24.06.2015 Sprawozdanie z przedsięwzięcia "Budowa ekologicznego pojazdu zasilanego ogniwem paliwowym." WFOŚ/D/201/54/2015
1. Opis ogólny Wszystkie osoby mające możliwość obejrzenia pojazdu zostały poinformowane o dofinansowaniu projektu przez Wojewódzki Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej w Gdańsku. Celem projektu była budowa ekologicznego pojazdu, zasilanego ogniwem paliwowym. Dzięki przedsięwzięciu udało się zbudować samochód, którego paliwem jest wodór. Wykonano badania optymalizujące pracę układu napędowego, stworzono układ elektroniczny i odbyto niezbędne testy bezpieczeństwa. Studenci zminimalizowali masę poprzez wykonanie monokokpitu z włókna węglowego, co zapewniło niską masę pojazdu oraz wytrzymałość na obciążenia. Pozostałe elementy wykonano ze stopów aluminium. Owiewka, karoseria pojazdu, została zaprojektowana w sposób taki, aby zredukować opory aerodynamiczne, między innymi koła pojazdu zostały osłonięte nadkolami. Samochód został zaprezentowany na konkursie Shell Eco-marathon 2015 oraz terenie Politechniki Gdańskiej. Osoby zainteresowane mogły również na bieżąco śledzić działania zespołu podczas budowy oraz na konkursie na stronie fanpage: www.facebook.com/ecocarpg?fref=ts. W kolejnym etapie studenci planują, w miarę możliwości, pokazać pojazd podczas Pomorskich Dni Energii. Wparcie Wojewódzkiego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej umożliwiło m.in.: zakup sprzętu do budowy układów, zakup elementów niezbędnych w konstrukcji samochodu, zakup butli z wodorem, która umożliwiła wykonanie testów. Wszystkie zakupy zostały przeprowadzone zgodnie z przepisami o zamówieniach publicznych. W trakcie realizacji przedsięwzięcia przekazywano informacje o projekcie, w ramach którego są one realizowane, oraz na temat działalności Wojewódzkiego Funduszu Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej w Gdańsku. Zakupiony sprzęt, jak również sam pojazd posiada oznakowanie zgodne z zawartą umową (naklejki z informacją o korzystaniu z dofinansowania przez Wojewódzki Fundusz Ochrony Środowiska i Gospodarki Wodnej w Gdańsku wraz z logotypem) oraz przepisami dotyczącymi znakowania.
2. Część mechaniczna pojazdu Studenci poza wykonaniem karoserii o niskim oporze aerodynamicznym, opracowali całą mechanikę pojazdu. Dzięki zastosowanym zabiegom udało się osiągnąć masę pojazdu na poziomie 42 kg, co pozwoliło na znaczną redukcję zużywanej energii w stosunku do cięższych pojazdów. Pochylenie kół samochodu zostało tak dobrane, aby polepszyć stabilność pojazdu podczas jazdy w zakrętach. Układ kierowniczy zaprojektowany został w sposób ułatwiający pracę kierowcy. W tym celu powstała kierownica z przyciskami z możliwością jej demontażu przez kierowcę. Studenci zadbali również o odpowiednie ustawienie zbieżności kół, co miało wpływ na minimalizację strat energii, wyrażającej się w tym przypadku w oporach toczenia pojazdu.
Aby osiągnąć jeszcze niższe straty energii zastosowano specjalne opony o wyjątkowo niskim, niespotykanym w zwykłych samochodach współczynniku toczenia, co razem z niewielką masą pojazdu, przełożyło się na zminimalizowanie strat energii.. Układ napędowy pojazdu tworzyło ogniwo paliwowe, zasilane wodorem, które następnie dostarczało energię do silnika elektrycznego napędzającego koło, tym samym wprawiając pojazd w ruch. Takie rozwiązanie umożliwia jazdę samochodem bez emisji jakichkolwiek szkodliwych substancji do środowiska.
3. Układ elektroniczny Do przygotowywanego pojazdu grupa elektroników miała za zadanie zaprojektować oraz zbudować układy, których celem było przede wszystkim zapewnienie bezpieczeństwa, a także sterowanie pojazdem i jego najważniejszymi parametrami. Przygotowane zostały takie układy, jak moduł nadajnika oraz odbiornika radiowego do zdalnej komunikacji z pojazdem w celu ciągłej kontroli podstawowych parametrów pojazdu i ich ewentualnej zmiany. Kolejnym układem był czujnik wodoru, który stale monitorował jego stężenie w pojeździe w celu wykrycia awarii instalacji i ewentualne wyłączenie całej elektroniki pojazdu. Dodatkowo, zaprojektowano układ GPS, który na bieżąco przesyłał dane o aktualnym położeniu geograficznym, czasie i prędkości pojazdu. Wykonano również moduł wyświetlacza, który informował kierowcę o najważniejszych parametrach pojazdu, takich jak np. jego prędkość. Dawał również możliwość interakcji kierowcy z pojazdem, dzięki czemu kierowca mógł wydawać polecenie przyspieszania, włączania klaksonu czy też zmiany ustawień wentylatorów w pojeździe. Dodatkowo, w celu integracji wszystkich układów zaprojektowano płytę główną, która łączyła wszystkie układy w jeden spójny system. Na płycie znajdował się procesor odpowiedzialny za odbieranie wszystkich danych i ich przetwarzanie oraz wysyłanie odpowiednich poleceń do sterownika silnika.
Umieszczono na niej również moduł bezpieczeństwa wymagany przez SEM mający na celu odłączanie zasilania od wszystkich układów. Również na płycie głównej znajdował się zaprojektowany przez nas układ, który dzięki sygnałom z procesora odpowiednio sterował znajdującym się w pojeździe silnikiem. 4. Zasilanie pojazdu ogniwo paliwowe i wodór Ogniwo paliwowe jest urządzeniem, w którym energia chemiczna, zawarta w paliwie i utleniaczu, zamieniana jest w energię elektryczną i ciepło, bez występowania procesu spalania. Takie urządzenie składa się z dwóch elektrod (anody i katody), przedzielonych warstwą elektrolitu. Jako paliwo stosuje się wodór, a jako utleniacz - tlen.
Studenci korzystając z większej wersji tego urządzenia, zapewniali dostarczenie energii elektrycznej do silnika. Dzięki przeprowadzonym badaniom, zapewniono konstrukcję uniemożliwiającą przecieki wodoru do otoczenia, co sprawia, że pojazd jest nie tylko przyjazny środowisku, ale również bezpieczny. Stworzona mapa pracy silnika pomogła w zoptymalizowaniu taktyki jazdy, dzięki czemu obniżono zużycie wodoru. Z przeprowadzonych obliczeń wynika, że przy ciągłym przyspieszaniu pojazd osiągnąłby wynik 197 km/kwh. Instalacja wodorowa posiadała również przyciski bezpieczeństwa, które w przypadku rozszczelnienia lub innej awarii rozłączały cały układ odcinając dopływ wodoru do ogniwa oraz jego zasilanie.
5. Podsumowanie Efektem projektu jest powstanie ekologicznego pojazdu dzięki pracy studentów oraz pracowników Politechniki Gdańskiej. Jest to drugi w Polsce taki pojazd pierwszy również stworzyli członkowie zespołu Eco CarPG. Pojazd jest realną prezentacją możliwości wykorzystania odnawialnych źródeł energii w transporcie, co miałoby ogromny wpływ na ochronę środowiska i zmniejszenie emisji szkodliwych produktów spalania współczesnych paliw. Przyznane dofinansowanie umożliwiło nam realizację projektu i przyczynienie się do propagowania ekologicznych sposobów napędzania pojazdów. Wierzymy, że zapoczątkowana przez nas inicjatywa zachęci także producentów samochodów do korzystania z odnawialnych źródeł energii.