα Hub motor στο κέντρο και από αυτό θα στηρίζονται οι ακτίνες µας που θα καταλήγουν στο στεφάνι της ζάντας. Με την τοποθέτηση σαµπρέλας και ελαστικού θα έχουµε µία κοινή ρόδα µε την διαφορά ότι στο κέντρο της θα βρίσκεται ο κινητήρας µας. Το Hub motor είναι η πρότυπη µέθοδος για την κίνηση όχι µόνο ηλεκτρικών ποδηλάτων αλλά και για µοτοσυκλέτες, ηλιακά αυτοκίνητα, και πολλά άλλα ελαφρά ηλεκτρικά οχήµατα [13]. Οι ακτινικής ροής µηχανές (hub motors) έχουν µια σειρά από µόνιµους µαγνήτες στην εσωτερική επιφάνεια της πλήµνης. Οι περιελίξεις από τον στάτορα συνδέονται προς τον άξονα, και η πλήµνη τίθεται σε περιστροφή από εναλλασσόµενα ρεύµατα µέσω αυτών των περιελίξεων. Σε ένα κινητήρα συνεχούς ρεύµατος, οι µαγνήτες είναι επί του άξονος, και οι περιελίξεις στην πραγµατικότητα γυρίζουν στο εσωτερικό της πλήµνης. Ένα καρβουνάκι µεταδίδει ηλεκτρική ενέργεια προς τις περιελίξεις µέσω µιας πλάκας συλλέκτη. Έχουν ενσωµατωµένο άξονα ώστε να µπορούν εύκολα να τοποθετηθούν πάνω στο όχηµα που θα χρησιµοποιηθούν. Στην δική µας περίπτωση ο άξονας µας έχει την διάµετρο που έχει και σε ένα ποδήλατο έτσι ώστε να µπορεί να εφαρµοστεί στο πιρούνι µας. Ένα σηµαντικό µειονέκτηµα των συστηµάτων άµεσης κίνησης είναι ότι συνήθως είναι µεγάλα και βαριά για την παραγόµενη ισχύ τους. Αυτός είναι ο κυριότερος λόγος που η ταχύτητα του τροχού είναι αρκετά χαµηλή, περίπου 200 rpm. Στην Εικόνα µπορούµε να δούµε πως είναι το εσωτερικό ενός Hub motor. Εικόνα Σελίδα 45

46 Ο κινητήρας που χρησιµοποιήσαµε για την κίνηση του τρικύκλου µας έχει τα εξής τεχνικά χαρακτηριστικά: 500 Watt ισχύ 36 V τροφοδοσία ρεύµατος 26 διάµετρο τροχού Στην Εικόνα βλέπουµε το hub motor µας την ώρα των µετρήσεων µας στο εργαστήριο. Εικόνα Μαζί µε την παραλαβή του κινητήρα µας λάβαµε και τα παρακάτω εξαρτήµατα: Ο ελεγκτής του κινητήρα µας (controller) Βάση του χειροκίνητου µοχλού αυξοµείωσης των στροφών του κινητήρα, µε κουµπί το οποίο ενεργοποιούµε την κίνηση του κινητήρα προς τα πίσω και τρεις λυχνίες οι οποίες µας ειδοποιούν για την κατάσταση στην οποία βρίσκονται την συγκεκριµένη στιγµή οι µπαταρίες µας. Βάση του κουµπιού που ενεργοποιεί την κόρνα µας Μανέτες των φρένων και τα χερούλια του τιµονιού µας Όλα τα παραπάνω µπορούµε να τα δούµε συγκεντρωµένα στην παρακάτω εικόνα: Σελίδα 46

47 Εικόνα Μπαταρίες Στο ηλεκτρικό τρίκυκλο µας έπρεπε να χρησιµοποιήσουµε τρεις µπαταριές των 12V για να καταφέρουµε όταν θα τις συνδέσουµε µεταξύ τους σε σειρά να έχουµε τα 36V, τα οποία χρειάζονταν όπως αναφέραµε και στο προηγούµενο υποκεφάλαιο, για την σωστή λειτουργία του κινητήρα µας. Τα στοιχεία των µπαταριών λιθίου που χρησιµοποιήσαµε είναι τα εξής: 12V τάση 18Ah παροχή 450 κύκλους σε 80% DOD 650 κύκλους σε 50% DOD (DOD:βάθος εκφόρτισης) Στην Εικόνα µπορούµε να δούµε πως αναγράφονται τα παραπάνω χαρακτηριστικά στις µπαταρίες. Σελίδα 47

48 Εικόνα Η αρχική µας σκέψη ήταν να τοποθετήσουµε τις µπαταρίες µας όλες µαζί σε κάποιο κουτί που θα κατασκευάζαµε ώστε να ήταν στεγανοποιηµένες. Το βασικό µας πρόβληµα ήταν ότι δεν θα µπορούσαµε να τοποθετήσουµε το συγκεκριµένο κουτί στο µέρος εκείνο που είχαµε κατασκευάσει µε την δηµιουργία του πλαισίου. Όπως είχαµε συµπεράνει και από την εικόνα από το συγκεκριµένο σηµείο και περίπου στο ενδιάµεσο του θα πέρναγε στη συνέχεια η αλυσίδα µας. Συνεπώς δεν θα µπορούσαµε να προσαρµόσουµε το κουτί µας ούτε από την µία µεριά αλλά ούτε και από την άλλη. Έτσι αποφασίσαµε να τοποθετήσουµε τις δυο µπαταρίες από τη µια µεριά και την τρίτη µόνη της στην άλλη πλευρά. Αναπτύξαµε ξανά την ιδέα για δυο κουτιά αυτή τη φορά, ώστε να στεγανοποιηθούν, αλλά οι συνδέσεις µας δεν θα γίνονταν αρκετά εύκολα και σε περίπτωση πιθανού προβλήµατος δεν θα είχαµε δυνατότητα να διορθώσουµε το πρόβληµα µε ευκολία. Τελικώς συµφωνήσαµε να γίνει η προσαρµογή τους µε την βοήθεια ολόπασης βίδας, παξιµαδιών και κοµµατιών αλουµινίου τα οποία θα τοποθετούνταν πάνω από τις µπαταρίες µας για να τις στερεώνουν. Ξεκινήσαµε ανοίγοντας τις τρύπες µας στις δυο γωνιακές λάµες που είχαµε κολλήσει στο πλαίσιο µας (Εικόνα 3.5.2). Σελίδα 48

49 Εικόνα Στην συνέχεια µετρήσαµε για να βρούµε τα σηµεία τα οποία θα δηµιουργούσαµε τις τρύπες στα αλουµινένια κοµµάτια µας. Μέσα από αυτές θα περνούσαν οι ολόπασες βίδες µας και βιδώνοντας ένα παξιµάδι πάνω από το αλουµίνιο µας και άλλο ένα κάτω από την γωνιακή λάµα του πλαισίου µας θα συγκρατούσαµε τις µπαταρίες µας στο σηµείο που θέλαµε. Χρησιµοποιώντας ξανά το τρυπάνι µας ανοίξαµε τις έξι τρύπες που θέλαµε στα τρία κοµµάτια αλουµινίου που είχαµε και µε τον τροχό κόψαµε την ολόπαση βίδα σε έξι ίσια κοµµάτια ώστε να χρησιµοποιήσουµε από δυο στην κάθε µπαταρία µας. Στην Εικόνα βλέπουµε το αποτέλεσµα αυτών των δυο διεργασιών. Εικόνα Τοποθετήσαµε τις µπαταρίες µας εκεί που είχαµε υπολογίσει. Τέλος βιδώσαµε τα παξιµάδια από πάνω και από κάτω από την βίδα µας ώστε να συγκρατούν τις µπαταρίες όπως µας δείχνει και η Εικόνα Σελίδα 49

50 Εικόνα Έτσι τελείωσε η διαδικασία της τοποθέτησης τους και ήταν έτοιµες για να συνδεθούν µε το υπόλοιπο κύκλωµα µας όταν θα ήταν όλα τα ηλεκτρολογικά υλικά τοποθετηµένα. Το τελικό αποτέλεσµα µας µπορούµε να το δούµε στην Εικόνα Εικόνα Σελίδα 50

51 3.6 Φωτοβολταϊκά πάνελ Τα φωτοβολταϊκά πάνελ που θα χρησιµοποιήσουµε είναι τρία και έχουν τα εξής χαρακτηριστικά το κάθε ένα τους: 48W ισχύς 12V δυναµική τάση 1000V µέγιστη δυναµική τάση συστήµατος ιαστάσεις 645x545x28 mm 17.8V παραγόµενη τάση στη µέγιστη ισχύ 2.56A ένταση ηλεκτρικού ρεύµατος στη µέγιστη ισχύ 21.6V παραγόµενη τάση σε ανοιχτό κύκλωµα 2.72A ένταση ρεύµατος βραχυκυκλώµατος 4Kg βάρος το κάθε πάνελ Στην Εικόνα φαίνονται τα χαρακτηριστικά που αναφέραµε όπως ακριβώς καταγράφονται στο πίσω µέρος τον πάνελ µας. Εικόνα Χρησιµοποιούµε τρία πάνελ έτσι ώστε να έχουµε συνολική τάση 36V µε τη σύνδεσή τους σε σειρά. Το κυριότερο πρόβληµα που θα είχαµε ήταν το πώς θα καταφέρναµε να τοποθετήσουµε τα φωτοβολταϊκα επάνω στο πλαίσιο έτσι ώστε να έχουµε την καλύτερη ισχύ που θα µπορούσαν να µας δώσουν αλλά και να είναι αρκετά σταθερά. Μετά από σκέψη καταλήξαµε στην διάταξη που θα τοποθετούσαµε τα πάνελ µας και Σελίδα 51

52 αποφασίσαµε να χρησιµοποιήσουµε ελαστικούς αποστάτες σκοπεύοντας στην απορρόφηση των κραδασµών. Μετρήσαµε τις διαστάσεις των δυο πάνελ που θα στερεώναµε στην συνέχεια στο επάνω µέρος του πλαισίου µας, καθώς και τις διαστάσεις του πλαισίου ώστε να βρούµε τα σηµεία που θα ανοίγαµε τις τρύπες µας. Μόλις τελείωσε και αυτή η διαδικασία ξεκίνησε η τοποθέτηση των αποστατών και των φοτοβολταϊκών µας, όπως µπορούµε να διακρίνουµε και στην Εικόνα Μέσα στην κίτρινη έλλειψη βλέπουµε τους αποστάτες µας. Εικόνα Συνεχίσαµε µε την τοποθέτηση των πλαισίων µας και συγκεκριµένα µε το δεύτερο του οποίου η θέση ήταν ακριβώς δίπλα από αυτό που προσαρµόσαµε πάνω στο πλαίσιο. Βλέπουµε το αποτέλεσµα µας στην Εικόνα Σελίδα 52

53 Εικόνα Αφού είχαµε προσαρµόσει και τα δυο πάνελ µας µε την βοήθεια αλφαδιού αρχίσαµε να ψάχνουµε το σηµείο όπου και τα δυο θα βρίσκονταν στην ίδια ευθεία συνεπώς θα είχαν καλή κλίση σχετικά µε τις ακτίνες του ηλίου. Για να το καταφέρουµε αυτό βιδώναµε ή ξεβιδώναµε τις βίδες που τα κρατούσαν πάνω στο πλαίσιο ανάλογα µε το τί µας έδειχνε το αλφάδι µας. Στην Εικόνα φαίνεται πως χρησιµοποιήσαµε το συγκεκριµένο εργαλείο ώστε να επέλθει η κλίση που επιζητούσαµε. Εικόνα Το τρίτο µας πάνελ θα το τοποθετούσαµε ενδιάµεσα από τα υπόλοιπα δυο και από την θέση του αναβάτη. Γνωρίζαµε εξ αρχής ότι θα υπάρχει σκίαση στο συγκεκριµένο Σελίδα 53

54 πάνελ ωστόσο έπρεπε να κρατήσουµε το χωροδικτύωµα µας όσο µικρότερο µπορούσαµε ώστε να µην µας προσθέτει αρκετά κιλά. Κατά το παρκάρισµα και την φόρτιση των φωτοβολταϊκών µας και µε την απουσία του αναβάτη η σκίαση θα είναι µηδαµινή. Οι καινούργιες τρύπες ώστε να περάσουν οι βίδες µας ανοίχτηκαν και το τελευταίο µας πάνελ είχε προσαρµοστεί στην θέση του όπως µας δείχνει και η Εικόνα Εικόνα Μετά από δοκιµές συµπεράναµε ότι λόγω των αντίθετων κλίσεων που είχαν τα δυο πάνελ µε το τρίτο δεν είχαµε την καλύτερη απόδοση. Τελικά αποφασίσαµε να διαφοροποιήσουµε τα επάνω φωτοβολταϊκά µας και να αλλάξουµε την κλίση τους ώστε να είναι προς την ίδια κατεύθυνση µε αυτή του τρίτου. ηµιουργήσαµε λοιπόν πάνω στο πλαίσιο µας ένα καινούργιο πλαίσιο που ήταν στις διαστάσεις των πάνελ και κατασκευάστηκε από γωνιακές λάµες για να ακουµπάνε αυτά επάνω όπως µας δείχνει και η Εικόνα Σελίδα 54

55 Εικόνα Για την αποφυγή οποιουδήποτε προβλήµατος από τους κραδασµούς χρησιµοποιήσαµε διπλές ηχοµονωτικές ταινίες. Έτσι δεν υπάρχουν κενά µεταξύ των πάνελ µας επειδή τοποθετούνται µε δυσκολία µέσα στο καινούργιο πλαίσιο. Βέβαια για να είµαστε τελείως σίγουροι ότι τα φωτοβολταϊκά είναι σταθερά χρησιµοποιήσαµε και βίδες οι οποίες βίδωσαν στις πλαϊνές πλευρές του πλαισίου µας και των πάνελ µας. Το αποτέλεσµα αυτής της διαδικασίας µπορούµε να το δούµε στην Εικόνα Εικόνα Την τελική κατασκευή και τοποθέτηση των φωτοβολταϊκών µας µπορούµε να την δούµε καλύτερα βλέποντας την Εικόνα Σελίδα 55

56 Εικόνα Ηλεκτρολογική σύνδεση Όταν έφτασε όλο το ηλεκτρολογικό υλικό στα χέρια µας ξεκινήσαµε την σχεδίαση του κυκλώµατος και αυτή φαίνεται στην παρακάτω εικόνα. Εικόνα Σελίδα 56

57 Για να κατανοήσουµε καλύτερα το σχέδιο µας θα δούµε αναλυτικά το κάθε κοµµάτι του ηλεκτρολογικού υλικού µας και το πού και πώς συνδέεται αυτό. Τα κοµµάτια που θα έπρεπε να ενώσουµε ήταν τα τρία φωτοβολταϊκά πάνελ µας (PV 1, 2 και 3), οι τρεις µπαταρίες µας (BATTERY A,B και Γ), ο φορτιστής (GENASUN), ο ελεγκτής από τον κινητήρα µας (CONTROLLER), το βολτόµετρο µας (V), ο κινητήρας µας (HUB) ο οποίος είναι τοποθετηµένος στον εµπρός τροχό και τα υπόλοιπα περιφερειακά µέρη που περιείχε ο κινητήρας. Τα περιφερειακά αυτά µέρη είναι ο χειροκίνητος αυξοµειωτής των στροφών του κινητήρα κοινώς γνωστό ως γκάζι (THROTTLE), η κόρνα µας (HORN) και οι µανέτες για τα φρένα µας (M1 και Μ2) οι οποίες είναι συνδεδεµένες µε τον κινητήρα µας ώστε να έχουµε ταυτόχρονη πέδηση και από τον κινητήρα αλλά και από τα δισκόφρενά µας που συνδέονται µε τις µανέτες µας µε τη βοήθεια ντίζας. Ο φορτιστής που δέχεται την ενέργεια που παράγουν τα φωτοβολταϊκά µας και την αποθηκεύει στις µπαταρίες µας. Τον φορτιστή αυτόν τον βλέπουµε στην Εικόνα Εικόνα Ο κινητήρας µας ο οποίος είναι τοποθετηµένος πάνω στον εµπρός τροχό µας και µε την βοήθεια του ηλεκτρικού ρεύµατος κινεί το τρίκυκλο µας. Η τοποθέτηση του στην εµπρός ρόδα µας είναι εργοστασιακή αφού η αγορά του έγινε µαζί µε την ζάντα της. Στη συνέχεια προσαρµόσαµε την σαµπρέλα και το λάστιχο για να είναι ο τροχός µας έτοιµος για κίνηση. Σελίδα 57

58 Ο ελεγκτής του κινητήρα µας (controller) συνδέεται µε όλα τα περιφερειακά µας υλικά που αναφέραµε παραπάνω και ουσιαστικά αυτός είναι που τους παρέχει το ηλεκτρικό ρεύµα το οποίο δέχεται από τις µπαταρίες µας. Ο controller µας φαίνεται στην Εικόνα Εικόνα Ο χειροκίνητος µοχλός αυξοµείωσης των στροφών του κινητήρα µας (γκάζι) και µαζί µε την βάση του έχουµε και ένα κουµπί µε το οποίο ενεργοποιούµε την κίνηση του κινητήρα προς τα πίσω και τρεις λυχνίες οι οποίες µας ειδοποιούν για την κατάσταση στην οποία βρίσκονται την συγκεκριµένη στιγµή οι µπαταρίες µας. Οι ενδείξεις αυτές είναι οι full, half και empty που όπως καταλαβαίνουµε µας δείχνουν πότε οι µπαταρίες µας είναι γεµάτες, πότε άδειες και πότε βρίσκονται σε µια µέση κατάσταση. Το συγκεκριµένο µηχάνηµα που περιέχονται όλα τα παραπάνω φαίνεται στην Εικόνα Σελίδα 58

59 Εικόνα Η κόρνα µας πού έχει τη βάση που είναι πάνω της τοποθετηµένο το κουµπί που ενεργοποιείται και το κοµµάτι µέσα στο οποίο βρίσκεται το ηχείο που από το οποίο ακούµε τον ήχο. Τα προαναφερθέντα µέρη τα βλέπουµε στην φωτογραφία Εικόνα Οι µανέτες των φρένων µαζί µε τα χερούλια του τιµονιού µας. Οι µανέτες µας είναι συνδεδεµένες και µε τον κινητήρα µας αλλά και µε τα δισκόφρενά µας µε ντίζα ώστε να έχουµε ταυτόχρονη πέδηση και από τον κινητήρα µας, αρχίζοντας να παίρνει ανάποδες στροφές αλλά και από τα φρένα µας τα οποία έχουµε συνδέσει σε µια ντίζα Σελίδα 59

60 για να έχουµε ταυτόχρονο κλείσιµο από τα τακάκια µας. Το παραπάνω υλικό που εξηγήσαµε φαίνεται την Εικόνα Εικόνα Έχοντας κατασκευάσει το πλαίσιο µας και τον άξονα µας είχε φτάσει η ώρα να αρχίσουµε την σύνδεση όλων των παραπάνω µηχανηµάτων στο τρίκυκλό µας. Την παρούσα κατάσταση του οχήµατος µας µπορούµε να την δούµε στην Εικόνα Εικόνα Λίγο πριν αρχίσουµε την τοποθέτηση του ηλεκτρολογικού υλικού µας αποφασίσαµε να προσθέσουµε µια ασφάλεια (N) ώστε να αποφύγουµε οποιοδήποτε πρόβληµα προέκυπτε από την τάση τα ρεύµατος µας και το οποίο θα µπορούσε να µας αποδώσει κάποιο καµένο µηχάνηµα. Επίσης προσθέσαµε και µια κλειδαριά µε την οποία θα µπορούσαµε να ανοίγουµε και να κλείνουµε την τάση του κυκλώµατος µας γιατί αλλιώς θα ήταν πάντα σε λειτουργία. Η κλειδαριά αυτή τοποθετήθηκε σε σηµείο έτσι ώστε να µην είναι ο κινητήρας και ο ελεγκτής του κινητήρα σε λειτουργία αλλά Σελίδα 60

61 παρόλα αυτά να µπορούν τα φωτοβολταϊκά µας να δέχονται την ηλιακή ακτινοβολία και η ενέργεια που µας δίνουν να µπορεί να αποθηκευτεί από τις µπαταρίες µας. Και τέλος, ένα βολτόµετρο µε το που θα µας έδειχνε την τάση που θα είχαµε ανά πάσα στιγµή. Όπως καταλαβαίνουµε χρειάστηκε να σχεδιάσουµε ξανά το νέο σχήµα µας ώστε να προσθέσουµε τα δυο αυτά µέρη στο κύκλωµά µας. Το καινούργιο µας σχέδιο φαίνεται στην Εικόνα Εικόνα Η τοποθέτηση ξεκίνησε από τα φωτοβολταϊκά µας πάνελ διότι ήταν και το δυσκολότερο κοµµάτι µας αφού θα έπρεπε να είναι σταθερά αλλά και να µπορούν να απορροφούν τους κραδασµούς που θα δηµιουργούνταν από την κίνηση µας πάνω στο οδόστρωµα. Η ένωση των φοτοβολταϊκών µας θα γινόταν σε σειρά. Για τη σύνδεση των πόλων µεταξύ τους χρησιµοποιήσαµε κλέµες. Η σύνδεση που αναφέραµε φαίνεται στην παρακάτω Εικόνα Σελίδα 61

62 Εικόνα Οι µπαταρίες µας ήταν το επόµενο βήµα µας και αυτές τοποθετήθηκαν στο κάτω µέρος του πλαισίου µας όπως είχαµε σχεδιάσει και σας είχαµε προαναφέρει και στο υποκεφάλαιο 3.2. Η σύνδεση τους θα γινόταν όπως και στα φωτοβολταϊκά µας, δηλαδή σε σειρά. Ωστόσο θα ήταν πιο δύσκολη η διαδικασία σε σχέση µε αυτή των φωτοβολταϊκών αφού θα έπρεπε πρώτα να κολλήσουµε ακροδέκτες στα καλώδια που θα χρησιµοποιούσαµε για τις συνδέσεις µεταξύ των µπαταριών, και έχοντας πρώτα κόψει στα σωστά µήκη τα καλώδια µας. Για να πραγµατοποιήσουµε την κόλληση αυτή που χρειαζόµασταν χρησιµοποιήσαµε κολλητήρι καλωδίων και καλάι. Την τελική σύνδεση των µπαταριών µας µπορούµε να την δούµε από την Εικόνα Σελίδα 62

63 Εικόνα Στη συνέχεια τοποθετήσαµε όλα τα περιφερειακά εξαρτήµατα τα οποία είχαµε µαζί µε τον ελεγκτή του κινητήρα µας. Βάλαµε λοιπόν τις βάσεις του αυξοµειωτή ταχύτητας από την δεξιά µεριά και της κόρνας µας από την αριστερή µεριά που ήταν στο µέγεθος του τιµονιού µας, εν συνεχεία τις µανέτες µας και στο τέλος τα χερούλια µας. Το αποτέλεσµα της διαδικασίας αυτής φαίνεται στην Εικόνα Εικόνα Σελίδα 63

64 Μαζέψαµε όλα τα καλώδια µας και δηµιουργήσαµε µια «πλεξούδα» µε την βοήθεια µονωτικής ταινίας διότι τα καλώδια που έπρεπε να φτάσουν στον controller µας ήταν αρκετά. Το καλώδιο αυτό που δηµιουργήσαµε το βλέπουµε στην παρακάτω εικόνα. Εικόνα Ο µετατροπέας του ρεύµατος µας ήταν τοποθετηµένος µέσα σε ένα κουτί συνδέσεων ώστε να αποφύγουµε οποιαδήποτε επαφή µε νερό η οποία θα µπορούσε να αποβεί µοιραία. Εκεί θα έφταναν τα καλώδια από τον θετικό πόλο του PV1 και από τον αρνητικό του PV3 όπως επίσης και τα καλώδια από τον θετικό πόλο της µπαταρίας Α και από τον αρνητικό πόλο της µπαταρίας Γ ώστε να συνδεθούν µε τον µετατροπέα. Οι συνδέσεις αυτές θα βρισκόντουσαν µέσα στο κουτί και τα καλώδια θα τα περνούσαµε από το πλαϊνό µέρος του κουτιού συνδέσεων. Το ίδιο ακριβώς θα συνέβαινε και µε τον ελεγκτή του κινητήρα µας και όλες εκείνες τις φίσες από τα περιφερειακά µηχανήµατα που θα έπρεπε να συνδεθούν σε αυτόν. Στην Εικόνα βλέπουµε πως έχουν τοποθετηθεί ο µετατροπέας µας αλλά και ο controller µας µέσα στο κουτί µας ώστε να καταφέρουµε να χωρέσουµε και τις συνδέσεις που προαναφέραµε µέσα σε αυτό. Σελίδα 64

65 Εικόνα Εντός του κουτιού κάναµε την ένωση και ενός επιπλέον καλωδίου το οποίο θα τροφοδοτούσε το βολτόµετρό µας το οποίο θα το στερεώναµε επάνω στο τιµόνι µας για να έχουµε άµεση επαφή µαζί του. Είχε έρθει η ώρα να τοποθετήσουµε την ασφάλεια µας αλλά και την κλειδαριά µας οι οποίες θα έπρεπε είναι πάνω στο κουτί µας. Τα σηµεία που θα ανοίγαµε τις τρύπες για να τις τοποθετήσουµε βρέθηκαν αφού λόγω της έλλειψης χώρου είχαµε ελάχιστες επιλογές. Ανοίχτηκαν οι τρύπες λοιπόν και αφού είχαν προηγηθεί όλες οι συνδέσεις ήρθε η στιγµή που θα κλείναµε το κουτί µας ώστε να είναι εντελώς έτοιµη η ηλεκτρολογική εγκατάσταση µας. Η Εικόνα µας δείχνει το κουτί στην τελική του µορφή όταν δηλαδή έχει βιδωθεί και το καπάκι του. Σελίδα 65

66 Εικόνα Αφού τελειώσαµε µε τα δύσκολα κοµµάτια στερεώσαµε το ηχείο της κόρνας πάνω στον σκελετό µας και δίπλα από το κουτί των συνδέσεων µας όπως µπορούµε να διακρίνουµε και από την Εικόνα Εικόνα Το µόνο ηλεκτρολογικό υλικό που είχαµε να τοποθετήσουµε για να φτάσει εις πέρας η ηλεκτρολογική εγκατάσταση µας ήταν το βολτόµετρο µας. Είχαµε κάνει σύνδεση για την τροφοδοσία του µε καλώδιο εντός του κουτιού µας. Η δεύτερη άκρη του καλωδίου µας έφτανε στο τιµόνι µας στο σηµείο δηλαδή που θα τοποθετούνταν όπως µας δείχνει η Εικόνα Σελίδα 66

67 Εικόνα Ένα άλλο ηλεκτρολογικό υλικό που προσθέσαµε στο τρίκυκλο µας ήταν το ταχύµετρο ή αλλιώς κοντέρ ποδηλάτου. Αυτό τοποθετήθηκε πάνω στο τιµόνι µας και στο κεντρικό του σηµείο. Ωστόσο δεν το αναφέρουµε παραπάνω και δεν το έχουµε προσθέσει στο σχέδιο µας διότι λειτουργεί µε ανεξάρτητη δική του µπαταρία. Από το ταχύµετρο ξεκινάνε δυο καλώδια τα οποία τελειώνουν σε έναν σένσορα. Το ένα καταλήγει στο εσωτερικό του πιρουνιού µας και ασύρµατα µετράει τις στροφές της εµπρός ρόδας µε την βοήθεια ενός ακόµα σένσορα που είναι τοποθετηµένος στις ακτίνες της ζάντας µας. Ο άλλος σένσορας που έρχεται από το ταχύµετρο καταλήγει στην εσωτερική µεριά της βάσης του πεντάλ. Ακριβώς απέναντι και πάνω στον σκελετό του τρικύκλου µας είναι τοποθετηµένος ένας άλλος σένσορας έτσι ώστε να µας δίνει µέτρηση από τις στροφές των πεντάλ. Η παραπάνω διαδικασία που ακολουθήσαµε φαίνεται στην εικόνα που ακολουθεί. Σελίδα 67

68 Εικόνα Φρένα Τα φρένα µας ήταν το τελευταίο από τα βασικά συστήµατα που τοποθετήσαµε στο τρίκυκλό µας. Το µπροστινό µας φρένο ήταν ο ίδιος µας ο κινητήρας διότι µε το πάτηµα της µανέτας αυτόµατα ο κινητήρας σταµατούσε τη λειτουργία του και έτσι φρέναρε το τρίκυκλο. Η φιλοσοφία που θέλαµε να εφαρµόσουµε ήταν η ένωση των δυο δαγκανών µε µια ντίζα και στο σηµείο που θα ήταν η µέση της να ενωθεί µε άλλη ντίζα η οποία θα συνδέονταν µε την µανέτα µας. Οι βάσεις για τις δαγκάνες µας ήταν έτοιµες και είχαν κολληθεί επάνω στον άξονα µας όπως είχαµε αναφέρει στο υποκεφάλαιο 3.3 και είχαµε παρατηρήσει από την Εικόνα Τα δισκόφρενά µας µαζί µε τους οδηγούς τους που είχαµε κατασκευάσει κατά τη δηµιουργία του άξονα µας ήταν τοποθετηµένα σε αυτόν ωστόσο δεν ήταν στην θέση που θα έπρεπε. Στην Εικόνα βλέπουµε το δισκόφρενό µας βιδωµένο πάνω στην βάση του η οποία του δίνει την δυνατότητα να µετακινείται εκατέρωθεν και να σταθεροποιείται µε βίδα στο σηµείο το οποίο επιθυµούµε. Σελίδα 68

69 Εικόνα Συνεχίσαµε τοποθετώντας τα δισκόφρενά µας εντός των δαγκανών και µετακινήσαµε και τα δυο εξαρτήµατα µαζί µέχρι να φτάσουµε στο σηµείο που βρίσκονταν οι βάσεις των δαγκανών εκεί δηλαδή όπου και θα βιδώνονταν. Στερεώσαµε τις δαγκάνες, βιδώσαµε τους οδηγούς των δισκοφρένων σε σηµείο που δεν ακουµπούσαν µε τα τακάκια κατά την κίνηση και ήµασταν έτοιµοι για να τα ενώσουµε µε µια κοινή ντίζα. Πριν από αυτή τη διαδικασία έπρεπε να φτιάξουµε βάσεις µέσα από τις οποίες θα περνούσαν οι ντίζες µε το καλώδιο τους και να τις βιδώσουµε πάνω στο πλαίσιο µας όπως βλέπουµε και στην Εικόνα Εικόνα Όταν τελειώσαµε µε τις βάσεις µας ήταν η ώρα που θα ενώναµε τις δυο δαγκάνες µας όπως προαναφέραµε. Στην Εικόνα µπορούµε να δούµε πως γίνεται η συγκεκριµένη ένωση. Η άλλη άκρη έχει ενωθεί µε την δεύτερη δαγκάνα µας µε τον αντίστοιχο τρόπο. Σελίδα 69

70 Εικόνα Αυτό που είχαµε τώρα να κάνουµε ήταν να σκεφτούµε πως θα πετυχαίναµε σταθερή και σωστή ένωση των δυο ντιζών. Σε αυτό µας βοήθησε το εξάρτηµα που διακρίνουµε στην Εικόνα Με αυτό καταφέραµε να σφίξουµε την µέση της ντίζας που ενώνει τις δαγκάνες µας µαζί µε την ντίζα που ξεκινούσε από τη µανέτα. Εικόνα Όπως µπορούµε να δούµε στο κάτω µέρος του πιάνει η µία ντίζα και στο επάνω η άλλη. Με αυτό τον τρόπο καταφέραµε να κάνουµε την ένωση που επιθυµούσαµε και αυτό που είχαµε καταφέρει ήταν µε το πάτηµα της µανέτας µας να µπορούµε να φρενάρουµε και µε τα δυο δισκόφρενα ταυτόχρονα. Το τελευταίο που είχαµε να κάνουµε ήταν να µπορέσουµε να συγχρονίσουµε απολύτως τις δαγκάνες µας και µε το πάτηµα του φρένου να είναι ταυτόχρονη η πέδηση. Για να έχουµε αυτό το αποτέλεσµα ξεσφίξαµε την ντίζα στην µια δαγκάνα και σφίγγοντας τη συνεχώς σε διάφορα σηµεία βρήκαµε το τελικό µας σηµείο όπου είχαµε ταυτόχρονο φρενάρισµα. Σελίδα 70

71 3.9 Παρελκόµενα Ταχύµετρο Το ταχύµετρό µας θα µας βοηθούσε πάρα πολύ στις µετρήσεις που θα πραγµατοποιούσαµε όταν τελείωνε η κατασκευή µας. Με αυτό θα µπορούσαµε να κρατήσουµε κάποια βασικά στοιχεία όπως: Ταχύτητα τη συγκεκριµένη στιγµή Μέση ωριαία ταχύτητα Μέγιστη ταχύτητα Συγκεκριµένη απόσταση Συνολική απόσταση Εικόνα Βολτόµετρο Το βολτόµετρο µας θα ήταν αρκετά χρήσιµο για να µπορούµε ανά πάσα στιγµή να γνωρίζουµε το ποσό του ηλεκτρικού ρεύµατος που έχει αποµείνει στις µπαταρίες µας. Παρόλο που είχαµε τις λυχνίες από τον κινητήρα µας να µας δείχνουν σε τι κατάσταση βρισκόµαστε θα είχαµε και µια ανεξάρτητη αξιόπιστη πηγή που θα µπορούσε να µας βοηθήσει πολύ στις µετρήσεις µας. Σελίδα 71

72 Εικόνα Αλυσίδα Με την επιµήκυνση του ποδηλάτου µας από το πλαίσιο που προσθέσαµε έπρεπε να έχουµε και την αντίστοιχη της αλυσίδας µας. Για να το πραγµατοποιήσουµε αυτό χρησιµοποιήσαµε ένα ειδικό εξάρτηµα το οποίο µπορούµε να δούµε και στην εικόνα που µας βοηθάει να βγάλουµε ένα πύρο από την αλυσίδα µας και να µακρύνουµε όσο εµείς θέλαµε. Στην συνέχεια τοποθετούµε ξανά το πύρο µας µε το ίδιο εξάρτηµα και τελικώς έχουµε κάνει την επιµήκυνση που χρειαζόµασταν. Εικόνα «Τρελό» γρανάζι Με την τοποθέτηση του καταφέραµε παρότι επιµηκύναµε την αλυσίδα µας αυτή να µην κρεµάει και να µπορούµε να κάνουµε µε περισσότερη ευκολία πεντάλ όποτε χρειαζόταν. Στην εικόνα βλέπουµε το τρελό µας γρανάζι του οποίου η βάση Σελίδα 72

73 έχει σχήµα Π και είναι κατασκευασµένη από εµάς. Σε αυτό µας βοήθησαν και τα παξιµάδια ασφαλείας που χρησιµοποιήσαµε ώστε να µην ξεβιδώνει η βίδα µας κατά την κίνηση µας. Τοποθετήθηκε σε σηµείο που θα περνούσε η αλυσίδα κάτω από αυτό και θα την κρατούσε συνεχώς τεντωµένη. Εικόνα Ελαστικά Αποφασίσαµε την αλλαγή των δυο πίσω ελαστικών µας τα οποία ήταν ανωµάλου δρόµου µε ελαστικά πόλεως όπως µας δείχνει και η εικόνα ώστε να έχουµε λιγότερες τριβές. Εικόνα Με την ολοκλήρωση και αυτών των λεπτοµερειών το τρίκυκλο ήταν έτοιµο για χρήση και καταγραφή των µετρήσεων. Η Εικόνα µας δείχνει την τελική του µορφή. Σελίδα 73

74 Εικόνα Υπό τις παρούσες συνθήκες ζυγίζει 82,5 Kg και έχει τις εξής διαστάσεις: Μέγιστο µήκος: 2,55 cm Μέγιστο πλάτος: 1,10 cm Μέγιστο ύψος: 1,08 cm Χαµηλότερη απόσταση από το έδαφος (τρελό): 23cm Χαµηλότερο σηµείο πεντάλ από το έδαφος: 18,5 cm Απόσταση πίσω τροχών: 92 cm Παρακάτω µπορούµε µέσω των δυο πρώτων συνδέσµων να δούµε βίντεο µε το τρίκυκλό µας εν κινήσει. Στους επόµενους δυο µπορούµε να δούµε κάποια σχετικά στοιχεία από την ιστοσελίδα του εργαστηρίου. Σελίδα 74