Projektni kurikul MESA, ŠCNG - MIC

PROJEKTNI KURIKUL MESA
Osnutek kurikula nastal ob izvajanju projektu MESA, 2011-2013
OSNOVNI PODATKI
Naziv šole: Šolski center Nova Gorica
Naslov: Cankarjeva 10, 5000 Nova Gorica
E-mail: mic@scng.si
Spletna stran: http://mesa.scng.si/
O projektu MESA
Ideja o projektu MESA je nastala ob razpisu Leonardo da Vinci, v letu 2011. Na šoli stalno
čutimo potrebo po ciljno, produktno usmerjenem in torej projektnem delu naših dijakov,
kar bi jih bolje pripravilo na delov v industriji ali obrti. Priložnost smo torej zagrabili z
obema rokama. V projekt smo želeli vključiti čim več strokovnih področij, v katerih
izobražujemo na Šolskem centru Nova Gorica, zato smo za področje delovanja izbrali
mehatronika v . Zaradi usmerjenosti projekta smo se ob tem povezali s sorodnimi
partnerji iz tujine, Italije in Hrvaške. Partnerji v projektu:
1. Šolski center Nova Gorica, Slovenija, www.scng.si prijavitelj projekta, koordinator
projekta, na šoli vzpostavljena ekipa, ki predela klasičen avtomobil Smart v
avtomobil na električen pogon.
2. Licej uporabnih znanosti, G. Cardano, Pavia, Italija, partner v projektu,
http://www.cardano.pv.it/ Prenos znanja in iz tega liceja na partnerje iz Slovenije
in Hrvaške, na šoli vzpostavljena ekipa, ki predela klasičen avtomobil Smart v
avtomobil na električen pogon.
3. Fundacija Le Vele, Pavia, Italija, partner v projektu, www.levelepavia.it
4. Tehnička škola Pula, Hrvaška, partner v projektu, http://ss-tehnicka-pu.skole.hr/ ,
na šoli vzpostavljena ekipa, ki predela štirikolesnik Smart v vozilo na električen
pogon.
Partnerja (šoli) iz obeh držav se ukvarjata z izobraževanjem na istih strokovnih področjih,
kar je pomenilo, da smo se ukvarjali z istimi ali podobnimi strokovnimi problemi in jih tudi
skupaj reševali.
Kako smo bili povezani oz. kako smo sodelovali? Največ usklajevanja in reševanja lastnih
in skupnih težav smo lahko opravili seveda v neposrednem stiku. Skupna srečanja vseh
partnerjev so bila izpeljana:
1.
2.
3.
4.
Pripravljalno srečanje, december 2011, Nova Gorica
Skupno srečanje vseh partnerjev, Pavia, Italija, 2012
Skupno srečanje vseh partnerjev, Pula, Hrvaška, september 2012
Zaključno srečanje vseh partnerjev, Nova Gorica, Slovenija, oktober 2013
Poleg teh srečanj smo bili povezani preko aktualnih informacijsko komunikacijskih
tehnologij, video konferenc, elektronske pošte, storitev Google+ in drugo.
Razlaga nekaterih pojmov v projektnem
kurikulu MESA
Informativni in formativni učni cilji
Informativni (materialni) cilji so, rečeno preprosto, vsebinski cilji. Vsak izobraževalni
program mora dijake »opremiti« z ustreznim strokovnim, splošnim in poklicnim znanjem,
zato se moramo tako na ravni priprave programa kot vsakokratne učne priprave vprašati,
kaj je tisto, kar morajo dijaki obvladati. Gre za materialno osnovo izobraževanja.
Poleg tega mora med izobraževanjem dijak razviti tudi vrsto veščin, spretnosti,
metodoloških postopkov in podobno. Ker gre za oblikovanje dijakovih zmožnosti in rabo
znanja v delovne in življenjske namene, govorimo o formativnih ali funkcionalnih ciljih.
Usmerjevalni cilji in operativni cilji
Operativni cilji so izraženi v obliki miselne ali motorične dejavnosti (operacije), ki jo
izvede dijak in jo lahko učitelj neposredno preveri.
Usmerjevalni ali splošni cilji pa so formulirani tako, da izražajo zmožnosti, vednost in
držo, ki vodijo do kompetentnega delavca in državljana.
Operativni cilji so oblikovani tako, da kažejo jasno uresničljivost, splošni pa v obliki
principov, skladno s katerimi delujemo, ne da bi jih neposredno preverjali.
POKLICNA KOMPETENCA 1
Predelava klasičnega avtomobila s klasičnim pogonom (motorjem z notranjim
izgorevanjem) v avtomobil z elektromotornim pogonom.
S tem delom projekta so se operativno ukvarjali dijaki strokovnih področij
avtoservisne dejavnosti, strojništva, logistike in elektrotehnike. V okviru projekta
so pripravili projektne naloge, ki so jih uporabili kot gradivo za četrto izpitno enoto
poklicne mature. Naloge so del tega gradiva, saj s svojim slikovnim materialom in
konkretnim opisom dijakovega dela prispevajo k enostavnosti, razumljivosti in
zanimivosti projekta.
1. Blaž Paravan, Logistični tehnik SSI, Predelava avtomobil z motorjem z
notranjim izgorevanjem v električni avtomobil
2. Timotej Bagar, Strojni tehnik SSI, Predelava Smarta iz bencinskega na
električni pogon
3. Tilen Prinčič, Avtoservisni tehnik PTI, Električni avtomobil-baterije
4. Grega Žvokelj, Avtoservisni tehnik PTI, Predelava avtomobila na električni
pogon
5. Nejc Škarabot, Avtoservisni tehnik PTI, Predelava vozila na električni pogon
6. Rok Mavrič, Avtoservisni tehnik PTI, Električni avtomobil (vgradnja
elektromotorja)
7. Nejc Zlobec, Elektrotehnik energetik PTI, Električna mobilnost v praksi
INFORMATIVNI CILJI
1. Razume in pojasni bistvene razlike med motorjem z notranjim izgorevanjem in
elektro motorjem, prednosti, slabosti, tehniške karakteristike, …
2. Pozna različne tipe električnih motorjev in razlike med njimi
3. Pozna različne tipe električnih baterij in razlike med njimi, njihove lastnosti,
zgradbo
4. Razume osnove električnih instalacij v avtomobilu
5. Razume delovanje zavornega servo sistema in potreb po zagotovitve podtlaka pri
klasičnem in električnem pogonu, pozna različne tipe podtlačnih črpalk
6. Pozna različne sisteme ogrevanja potniške kabine pri klasičnem in električnem
avtomobilu, njihovo delovanje, različne tipe ogrevanja glede na vir energije. Pozna
razlike med njimi, način ogrevanje pred uporabo vozila, ko avto ne deluje, in med
uporabo vozila, samo vožnjo.
7. Pozna materiale, ki se uporabljajo v avtomobilski industriji.
8. Pozna toplotno obdelavo gradiv in ve, kdaj in katero uporabiti
9. Pozna osnove oblikovanja in preoblikovanja materialov in ustrezne tehnologije
(izdelava ustreznih prilagoditvenih nosilcev, škatel in drugih strojnih elementov za
prilagoditev in vgraditev elektro pogona, baterij in drugih elementov)
10. Pozna program Autocad in konstruiranje z njim
11. Pozna CNC obdelovalne sisteme, pozna prenos tehnične dokumentacije na stroj v
proizvodnji
12. Pozna pojme kot so homologacija, standardizacija, a testiranje, okoljevarstvene
spodbude, subvencije, subvencionirana sredstva, skladnost delov in vozil,
registracija električnega vozila, stroški,
FORMATIVNI CILJI
1. Zna oceniti, kateri avtomobili so primerni za uporabo na elektro pogon in kakšne
so njihove najpomembnejše lastnosti
2. Zna opraviti potrebno predpripravo in samo odstranitev motorja z notranjim
izgorevanjem in ostale nanj vezane dele avtomobila iz avtomobila z motorjem z
notranjim izgorevanjem
3. Zna opraviti potrebno predpripravo in samo odstranitev rezervoarja za gorivo iz
avtomobila z motorjem z notranjim izgorevanjem
4. Zna opraviti potrebno predpripravo odstranitve ali prilagoditve električne
instalacije, povezane z delovanjem motorja z notranjim izgorevanjem v avtomobilu
5. Zna izbrati ustrezen elektromotor za pogon avtomobila
6. Zna izbrati ustrezne baterije za hranjenje električne energije v avtomobilu
7. Zna opraviti potrebno predpripravo vzpostavitve električne instalacije, povezane z
delovanjem električnega motorja v avtomobilu na električni pogon
8. Zna izbrati ustrezno vakuumsko (podtlačno) črpalko za zagotovitev podtlaka za
delovanje zavor
9. Izbere ustrezen sistem za ogrevanje potniške kabine električnega avtomobila.
10. Zna izbrati materiale za izdelavo posameznih strojnih delov v avtomobilu.
11. Zna izdelati posamezne strojne dele v avtomobilu (nosilci, škatla za baterije,
prirobnica za pritrditev elektromotorja, pesto za prenos navora…)
12. Zna toplotno obdelati posamezne strojne dele
13.
VIRI:
Tu objavljamo vire, iz katerih črpamo gradiva in znanje za doseganje informativnih in formativnih ciljev, obvladovanja
poklicne kompetence.
POKLICNA KOMPETENCA 2
Postavitev samostojne fotovoltaične postaje s priključitvijo na javno električno
omrežje
S tem delom projekta so se operativno ukvarjali dijaki strokovnega področja
elektrotehnike. V okviru projekta so pripravili projektne naloge, ki so jih uporabili kot
gradivo za četrto izpitno enoto poklicne mature. Naloge so del tega gradiva, saj s
svojim slikovnim materialom in konkretnim opisom dijakovega dela prispevajo k
enostavnosti, razumljivosti in zanimivosti projekta.
Klemen Svetina, Elektrotehnik energetik PTI, Mala fotovoltaična elektrarna TŠC
INFORMATIVNI CILJI
1. Razume pomen obnovljivih virov energije, pozna različne vire obnovljivih virov
2. Razume zakaj sončne celice, pozna njihovo zgodovino, pozna cenovne razmere na
trgu
3. Pozna vrste, lastnosti in delovanje sončnih celic
4. Pozna tipične in smiselne postavitve sončnih elektrarne
5. Razume delovanje električnega tokokroga pri proizvodnji električne energije v
fotovoltaični postaji in prenos te v javno električno omrežje
6. Pozna mehaniko nosilnih elementov fotovoltaičnih panelov in način pritrjevanja na
gradbene elemente
7. Pozna načine protikorozijske zaščite nosilnih elementov elektrarne
FORMATIVNI CILJI
1. Zna izbrati optimalno mesto za fotovoltaično elektrarno in utemeljiti izbiro,
opraviti meritve in izračunati donos take elektrarne
2. Zna izbrati ustrezne elemente elektrarne, sončne celice in ustrezne fotovoltaične
panele, razsmernike
3. Opravi predpripravo za povezavo samostojne fotovoltaične postaje v javno
električno omrežje
4. Zna izračunati nosilne elemente fotovoltaične elektrarne
5. Zna izdelati nosilce za elektrarno, jih ustrezno zaščititi in pritrditi na gradbene
elemente
DELA POTREBNA ZA IZVEDBO PROJEKTA IN DOSEGANJE POKLICNE KOMPETENCE
VIRI:
Tu naštevamo vire, iz katerih črpamo gradiva in znanje za spodaj naštete učne vsebine,
obvladovanje poklicnih kompetenc, …
VIRI (na koncu projektnega kurikula):
1. Priprava izvedbenega kurikula, CPI, Ljubljana, 2007
2.
ŠOLSKI CENTER NOVA GORICA
LOGISTIČNI TEHNIK
SEMINARSKA NALOGA
PREDELAVA AVTOMOBILA Z MOTORJEM Z NOTRANJIM
IZGOREVANJEM V ELEKTRIČNI AVTOMOBIL
AVTOR: Blaž Paravan
MENTOR: Miran Mozetič
PROGRAM: Logistični tehnik
NOVA GORICA, maj 2013
KAZALO VSEBINE
KAZALO VSEBINE......................................................................................................................
KAZALO SLIK .............................................................................................................................
2. ELEKTRIČNI AVTOMOBIL .................................................................................................... 2
2.1 Začetki električnega avtomobila .............................................................................................. 2
2.3 Pozitivne in negativne lastnosti električnih avtomobilov ........................................................ 3
2.4 Poraba in življenjska doba baterije .......................................................................................... 4
3. PREDELAVA AVTOMOBILA Z MOTORJEM Z NOTRANJIM IZGOREVANJEM V ELEKTRIČNI
AVTOMOBIL ........................................................................................................................... 4
3.1 Predelava avtomobila na naši šoli ................................................................................... 5
3.2 Izbira pogonskega električnega motorja .................................................................................. 7
3.3 Izbira akumulatorjev oziroma baterij ....................................................................................... 8
3.4 Izbira podtlačne črpalke za zavore ........................................................................................... 9
3.5 Glavni napetostni odklopnik .................................................................................................. 11
3.6 Gretje potniške kabine ........................................................................................................... 11
4. ZAKLJUČEK ....................................................................................................................... 14
5. LITERATURA IN VIRI ......................................................................................................... 15
KAZALO SLIK
Slika 1: Camille Jenatzy v svojem vozilu ............................................................................................. 2
Slika 2: Menjalnik- Smart.................................................................................................................... 6
Slika 3: Zadnji del podvozja ................................................................................................................ 8
Slika 4: Polnilno mesto ....................................................................................................................... 9
Slika 5: Turbinska črpalka in deli ...................................................................................................... 10
Slika 6: Grelec ................................................................................................................................... 12
1. UVOD
Seminarsko nalogo sem izdelal po nasvetu profesorja Mirana Mozetiča. Predlagal je, da v
nalogi opišem predelavo bencinskega avtomobila v električnega in se hkrati navežem tudi na
projekt z isto vsebino, ki poteka na naši šoli že od 1.11.2011. Gre za Projekt predelave
avtomobila Smart.
Ker dandanes na cesti videvamo ogromno avtomobilov, pa med njimi ni zaslediti veliko
električnih, me je zanimalo zakaj je temu tako, kakšni so stroški predelave ter katera so vsa
potrebna dela.
Proizvajalci avtomobilov nas nenehno zasipajo s svojimi novostmi. Vsako leto pride na trg
veliko novih avtomobilov, vendar v zadnjih letih nam proizvajalci ponujajo tudi tiste malo
drugačne. Ker z avtomobili, ki za pogon uporabljajo bencinske ali dizelske motorje,
onesnažujemo okolje, so nam proizvajalci ponudili kar nekaj avtomobilov, ki za svoj pogon
uporabljajo alternativno gorivo. Eden izmed takšnih je tudi električni avtomobil. Vendar, če
se malo ozremo po naših cestah. Ali smo že sploh videli kakšen električni avtomobil?
2. ELEKTRIČNI AVTOMOBIL
Električni avtomobil je avtomobil, ki ga poganja električni motor. Vso energijo, ki jo potrebuje
za delovanje, shranjuje v akumulatorski bateriji, katero je možno ponovno napolniti.
2.1 Začetki električnega avtomobila
Čeprav nam je električni avtomobil znan kot novost, pa to ni. Njegova zgodovina namreč sega
v leto 1835, ko je profesor Sibrandus Stratingh (Groningen, Nizozemska) oblikoval prvi
električni avtomobil. V tem času sta bili Anglija in Francija državi, ki sta največ vlagali v razvoj
takšnega koncepta. To se je vsekakor obrestovalo, saj je 60 let kasneje dirkač Camille Jenatzy
z električnim avtomobilom postavil rekord: prebil je mejo 100km/h. S tem je začela naraščati
priljubljenost avtomobilov na električni pogon, in v poznem 19. stoletju takšni avtomobili na
cesti niso bili redkost.
Slika 1: Camille Jenatzy v svojem vozilu
(Vir: http://www.mladina.si/media/www/slike.old/mladina/repjamaiscontente.jpg)
V primerjavi z avtomobili z bencinskim izgorevanjem so imeli električni avtomobili takrat kar
nekaj prednosti:
•
•
•
za zagon ni bilo potrebno navijati posebne ročice,
električni avtomobil pa je bil tudi tih in
v primerjavi z »bencinarjem« ni onesnaževal okolja.
Kljub vsem prednostim, ki so jih električni avtomobili imeli pred bencinskimi in sploh parnimi,
so bili vseeno skoraj čez noč pozabljeni, zaradi množične proizvodnje izboljšanih bencinskih
avtomobilov in odkritja enormnih količin nafte.
Leta 2008 je na trg vstopil nov, ameriški avtomobilski proizvajalec električnih avtomobilov
Tesla Motors, in zopet se je povečalo zanimanje za vozila z električnim pogonom. Po Tesli pa
so k proizvajanju električnih avtomobilov pristopili tudi nekateri večji in znani avtomobilski
proizvajalci. Ti so seveda videli priložnost za zaslužek, vendar menim da je razlog bil tudi v
negativnih okoljskih spremembah.
2.3 Pozitivne in negativne lastnosti električnih avtomobilov
Pozitivna lastnost električnih avtomobilov je vsekakor v tem, da je avtomobil narejen po
ekološki usmeritvi. Če se bomo vozili s takšnimi avtomobili bomo prijaznejši do našega okolja,
ki je iz dneva v dan bolj onesnaženo.
Kot glavne slabe lastnosti lahko omenim:
•
•
•
zmogljivost,
baterije (polnjenje, cena) in
ceno.
Eden večjih problemov električnega avtomobila je v njegovi zmogljivosti. To je eden izmed
dejavnikov, ki kupce odvrača. Pri negativnih lastnostih vsekakor ne morem tudi mimo baterije
oz. akumulatorja. Baterija, ki je najpomembnejši del pri električnem avtomobilu, ni cenovno
ugodna, zato tudi visoke cene teh vozil. Problem, ki se počasi rešuje, je tudi v času polnjenja
baterij. Raziskovalci in znanstveniki dajejo tej »oviri« vedno večji poudarek.
Eden večjih negativnih dejavnikov je vsekakor tudi cena avtomobila. Menim, da je prav cena
tista, ki ovira ljudi pri nakupu takšnega avtomobila. Kot primer sem vzel trenutno enega
najbolj dostopnih električnih avtomobilov na našem tržišču, Peugeot iOn-a. Avtomobil je po
velikosti primerljiv z majhnim Smartom, Renault Twingom ali katerim koli manjšim
avtomobilom. Takšni avtomobili z bencinskim ali naftnim izgorevanjem v povprečju stanejo
okoli 10.000 evrov (EUR), električni Peugeot iOn pa stane 30.000 EUR. In če pomislimo kakšen
avto z bencinskim izgorevanjem si lahko kupimo za takšen denar? Kupci tu odločajo med
varovanjem okolja na eni strani in prestižem na drugi strani. Večina ljudi se še vedno raje
odloči za slednjega. Ampak vseeno ne morem biti tako kritičen, menim, da je potrebno
potrošnike tudi razumeti. Ta avtomobil je novost na našem trgu in vsak ni pripravljen odšteti
30.000 EUR za električni avtomobil, ko pa dejansko sploh ne ve kako se bo obnesel v praksi.
Slabo lastnost bi lahko predstavljal tudi zvok vozila, ki ga praktično ni. S tiho vožnjo bi se
lahko povečala nevarnost za nesreče, predvsem v naseljih. Gledano z drugega zornega kota,
pa je lahko tiha vožnja tudi dobra lastnost, saj bi s tem zmanjšali hrup v mestih. Ljudje bi se
potem morali navaditi na to spremembo.
2.4 Poraba in življenjska doba baterije
Eno polnjenje električnega avtomobila zadošča za približno 150 km vožnje, kar nas stane
približno 1,5 EUR. Življenjska doba akumulatorskih baterij je primerljiva z zagonskimi
akumulatorskimi baterijami, ki so vgrajene v avtomobile z notranjim izgorevanjem. To
pomeni približno od 5 do 7 let. Življenjska doba akumulatorja je odvisna od različnih
dejavnikov, kot sta na primer način vožnje in vzdrževanje baterij. Če bi baterija v električnem
avtomobilu stala vsaj približno toliko kolikor stane zakonska akumulatorska baterija, sploh ne
bi bilo problema. Problem je v tem, da so te baterije neprimerljivo dražje. S tem se
pospešeno ukvarjajo razvijalci zato lahko v prihodnosti pričakujemo veliko zmogljivejše
baterije, ki bodo z veliko serijsko proizvodnjo postale tudi cenejše.
3. PREDELAVA AVTOMOBILA Z MOTORJEM Z NOTRANJIM
IZGOREVANJEM V ELEKTRIČNI AVTOMOBIL
Navaden avtomobil z notranjim izgorevanjem lahko predelamo v električnega. Pri tem je zelo
pomembno, da je vozilo čim lažje, saj lahko vanj namestimo manj zmogljiv akumulator. Pri
predelavi niti ni pomembno ali je avtomobil star ali nov. Ko je avtomobil predelan, ga je
potrebno ponovno homologirati. Pomembno je, da je avtomobil predelan v skladu s predpisi,
saj lahko le z ustrezno predelavo zadovoljimo homologacijske predpise. Predelava avtomobila
stane od 7.000 do 10.000 EUR. Cena je odvisna od tipa in starosti vozila, ter predvsem od
nabavne cene akumulatorja. Če predelamo avtomobil z motorjem z notranjim izgorevanjem
na elektriko, nam država nudi subvencijo v višini do 4.000 EUR.
Največji razliki med električnim avtomobilom in avtomobilom z notranjim izgorevanjem sta
vsekakor:
•
•
strošek vožnje in
izpust strupenih plinov.
Strošek vožnje je pri avtomobilu z notranjim izgorevanjem bistveno višji. Za razdaljo 100 km
bomo porabili okoli 10 EUR, medtem ko zadostuje za prevoz tolikšne razdalje z električnim
avtomobilom komaj 1 EUR. Poleg cene vožnje pa je še pomembnejše dejstvo, da električni
avtomobil dejansko ne izpušča nobenih strupenih plinov v primerjavi z avtomobilom z
notranjim izgorevanjem, ki v zrak spušča veliko strupenih plinov, škodljivih za okolje.
Če primerjam akumulator v obeh avtomobilih, lahko vsekakor rečem, da je akumulator v
električnem avtomobilu izrazito večji. Baterija, ki se uporablja za pogon električnih
avtomobilov, je po velikosti približno enaka akumulatorju za električne viličarje. Poleg
velikosti baterije, je tudi cena obeh neprimerljiva. Akumulatorji, ki jih uporabljamo v
avtomobilih z motorjem z notranjim izgorevanjem stanejo med 60 in 100 EUR. Akumulatorji,
ki pa jih uporabljamo v električnih avtomobilih pa stanejo od 3.000 EUR dalje. Življenjska
doba akumulatorja pa je pri obeh avtomobilih približno enaka, to je okoli 5 do 7 let.
Če torej povzamem, je baterija še vedno eden najpomembnejših dejavnikov v električnem
avtomobilu saj predstavlja velik strošek. Električni avtomobil bolje izkoristi pogon, vendar ima
omejen doseg. Kot sem omenil že zgoraj, z enim polnjenjem električnega vozila prevozimo
okoli 150 km, z avtomobilom z notranjim izgorevanjem pa s polnim rezervoarjem goriva lahko
prevozimo vsaj 500 km.
3.1 Predelava avtomobila na naši šoli
Pri projektu predelave Smarta v električno vozilo na šoli lahko omenim, da je bil Šolski center
Nova Gorica nosilec projekta, njegovi partnerji pa še Istituto Tecnico Industriale Cardano
(Italija), Tehnička škola Pula (Hrvaška) ter Le Vele Pavia (Italija). Celotna vrednost projekta je
266.675€, sredstva je prispevala EU, ki je namenila 200.000€. Motor je doniralo podjetje
Letrika d.d..
Sodelujoči profesorji pri projektu so Miran Mozetič, Matjaž Marušič, Matjaž Zagorec,
Aleksander Krpan, Simon Kragelj in ravnatelj Robert Peršič.
Predelava avtomobila na bencinski pogon v avtomobil na električni pogon poteka treh
korakih:
Prvi korak je izbira vozila, ki najbolj ustreza pogojem električnega vozila. Med te pogoje se
štejejo čvrsta karoserija, nizka teža in čim manjši čelni zračni upor. Na naši šoli so se zato
odločili za Smarta, ki zadostuje vsem trem kriterijem.
Drugi korak je odstranitev motorja in vseh delov povezanih s motorjem s notranjim
izgorevanjem.
Najprej moramo pregledati, kateri sklopi morajo biti odstranjeni. Za odstranitev motorja,
moramo iz njega najprej izključiti vse povezave z avtom. Odstraniti moramo: vse povezave
med menjalnikom in prestavno ročico, povezavo s sklopko (lahko je jeklenica ali hidravlična
cevka), jeklenico za plin (ponavadi gre v zgornji del avta, pod zračni filter), vse vodne
povezave s hladilnikom in radiatorjem za gretje kabine, vso električno napeljavo do motorja,
cevko za podtlak (katera vodi do servo ojačevalnika za zavore), bencinske cevi ( katere vodijo
v rezervoar za bencin) in pa seveda izpušno cev.
Ko imamo vse ločeno od motorja, lahko motor navežemo na dvigalo. Motor je navadno
pritrjen z tremi nosilci. Najprej odvijemo spodnji nosilec (nahaja se nekje na sredini avta). Z
odstranitvijo tega nosilca motor še vedno stoji v avtu. Preden izvlečemo motor, pa je
potrebno odstraniti še manšete na menjalniku (črne gumice v obliki harmonike, katere se
nahajajo na pogonskih gredeh). Ker pa so pogonske gredi predolge, da bi jih enostavno
staknili z dviganjem motorja, je potrebno odstraniti še prednja kolesa, ter odviti amortizer. Ko
imamo odvit amortizer, pa moramo nagniti zavorni disk proti tlom. S tem smo izvlekli
pogonske gredi iz menjalnika do te mere, da se bodo ob dvigovanju motorja same snele.
Nato odstranimo še zgornja dva nosilca in motor dvignemo iz avta.
Po odstranitvi motorja se lahko lotimo nekoliko lažjih del. Potrebna je odstranitev hladilnika
motorja, bencinskega rezervoarja, vseh dovodnih cevi, katere so nameščene za dolivanje
goriva.
Za pogon električnega avta pa potrebujemo menjalnik, na katerega bomo priključili električni
motor.
Zato moramo bencinski motor ločiti od menjalnika. Ko nam uspe ločiti je na strani motorja še
košara z sklopko. Košaro moramo odpreti in iz nje vzeti sklopko, na katero bomo pozneje
namestili sklopnik za električni motor. Ker se tekom vožnje z bencinskim motorjem zamasti in
zamaže tudi menjalnik, je le tega pametno očistiti pred predelavo. Čistil je na trgu ogromno,
zato moramo biti pri izbiri pozorni na to, da izberemo čistilno sredstvo ki ne škoduje gumi in
plastiki. Na koncu pa še očistimo prostor za motor.
Slika 2: Menjalnik- Smart
(Vir: http://mm0.so.si/advertMm/2012/9/622/52622/big_02xe2l9n3emrw4457rtk3dpf67884eea.JPG)
Šele nato sledi vgradnja strojnih in nosilnih delov za prilagoditev vozila na električni pogon. V
tem koraku se naredijo in vgradijo nosilci elektro-motorja, nosilci baterij in podobno.
Tretji korak je elektrifikacija vozila, kar se odraža s vgradnjo elektro-motorja, krmilnikov,
podpornih elementov in baterij. Te stvari bom opisal v nadaljevanju.
3.2 Izbira pogonskega električnega motorja
Pri izbiri električnih motorjev in krmilnikov imamo več možnosti. Lahko si izberemo
enosmerne ali izmenične motorje.
Najpogostejši pogonski električni motorji so:
•
enosmerni krtačni
Dobre lastnosti: so eni cenejših motorjev in krmilnikov.
Slabe lastnosti: slabši izkoristek, potreba po menjavi obrabljenih krtač, večja teža, slaba
regeneracija ob zaviranju.
•
enosmerni brezkrtačni
Dobre lastnosti: dober izkoristek, nizka teža, regeneracija ob zaviranju, brez vzdrževanja.
Slabe lastnosti: visoka cena, po mnenju nekaterih malo večja glasnost.
•
izmenični asinhroni
Dobre lastnosti: dober izkoristek, regeneracija ob zaviranju, brez vzdrževanja.
Slabe lastnosti: visoka cena.
Kot pri vsaki stvari, se tudi pri pogonskih električnih motorjih lahko odločimo oziroma
pretehtamo kakšne so naše želje in finančne zmožnosti. Vedno pa je pametno preveriti tudi
kvaliteto. Zgodilo se je namreč že, da podatki o motorju niso dosegali želenih rezultatov.
Predvsem je potrebno biti previden pri nakupu motorja s trajnimi magneti. Tu se zaradi slabe
kvalitete lahko trajni magneti razmagnetijo in s tem je motor neuporaben. Najlažji postopek
preverjanja kvalitete in obnašanja motorja pa je pri obstoječih uporabnikih.
Na šoli so se odločili da bodo v avto vgradili Iskrin AC pretvorbeni kit, ki vključuje 15kW
(20KM) asinhroni električni motor in 400A AC krmilnik, katerega potrebujemo za regulacijo
obratov električnega motorja. Njegova najvišja hitrost je okoli 100 km/h. Za tak pretvorbeni
kit je potrebno odšteti skoraj 3.500 EUR.
Slika 3: Zadnji del podvozja
3.3 Izbira akumulatorjev oziroma baterij
Tudi pri baterijah imamo več možnosti. Kot prvo je priporočljiv zaprti tip baterij. To pomeni,
da pri polnjenju iz baterije ne izhajajo strupeni plini. Pri uporabi odprtega tipa baterij je
potrebno le-te montirati v posode s prezračevalnim sistemom oziroma zunaj potniškega
prostora v motornem delu avta. Večina predelovalcev uporablja zaprti tip baterij. Tu pa
imamo zopet kar nekaj možnosti:
Prve so cenejše svinčene baterije. Delimo jih na dve najpogosteje uporabljene skupine:
AGM - svinčena baterija z kislinskim tamponom
GEL - svinčena baterija z kislino v obliki gela
Dobra stran te tehnologije je dokaj nizka cena, vendar ima posledično tudi nižjo življenjsko
dobo, ter manjše število polnilnih ciklov, od dražjih baterij. Načeloma na teh baterijah ne
potrebujemo nadzornih modulov (BMS), vendar pa z njimi nekoliko povečamo življenjsko
dobo baterije. Ta tip baterij ima zaradi svinčene zgradbe zelo veliko težo in je zaradi tega
potrebna tudi masivna konstrukcija za montažo v avtu. Vse to pa pripelje do tega, da v večini
primerov zaradi velike teže, lahko registriramo predelano vozilo samo za dve osebi in ne več
za pet kot pri bencinskem motorju.
Druge so dražje Litijeve baterije:
Dobra stran te tehnologije je nizka teža, visoke tokovne obremenitve, možnost hitrega
polnjenja. Cena je v začetku nekoliko višja, vendar če pogledamo iz druge perspektive, se to
malo porazdeli. Glede na to, da je teža veliko nižja imamo manjši strošek z montažno
konstrukcijo. V primeru svinčenih baterij le-te menjamo dvakrat ali celo trikrat, za eno
življenjsko dobo litijevih baterij. Prav tako imajo litijeve baterije večje število polnilnih ciklov.
Še posebej velik plus za litijeve baterije pa je dobra temperaturna odvisnost. V vročih poletjih
se svinčene baterije zelo hitro uničujejo in jim temperatura drastično zmanjša življenjsko
dobo.
Slaba lastnost litijevih baterij pa je, da so občutljive ja prekomerno polnjenje oziroma
praznjenje. To pa pomeni da je nujen nadzorni sistem (BMS), zadevo nekoliko podraži.
Slika 4: Polnilno mesto
3.4 Izbira podtlačne črpalke za zavore
Ker pri električnem avtu nimamo več vakuuma direktno iz motorja, potrebujemo nek drug vir
vakuuma za servo zavore. Zato potrebujemo električno vakuum črpalko.
Poznamo več vrst črpalk:
•
•
•
Batne črpalke
Membranske črpalke
Turbinske črpalke
Pri predelavah se pogosto uporabljajo membranske črpalke, katere so po večini kar glasne pri
svojem delovanju. Zato se navadno pri tem tipu uporablja dušilec zvoka na izpušnem delu
črpalke, kar pa dodatno zmanjša pretok zraka in posledično podaljša delovanje črpalke ob
vsakem zaviranju.
Vse pogosteje se pri predelavah pojavljajo turbinske črpalke, katere se pa že kar nekaj časa
uporabljajo v avtomobilski industriji. Nekatera dizelsko gnana vozila tako črpalko uporabljajo,
ker nimajo dovolj podtlaka proizvedenega iz motorja. Črpalko proizvaja podjetje Hella in
imajo na tržišču dva tipa črpalke. Prva je UP28 in druga je UP30, katera je malce zmogljivejša,
vendar tudi UP28 uspešno upravlja svojo nalogo. Take črpalke se najde v nekaterih Diesel
modelih WV, Volvo in Seat. Ker je črpalka že izdelana za avtomobilsko industrijo, pri
homologaciji ne potrebujemo dodatnih certifikatov. Ta tip črpalke je veliko tišji pri svojem
delovanju, kot membranska oziroma batna črpalka.
Za delovanje zavor ni dovolj samo črpalka. Za celotno delovanje potrebujemo rezervoar za
vakuum, vakuumsko stikalo, nepovratni ventil, močnostni rele. Vezava vseh komponent je
razvidna na sliki 5.
Slika 5: Turbinska črpalka in deli
(Vir:
http://www.eavto.si/images/Slike/Izbira_vacuum_crpalke/vezava_vakuum_crpalke.png)
Vakuumski rezervoar potrebujemo, za zalogo vakuuma, ker v tem primeru ne potrebujemo
stalnega delovanja črpalke. Velikost rezervoarja je od 3 do 5 litrov. S tem si zagotovimo
zalogo vakuuma za nekaj zaviranj. Ko v rezervoarju pade vakuum po določeno mejo, se vključi
vakuumsko stikalo, katero vključi močnostni rele. Kontakti močnostnega releja pa poženejo
vakuumsko črpalko, ki deluje dokler vakuum v rezervoarju zopet ne doseže želene vrednosti
(nastavljene na vakuumskem stikalu). Cevko iz rezervoarja pa peljemo na servo zavorni
boben.
3.5 Glavni napetostni odklopnik
Za izklop oziroma za varnost pri električnem avtomobilu potrebujemo električni izklop
napajanja baterij. Kar pomeni, da potrebujemo nek zelo močan rele, kateri z pomočjo
elektromagnetne tuljave vključuje in izključuje dovod baterijske energije.
V splošnem so si ti odklopniki med seboj zelo podobni, vsi namreč vključujejo in izključujejo
napajanje. V praksi pa se med seboj razlikujejo v naslednjih specifikacijah:
•
•
•
•
•
delovna napetost
delovni tok
napetost vklopne tuljave
poraba vklopne tuljave
dodatni pomožni kontakti
Napetost vklopne tuljave je v večini primerov 12V. To napetost se definira glede na napetost
osnovne električne instalacije v avtu (luči, radio, itd.)
Ker je odklopnik med vožnjo vedno napajan z 12V, nam celo pot porablja energijo iz baterij,
zato je pomemben tudi podatek, kakšna je poraba vklopne tuljave. Namreč manjša je poraba,
večji bo domet avta. Seveda to niso zelo veliki tokovi, vendar vsak porabnik nekaj doprinese k
zmanjšanju dometa.
3.6 Gretje potniške kabine
Ker pri demontaži bencinskega motorja izgubimo tudi gretje notranjosti električnega vozila, si
moramo tudi za to najti nadomestilo. Za to imamo kar nekaj možnih variant, katerih se lahko
poslužujemo. Vse pa je zopet odvisno, od stroška, katerega smo pripravljeni odšteti za naše
ogrevanje.
Lahko izberemo način pri katerem segrevamo vodo, katera se kasneje ohlaja v radiatorju,
montiranem v armaturni plošči avtomobila. Z ohlajanjem radiatorja dosežemo segrevanje
notranjosti potniške kabine. Ta opcija je lažja za izdelavo, saj pri tem koristimo že vgrajen
radiator, katerega je avto koristil pri bencinskem motorju. Ima pa ta opcija več izgub. Prvo
moramo segreti vodo na delovno temperaturo, ter jo nato še vzdrževati. Poleg tega
potrebujemo še električno črpalko, katera vodo poganja po sistemu. Prav tako je tudi ta
črpalka dodaten porabnik električne energije, ki nam zmanjšuje končni domet vozila.
Za segrevanje vode lahko uporabimo različna goriva. Ker je naš avto električni, je ena od
možnosti električno gretje vode.
Odločimo se lahko za namenski grelec izdelan izrecno samo za električni avto in ga v Sloveniji
izdeluje podjetje Intesi iz Slovenj Gradca. Grelec je veliko manjši kot bojler in služi istemu
namenu. Ker ima grelec dodatno še elektroniko za krmiljenje, le-ta porabi manj energije za
isti grelni učinek.
Slika 6: Grelec
(Vir:
http://www.intesi.si/images/stories/Razvoj/Razvoj_grelec/EV_heater_grelec_zadaj.jpg?ra
nd=710619465)
Ker pa nam tudi električni grelec močno zmanjšuje končni domet avtomobila, se lahko
odločimo za grelec na fosilna goriva. V tem primeru pač nismo več odvisni samo od elektrike,
pač pa tudi od fosilnih goriv. Ti grelci kar hitro segrejejo notranjost vozila, kar pa je še boljše,
si lahko izdelamo še gretje baterijskega seta in z tem še podaljšamo domet v zimskem času.
Slaba lastnost teh grelcev pa je visoka nakupna cena.
4. ZAKLJUČEK
Ljubitelji znanstvene fantastike in okoljsko ozaveščeni ljudje so že doslej veliko govorili o
električnih avtomobilih. najbolj vztrajni in inovativni pa so ta cilj že dosegli. Vozil, ki jih
namreč namesto na bencinskih črpalkah za minimalne stroške napolnimo kar v domači garaži
iz vtičnice, je tudi na slovenskih cestah vsak dan več. Tudi prvi serijski avtomobili so pri nas že
naprodaj.
Ob izdelavi seminarske naloge sem ugotovil, da sama predelava avtomobila na bencinski
pogon v električnega ni tako zahtevna, so pa stroški predelave veliki. Kljub vsemu upam, da
bo potekal razvoj električnih vozil v smeri zniževanja stroškov in tudi povečanja zmogljivosti
akumulatorjev. S tem si bo tak avtomobil lahko privoščilo večje število ljudi, kar bo prispevalo
tudi k manjšemu onesnaževanju okolja in s tem k čistejšemu svetu za nas, naše otroke in vse
naslednje generacije.
5. LITERATURA IN VIRI
1. Mladina: Kratka zgodovina električnega avtomobila. [URL:
http://www.mladina.si/45593/kratka_zgodovina_elektricnega_avtomobila/?utm_source=
t],
2. Motor. [URL: http://www.hribitec.com/si/predelave-v-elektricni-avtomobil/131motor-15kw-s-kontrolerjem.html]
3. Subvencije. [URL:
http://www.siol.net/avtomoto/novice/2011/09/slovenski_trg_elektricnih_vozi.aspx]
4. Električni avtomobili. [URL: http://www.elektro-vozila.si/katalogvozil/category/elektricni-avtomobili]
5. Prednosti in slabosti. [URL: http://www.elektro-crpalke.si/1/baza-znanja/prednosti-inslabosti.aspx]
6. Kaj potrebujemo. [URL: http://www.ad-pecjak.si/ECO/Ecar_kaj_rabimoSLO.htm]
7. Stanje. [URL: http://www.avtovizije.com/aktualno/reportaze/3188-okrogla-mizaelektrini-avto-na-slovenskih-cestah.html]
8. Prvi koraki. [URL: http://www.eavto.si/prvi-koraki]
9. Smart. [URL: http://www.ad-pecjak.si/ECO/Smart/SmartSLO.htm]
10. RTV SLO: So električni avtomobili avtomobili prihodnosti? [URL:
http://www.rtvslo.si/okolje/so-elektricni-avtomobili-avtomobili-prihodnosti/249660]
11. Avto IN: Električni avtomobil. [URL: http://www.avtoin.com/novica/3792/ELEKTRICNIAVTOMOBIL%206]
12. Peugeot ion – Peugeotov električni avto. [URL:
http://www.motorevija.si/si/356/1184/Peugeot_ion_Peugeotov_elektricni_avto.aspx]
13. Prednosti in slabosti hibridnih avtomobilov. [URL:
http://www.motorevija.si/si/356/1510/Prednosti_in_slabosti_hibridnih_avtomobilov.asp
x]
14. Wikipedia: Electric car.. [URL: http://en.wikipedia.org/wiki/Electric_car]
Seminarska naloga
PREDELAVA SMARTA IZ BENCINSKA NA ELEKTRIČNI POGON
Izdelal:Timotej Bagar
Mentor: Igor Milost uni. dipl. inž. str.
Šolsko leto: 2012/13
Razred: 4.ST
Nova Gorica, 4.3.2013
IZVLEČEK
V seminarski nalogi bom predstavil predelavo avtomobila iz bencinskega v električni
pogon. Na šoli smo začeli predelovati avtomobil natančneje SMART FORTWO imeli smo
predavanje na inštitutu Metron na Češnjici na Kropi, kjer predava in poučuje Andrej
Pečjak, ki s svojo ekipo uspešno prenavlja in predeluje avtomobile je eden izmed
najboljših in eden izmed vodilnih predelovalcev avtomobil v Sloveniji. V zadnjih letih je
veliko povpraševanje po električnih avtomobilih, saj sta bencin in nafta vedno dražji,
elektrika je ekonomična in hitro pridobljiva in tudi cenejša kot bencin in nafta.
KAZALO VSEBINE
Kazalo vsebine
1. UVOD ........................................................................................................................ 5
2.
KAKO POTEKA PREDELAVA SMARTA NA ELEKTRIČNI POGON ...........................................6
3.
LASTNOSTI VOZILA PO PREDELAVI.......................................................................................7
3.1.
4.
STROŠKI DELA .............................................................................................. 7
PREDNOSTI IN SLABOSTI ELEKTRIČNIH AVTOMOBILOV PRED BENCINSKIMI.....................8
4.1. SLABOSTI ...............................................................................................................................8
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
DELOVANJE ............................................................................................................... 9
PRIROBNICA ........................................................................................................... 10
PESTO...................................................................................................................... 17
ŠKATLA ZA BATERIJE .............................................................................................. 19
PRERAČUN VIJAKOV NA NATEZNO OBREMENITEV .............................................. 21
PRERAČUN VIJAKOV NA STRIG .............................................................................. 22
ZAKLJUČEK .............................................................................................................. 23
LITERATURA............................................................................................................ 24
KAZALO SLIK
Slika 1 iskrin motor ........................................................................................................................... 20
Slika 2 nameščena akumulatorska plošča ........................................................................................ 20
Slika 3 iskrin motor vgrajen .............................................................................................................. 20
Slika 4 delovanje............................................................................................................................... 22
Slika 5 tehnična risba prirobnice ...................................................................................................... 23
Slika 6 prirobnica vgrajena na motor ............................................................................................... 24
Slika 7 prirobnica narisana v narisu.................................................................................................. 24
Slika 8 slika prirobnice na autocadu ................................................................................................. 25
Slika 9 detail E.................................................................................................................................. 25
Slika 10 Prerez B-B............................................................................................................................ 26
Slika 11 koordinate in premer lukenj na prirobi .............................................................................. 26
Slika 12 prirobnica zadnja stran ....................................................................................................... 26
Slika 13 prirobnica sprednja stran .................................................................................................... 27
Slika 14 Menjalnik 1 ......................................................................................................................... 27
Slika 15 menjalnik 2 .......................................................................................................................... 27
Slika 16 postavitev............................................................................................................................ 28
Slika 17 krmilje elektromotorja ........................................................................................................ 28
Slika 18 karakteristika elektromotorja ............................................................................................. 28
Slika 19 vgradnja motorja................................................................................................................. 29
Slika 20mesto vstavitve motorja ...................................................................................................... 29
Slika 21 vgrajen motor..................................................................................................................... 29
Slika 22pesto nameščeno na elektromotor ..................................................................................... 30
Slika 23 delavniška risba pesta ......................................................................................................... 31
Slika 24 Pesto narisano v autocad .................................................................................................... 31
Slika 25škatla za baterije .................................................................................................................. 32
Slika 26 nosilec motorja ................................................................................................................... 32
Slika 27 nosilec v autocadu .............................................................................................................. 32
Slika 28pokrov motorja s releji in celicami ....................................................................................... 33
Slika 29 visoko napetostna škatla..................................................................................................... 33
Slika 30 hladilna rebra ...................................................................................................................... 33
1. UVOD
Električni avtomobili so se ponovno pojavili kot glavni odgovor na današnjo krizo. Kriza
se poraja v obliki potrošnje goriva in čedalje višje cene le te, povečanega onesnaževanja
zraka in ne nazadnje zaradi užitka v vožnji. Električno gnana vozila so se pojavila že pred
vozili s notranjim izgorevanjem in so uspešno konkurirala do tridesetih let minulega
stoletja. Kasneje so se pojavile težave v izgradnji in oblikovanju električno gnanih vozil
pri vsakem večjem zapletu z dobavo nafte. Vozila gnana s električnim motorjem so
veliko bolj učinkovita, bolje vodljiva in vsekakor nudijo veliko več užitka v vožnji kot
katerokoli drugo vozilo.
Dijaki Šolskega centra Nova Gorica so v Inštitutu Metron izvedeli nekaj podrobnosti kako
se predeluje avto SMART FORTWO. Tokrat je cilj, da se fantje naučijo elektrificirati avto, ki
bo kasneje služil šolskemu centru kot demonstracijsko in službeno vozilo.
2.
KAKO POTEKA PREDELAVA SMARTA NA
ELEKTRIČNI POGON
Prvi korak je nakup vozila, ki najbolj ustreza pogojem električnega vozila. Med te
pogoje se seštevajo čvrsta karoserija, nizka teža in čim manjši čelni zračni upor. Za to
je najboljši avto SMART. Drugi korak je odstranitev vseh delov povezanih s motorjem
s notranjim izgorevanjem in motorja, ter vgradnja strojnih in nosilnih delov za
prilagoditev vozila na električni pogon. V tem koraku se naredijo in vgradijo nosilci
elektro-motorja, nosilci baterij in podobno. Tretji korak je elektrifikacija vozila, kar se
odraža s vgradnjo elektro-motorja, krmilnikov, podpornih elementov in baterij.
Slika 7 iskrin motor
Slika 8 nameščena akumulatorska plošča
Slika 9 vgrajen elektromotor (Letrika d.d.)
3. LASTNOSTI VOZILA PO
PREDELAVI
DOMET(km)
KONČNA HITROST(km/h)
KAPACITETA CELIC (kWh)
ČAS POLNITVE(h)
80-100
100
11,84
3,5
CENA VOŽNJE(€/100km)
NOMINAL. NAP.(V)
MASA BATERIJ (kg)
1,1
59,2
72
3.1
STROŠKI DELA
Cena predelave je 13.800€, stroški homologacije so 176€. Aktualni razpis EKO slada z
naslovom Nepovratne finančne spodbude občanom za baterijska električna preko
katerega je možno dobiti subvencijo za predelavo vozila na električni pogon v višini
4000€. Šest mesečna garancija je na celotno prenovo avtomobila.
4. Prednosti in slabosti električnih
avtomobilov pred bencinskimi
Nižji stroški prevoza, vozila so tiha, manj obremenjujejo okolje, manj sestavnih delov,
cenejši, udobje, zmanjšanje onesnaževanje zraka, saj nima izpušne cevi, in zato ne oddaja
škodljive pline.
Poleg tega lahko kot bodočo prednost dodamo tudi prednost proizvodnje električne
energije, ki postaja vedno bolj lokalna (torej si bomo lahko energijo za napajanje naših
električnih vozil proizvedli kar doma). Čedalje več električne energije pa je proizvedeno iz
obnovljivih virov energije, kar pomeni, da vozila na električni pogon ne onesnažujejo
okolja.
4.1 Slabosti
Slabosti električnih avtomobilov so: doseg vozila je namreč omejen z zalogo energije, ki
jo ima vozilo na voljo.
Akumulatorji so težki in zavzamejo veliko prostora.( primer: za 500 kilometrov poti rabi
avto 800 kilogramski akumulator). Težava je v vzdržljivosti.
Akumulatorji imajo omejeno življenjsko dobo. Po izteku življenjske dobe jih je treba
nadomestiti z novimi, stare pa reciklirati, kar je obremenitev za okolje.
Polnjenje akumulatorja traja približno 3 ure. To težavo lahko rešimo le z zamenljivimi
akumulatorji.
5. DELOVANJE
Električni pogonski sistem je sestavljen iz vira električne energije (enega ali
več), elektromotorja in krmilne elektronike, ki skrbi za optimalno delovanje obeh
komponent. Kot vir električne energije se najpogosteje uporabljajo baterije oz
akumulatorji. Elektromotor je samo eden (centralni), katerega navor se preko prestav in
prenosnih mehanizmov prenese do pogonskih osi vozila, ki so nameščeni direktno na
kolesih, tako da ni potreb po dodatnih mehanskih prenosih.
Klasični električni pogon je enostaven in cenejši za vzdrževanje, saj ni menjave olja, svečk,
filtrov, izpušnega sistema.
Slika 10 delovanje
6. PRIROBNICA
Prirobnice se uporabljajo za prenos moči med elektromotorjem in zobniško črpalko. Pri
prirobnicah je pomembno za katero skupino zobniške črpalke gre ( skupina.1, Sk.2, Sk3. ..)
in premer osi elektromotorja. Prirobnica je izdelana iz aluminijeve zlitine AlMgSi 1 ali pa
po evropski označbi EN AW 6082 ( ki poleg aluminija vsebuje še magnezij in silicij). Luknje
na prirobnici se izvede z CNC vrtanjem v stroj vpišemo koordinate točk lukenj kjer se
točke nahajajo slika 11. Za nas so prirobnico naredili v Opremi ravne. Teža te prirobnice je
8 kilogramov. Minimalna natezna trdnost je 320N/mm2.
Slika 11 tehnična risba prirobnice
Slika 12 prirobnica vgrajena na motor
Slika 13 prirobnica narisana v narisu
Slika 14 slika prirobnice na autocadu
Slika 15 detail E
Slika 16 Prerez B-B
Slika 17 koordinate in premer lukenj na prirobi
Slika 18 prirobnica zadnja stran
Slika 19 prirobnica sprednja stran
Slika 20 Menjalnik 1
Slika 21 menjalnik 2
Slika 22 postavitev
Slika 23 krmilje elektromotorja
Slika 24, karakteristike elektromotorja
Slika 25, vgradnja motorja
Slika 26, mesto vstavitve motorja
Slika 27, vgrajen motor
7. PESTO
Če je potrebna večja žilavost izdelka, ga izdelamo iz jekel, ki vsebujejo manjši odstotek
ogljika, toda oplemenitena so z dodatkom molibdena (Č 5431 -VCNMO 150). Ker so nižje
ogljična in ker molibden preprečuje krhkost, so ta jekla skoraj v vsem območju trdot bolj
žilava od jekel, legiranih le s kromom. Ta jekla uporabljamo, kjer imajo večje prereze. Za
posebno močno obremenjene dele so uporabna le jekla, ki so legirana dodatno še z
nikljem ali manganom in vanadijem. To jeklo moramo še dodatno poboljšati, da
dosežemo natezno trdnost od 1000 do 1150N/mm2. To pa naredimo tako, da jeklo
segrejemo na temperaturo kaljenja okoli 900°C in nato gasimo v vodi ali olju, da izdelek s
kritično hitrostjo ohlajamo in potem še pri visoki temperaturi popuščamo okrog 400°C.
Slika 28pesto nameščeno na elektromotor
Slika 29 delavniška risba pesta
Slika 30 Pesto narisano v autocad
8.
ŠKATLA ZA BATERIJE
Slika 31škatla za baterije
Slika 32, nosilec motorja
Slika 33, nosilec v autocadu
Slika 34, pokrov motorja s releji in celicami
Slika 35 visoko napetostna škatla
Slika 36 hladilna rebra
9. PRERAČUN VIJAKOV NA
NATEZNO OBREMENITEV
Trdnostno kontroliraj vijak, ki je pritrjen na ohišje motorja tako, da je natezno
obremenjen. Ohišje motorja tehta 500kg. Vijak pa ima dimenzijo M8. Spada v trdnostni
razred 4.8. in varnost je 1.5
=
m=500kg
≤
,
=
trd. Razred=4.8.
=
ν=1.5
×
M8
=
!
=
= 500
=
× ×
= 213 /
,
× 10
5000
= 152.4 /
32.8
= 5000
2
<
Trdnostna kontrola
A2=32.8mm
Napetost v vijaku je manjša kot dopustna napetost, to pomeni da vijak prenese
obremenitev in ga ni potrebno zamenjati za večjega, ker bo obremenitev zdržal.
10. PRERAČUN VIJAKOV NA STRIG
d=16
Tr=8.8
ν=3.2
Preračunaj vijak ali zdrži strižno obremenitev
' = ≤'
,
=
'
= )×*+ = 1 =
' =
=
× ×
'
(.
×
,-*.
√(
=
3/44+
√(
= 200 /
)×*×,-*.
=
)× /×
, 0
= 23217
= 115.47 /
Tudi v tem primeru bo vijak preračunan na strig zdržal, saj je ' manjši kot '
.
11. ZAKLJUČEK
Spoznal sem, da se bodo električni avtomobili vse bolj uporabljali v vsakdanjem življenju,
samo delati je treba na tem, da bo vzpostavljena velikoserijska proizvodnja, ker če ne
stanejo avtomobili veliko več, kot če jih bi bilo veliko in si jih povprečni državljan bi lahko
privoščil. Naučil sem se tudi delati z programom AUTOCAD, saj je eden vodilnih sistemov
2D in 3D ustvarjanja in dobil dodatne znanja o uporabi in konstruiranju v tem programu.
12. LITERATURA
http://www.ad-pecjak.si/ECO/Smart/default.htm
http://www.elektro-crpalke.si/1/baza-znanja/prednosti-in-slabosti.aspx
http://sl.wikipedia.org/wiki/Elektri%C4%8Dni_avtomobil.
Nekatere slike sem posnel sam med delom na avtomobilu v šolskih delavnicah.
Avtoservisni tehnik
Električni avtomobil-Baterije
Avtor: Tilen Prinčič
Mentor: Miran Mozetič
Program: Avtoserviser PTI
NOVA GORICA, april 2013
Izvleček
V seminarski sem na kratko opisal vrste baterij, karakteristike. Bolj podrobno pa sem
opisal baterije, ki jih bomo vgradili mi.
Ključne besede:
•
Baterija
•
Celica
•
Energijska gostota
•
Napetost
•
Življenjska doba
•
Domet
•
Kapaciteta
•
Polnjenje
Kazalo
Uvod…………………………………………………………………………….………str. 1
Vrste baterij……………………………………………………………………………..str. 2
Nekaj o posameznih baterijah………………………………………………………….str. 3
Ni-Cd……………………………………………………………………………………str. 4
Ni-Mh………………………………………………………………………...…………str. 5
Li in Li-ion…………………………………………………………………...…………str. 6
Baterije jih boo vgradili v naš avtomobil……………………………………………….str. 8
Tehnologija LiFePO4 akumulatorjev……………………………………………..……str. 9
Polnjenje LiFePO4 celic in akumulatorjev……………………………………………str. 10
Nadzor celic LiFePO4 – BMS……………………………………………….….……..str. 12
Varnost……………………………………………………………………….....………str. 13
Literatura in viri………………………………………………………………..………str. 14
Kazalo grafov
Tabela padca kapacitete in napetosti glede na obremenitev…………………………...str. 8
Graf polnjenja baterij…………………………………………………………………..str. 10
Kazalo tabel
Karakteristike…………………………………………………………………………..str. 7
Kazalo slik
Slika 1 montaža zaboja…………………………………………………………………str. 8
Slika 2 prostor zaboja…………………………………………………………………..str. 8
Uvod
Baterija je naprava, ki pretvarja kemično energijo v električno. Vsaka baterija je
sestavljena iz ene ali več galvanskih celic. Glavna razlika med posameznimi tipi baterij je v
materialih, ki so uporabljeni za anodo, katodo in elektrolit. Različni materiali dajejo
baterijam različne lastnosti in tudi omogočajo polnjenje (ali ne polnjenje) baterij - le pri
določenih vrstah uporabljenih materialov je namreč možno obrniti kemijski proces, ki
poteka v bateriji pri praznjenju in jo tako napolniti.
Pogonska baterija je glavni in najdražji del električnega vozila, njena napetost in
kapaciteta pa tudi definirata vse ostale komponente.
Svinčene baterije pridejo v poštev le za zelo lahka in počasna vozila s hitrostjo do 45 km/h
najboljše pa so poltrakcijske deep cycle
1
Vrste baterij
•
Ni-Cd akumulator (Nikelj-kadmijev akumulator) z nazivno napetostjo celice 1,2 V,
•
Ni-Fe akumulator (Nikelj-železov akumulator) z nazivno napetostjo celice 1,2 do
1,9 V,
•
Ni-MH akumulator (Nikelj-metalhidridni akumulator) z nazivno napetostjo celice
1,2 V,
•
Li-Po akumulator (Litij-polimerni akumulator) z nazivno napetostjo celice 3,7 V,
•
Li-Ion akumulator (Litijev akumulator) z nazivno napetostjo celice 3,62 V,
•
Li-Fe-PO4 akumulator (Litij-železov-fosfatni akumulator) z nazivno napetostjo
celice 3,2 V,
•
Ag-Zn akumulator (Srebro-cinkov akumulator) z nazivno napetostjo celice 1,5 V,
•
Zn-Brom akumulator (Cink-bromov akumulator) z nazivno napetostjo celice 1,76 V,
2
Nekaj o posameznih baterijah
Alkalne baterije:
baterije, ki jih najbolj pogosto uporabljamo in se ne dajo polniti. Običajno imajo cinkovo
anodo, ogljikovo katodo in luznat elektrolit.
Alkalne baterije, ki jih lahko polnimo so se pojavile v zadnjem času. Njihova zgradba
(uporabljeni materiali) in lastnosti so podobne navadnim alkalnim baterijam.
Napetostna krivulja praznjenja alkalnih baterij je zelo strma (skoraj linearna). Ko se
baterija prazni pada njena napetost skoraj linearno. Take baterije zato niso primerne za
digitalne fotoaparate, saj le-ti zahtevajo relativno visoko napetost za svoje delovanje.
Alkalna baterija je zaradi tega že po nekaj urah (ali celo prej) uporabe v fotoaparatu zanj
"prazna" (v resnici ni prazna - poskusi tako, da jo "sprazniš" v fotoaparatu in jo potem
uporabiš v na primer walkmanu ali kakšni igrači).
Pomanjkljivost alkalnih baterij, ki se lahko polnijo, je tudi v tem, da jih lahko napolnimo
samo 20 - 100 krat.
3
NiCd:
Nikelkadmijeve baterije so baterije, pri katerih je anoda iz kadmija in katoda iz nikljevega
hidroksida.
Napetostna krivulja praznjenja NiCd baterij je precej bolj položna kot pri alkalnih in tako
NiCd baterije obdržijo svojo nominalno napetost (oz. so zelo blizu le-tej) približno 2/3 časa
praznjenja, potem pa napetost zelo strmo pade. Kot take so primerne za uporabo tudi v
digitalnem fotoaparatu. Napolnimo jih lahko nekje do 1000 krat. Težava NiCd baterij je
edino, da so podvržene takoimenovanemu memory efektu. Če baterije ne izpraznimo v
celoti, se pri naslednjem polnjenju ne bo več popolnoma napolnila. To se zgodi zato, ker
se pri polnjenju NiCd baterije tvorijo nekakšni kristali, ki zavirajo kemijski proces
generiranja elektronov pri praznjenju. Če se baterija ne izprazni v celoti, jih nekaj ostane
in po naslednjem polnjenju jih je potem vedno več. Skratka, kakor se to ponavlja, se
kapaciteta baterije manjša in baterija sčasoma postane neuporabna. Pri fotoaparatu je to
kar problem, saj se v fotoaparatu baterija nikoli ne izprazni popolnoma. Je pa res, da
obstajajo polnilci, ki baterijo najprej izpraznijo in šele potem napolnijo, kar v veliki meri
(bojda ne popolnoma) izniči memory efekt.
4
NiMh
Baterije so zelo podobne NiCd baterijam, le da je namesto kadmija za anodo uporabljena
nekakšno kovinska zlitina.
Napetostna krivulja praznjenja je zelo podobna tisti pri NiCd - torej položna. Večina
proizvajalcev tudi trdi, da imajo NiMh baterije tudi do 40% večjo kapaciteto od enakih
NiCd baterij (torej, da traja baterija 40% časa dlje kot NiCd). Napolnimo jih lahko pravtako
približno 1000 krat. Obenem NiMh baterije nimajo memory efekta. Kot take (pa tudi
zaradi ugodnega razmerja cena / zmogljivosti - niso kaj preveč dražje od NiCd) so najbolj
primerne za digitalni fotoaparat. Njihova slabost je le morda relativno visoka stopnja
samopraznjenja (baterija se prazni zaradi vlage v zraku in - sicer majhne - prevodnosti
ohišja tudi ko ni v uporabi). Ta stopnja je za NiMh približno 2 do 3% na dan, tako, da jih
moramo ali uporabljati non-stop, ali jih napolniti neposredno pred uporabo. To pa pri
digitalnem fotoaparatu itak ne bi smel biti problem.
Za primerjavo, stopnja samopraznjenja alkalnih baterij je pribl 5% na leto, NiCd pa pribl.
1% na dan.
5
Li in Li-ion
baterije so baterije, ki se pojavljajo predvsem v zadnjem času. Pri le-teh je anoda iz litija.
Li baterije se ne dajo polniti, Li-ion pa so podobne baterije, le da jo lahko polnimo. Po
značilnostih so podobne NiMh baterijam, imajo pa veliko večjo kapaciteto (po nekaterih
virih 3 krat več kot NiMh). Težava je le, da so drage (nekajkrat dražje od NiMh). Obenem
so bojda lahko zelo nevarne, saj litij v stiku z vodo reagira tako, da sprošča vodik, ki je
vnetljiv in eksploziven, obenem pa je tališče litija menda nekje pri 180C in če pride do
taljenja litija (kar se pri tako nizki temperaturi tališča kaj lahko zgodi) in stika s katodo se
menda sprožijo zelo neugodne kemijske reakcije. Zadnje čase vse vec proizvajalcev
uporablja za napajanje fotoaparatov prav takšne baterije (zaradi velike kapacitete).
6
Karakteristike
Tip
Energijsk
a gostota
Svinčen 30-50
e
Ni-Cd
Ni-MH
Wh/kg
48-80
Wh/kg
60-120
Wh/kg
Ni-MH
60-120
LSD
Wh/kg
Alkalna
Li-ion
Li-Po
Napetos
t ene
celice
a
e
(mesečno)
a napetost
polnjenja
(na
spominskeg
a učinka
celični)
5%
2,3 V
?
1,25 V
1500
1h
> 20 %
1,25 V
da
1,25 V
300-500
2-4 h
> 30 %
1,25 V
1,25 V
1800
2-4 h
<2%
1,25 V
100
1-16 h
< 0,3 %
V
Wh/kg
ciklov)
polnjenj
izpraznjevanj
8-16 h
Wh/kg
130-200
(polnilnih
Čas
Minimaln
200-300
1,5-1,65
Wh/kg
a doba
Samo
2,4 V
80-160
110-160
Življenjsk
Delnoma
Delnoma
?
3,7 V
500-1000 2-4 h
10 %
3,7 V
ne
3,7 V
300-500
10 %
3,7 V
ne
2-4 h
7
Baterije, ki jih bomo vgradili v naš avtomobil
Odločili smo se da bomo v naš električni avtomobil vgradili Li-Fe-PO4 akumulatorje.
Akumulator sestavljajo 15 celic ki so medseboj vezane z zaporedno vezavo. Napetost
vsake celice je 3,6 V. Nominalna napetost pa je 48 V. Vsaka celica je varovana s
BMS(battery management system) .Polni se z 51,4 V z maksimalno močjo 3 KW , čas
polnjenja je pa od 3 do 3,5 ur. Baterije bomo dali v aluminijast zaboj na mesto kjer je bil
prej rezervoar. Zaboj bo vodno izoliran. Ker baterije ne smejo bit izpostavljene
temperaturi pod 4stC v zaboju bo vgrajen še grelec.
Domet pa od 60-90 km
Tabela padca kapacitete in napetosti glede na obremenitev
8
Slikaaprikazujeamontažoazabojaabaterij
Slikaaprikazujeaprostorakjerasmoamontiraliazabojabaterij
Tehnologija LiFePO4 akumulatorjev
Razvoj je pripeljal do odkritja LiFePO4 akumulatorjev, ki temeljijo na osnovni Li-ion
kemijski tehnologije, kjer pa je kot katodni material uporabljen LiFePO4 (Litij - železov
sulfat) namesto LiCoO2 (litij-kobalt dioksid), ali LiMn2O4 (litij magnezij oksida).
V nasprotju z Li-ion akumulatorji so LiFePO4 akumulatorji izredno stabilni in varni. Tudi
prenapolnjenost, kratek stik ali fizično poškodovanje ne more povzročiti eksplozije. Ti
akumulatorji so tudi odporni na visoke temperature in njihovo področje delovanja sega do
400stC.
Osnovne prednosti LiFePO4 tehnologije so varnost, zagotavljanje večjega števila ciklov
polnjenj in praznjenj odpornost na visoke temperature.
LiFePo4 akumulatorji, v nadaljevanju jih bomo imenovale LFP akumulatorji, postajajo vse
bolj cenjena baterijska tehnologija, predvsem na področjih uporabe, kjer se od baterije
pričakuje čim manjša teža,veliko število ciklov,hitro polnjenje in možnost praznitev z
visokim tokom.
9
Polnjenje LiFePO4 celic in akumulatorjev
LFP celice se lahko polnijo v načinu »hitrega polnjenja« Napetostno področje praznjenja in
polnjenja je med 2,0 in 4,0V po celici, različno pri različnih proizvajalcih, zato se držite
navodil za uporabo, ki so priložena baterijam.
Optimalni tok polnjenja je 0,3-0,5CA.
Polnjenje baterij LiFePO4 poteka v dveh stopnjah.
1 stopnja: polnjenje s konstantnim polnilnim tokom 0,5CA, dokler baterija ne doseže
maksimalne napetosti (običajno 4,0V)
2. stopnja: polnjenje z maksimalno napetostjo (4,0V) dokler tok ne pade pod 0,03CA, ko je
polnjenje zaključeno
Polnilni čas je običajno 2-3 uri, odvisno od tipa polnilca.
Nekateri polnilci zaključijo polnjenje po 1. stopnji in deklarirajo baterijo napolnjeno cca
75% kot pripravljeno za uporabo.
Za polnjenje LiFePO4 akumulatorjev svetujemo uporabo posebnih polnilcev, ki
zagotavljajo režim polnjenja skladno z zahtevami proizvajalca akumulatorjev
10
LFP baterije se lahko polnijo pod 0,5CA Napetostno področje praznjenja in polnjenja je
med 11,0 in 16V.
Optimalni tok polnjenja je 0,3CA.
11
Nadzor celic LiFePO4 - BMS
V primeru, da se baterija napolni nad ali izprazni pod predpisano napetost, se lahko
poškoduje in uniči. Da bi preprečili tovrstne okvare, morajo biti celice nadzorovane in se
mora pre-izpraznjenost in prenapolnjenost preprečiti.
Temu je namenjen BMS (battery management system), ki ga skupaj s celicami nudijo tudi
posamezni proizvajalci LIFePO4 baterij. V primeru, da je okvara celic-baterij posledica
okvare BMS, proizvajalec ne priznava garancije, ter mora stroške nositi proizvajalec BMS.
12
Varnost
Opravljenih je bilo vrsta testov glede varnosti pri uporabi LiFePO4 akumulatorjev.
Navajamo nekaj testov, ki so bili opravljeni na baterijah Thunder Sky.
Test pri nastanku kratkega stika.
Celica je bila pri temperaturi 20stC pri 90% napolnjenosti njene nazivne kapacitete
izpostavljena zunanjemu kratkemu stiku za 10 minut. Celica ni eksplodirala ali povzročila
ognja, lahko se pojavi dim
Test vodo odpornosti
Celica je bila pri temperaturi 20stC pri 90% napolnjenosti njene nazivne kapacitete
potopljena v vodo za 1 uro.
Ni prišlo do izlitja, celica ni eksplodirala ali drugače škodovala okolju
Test ognjevarnosti
Celica je bila pri temperaturi 20stC pri 90% napolnjenosti njene nazivne kapacitete
postavljena v ogenj, dokler se ni upepelila.
Celica ni eksplodirala.
13
Literatura in viri
Internet
•
http://www.google.si/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=13&cad=rja&v
ed=0CIUBEBYwDA&url=http%3A%2F%2Fwww.eavto.si%2Fkoristneinformacije%2F114-tehnologija-lifepo4akumulatorjev&ei=gmCZUdqGHcuGhQfAn4GADQ&usg=AFQjCNFl0URlqgjrJgvSi_2A
1V7HOqFMXQ&sig2=bcpX6io_V0LYcjnXNpbiVQ&bvm=bv.46751780,d.Yms
•
http://it.wikipedia.org/wiki/Accumulatore_di_carica_elettrica
•
http://rccenter.si/content/6-akumulatorji
14
ŠOLSKI CENTER NOVA GORICA
Strojna, prometna in lesarska šola
STROKOVNI PREDMET
PREDELAVA AVTOMOBILA NA ELEKTRIČNI POGON
AVTOR: Grega Žvokelj
MENTORJI: Miran Mozetič, Matjaž Zagorc, Aleksander Krpan
PROGRAM: Avtoserviser tehnik-PTI
NOVA GORICA , april 2013
ZAHVALA:
Zahvaljujem se mentorjem Miranu Mozetiču, Matjažu Zagorcu in Aleksandru Krpanu za
pomoč,nasvete in strokovno podporo pri izdelavi te seminarske naloge.
IZVLEČEK:
Moja seminarska naloga vsebuje opis predelave vozila na električni pogon.
V prvem delu sem prikazal zgodovino električnih vozil in njihovo vključevanje v javni
promet in njihovo nekonkurenčnost v svetu.
Glavna tema prikazuje opis demontaže Otto motorja in montaže elektromotorja v šolski
delavnici, ter izdelovanje novo potrebnih nosilcev in drugih prilagoditev.
KLJUČNE BESEDE:
pesto, zgodovina električnih vozil, primerna vozila , Otto motor demontaža , prirobnica,
sklopka, izdelovanje nosilca, montaža elektromotorja,
Kazalo
1. UVOD ............................................................................................................................... 60
1.1 Zaželeni so naslednji pogoji:................................................................................................... 60
1.2 Nekaj primernih avtomobilov za predelavo na električni pogon : ......................................... 61
2. ZGODOVINA IN RAZVOJ ELEKTRIČNIH AVTOMOBILOV ............................................... 62
3. PREDELAVA SMARTA NA ELEKTRIČNI POGON................................................................. 69
3.1 Demontaža motorja z notranjim izgorevanjem in montaža električnega motorja ................ 71
3.2 Montaža celotnega sklopa menjalnika, prirobnice in elektromotorja ................................... 74
4. ZAKLJUČEK ....................................................................................................................... 76
5. VIRI: .................................................................................................................................. 77
Kazalo slik:
Slika 1: Kočija na električni pogon iz leta 1888 ................................................................................ 62
Slika 2: CityEL.................................................................................................................................... 63
Slika 3: Twike iz švice ....................................................................................................................... 64
Slika 4: Golf3 CITYstromer ................................................................................................................ 64
Slika 5: R5 elektric ............................................................................................................................ 65
Slika 6: Izgled električnega vozila GM .............................................................................................. 65
Slika 7: Zmečkana GM vozila ............................................................................................................ 66
Slika 8: Peugeot 106 na elektriko ..................................................................................................... 67
Slika 9: Toyota Pirius hibrit ............................................................................................................... 68
Slika 10: Smart ŠC NOVA GORICA..................................................................................................... 69
Slika 11: Fotografija s celodnevnega predavanja ............................................................................ 70
Slika 12: Andrej Pečjak s sovoznikom Federicom Mlynarzickom ..................................................... 70
Slika 13: Smart na dvigalu ................................................................................................................ 71
Slika 14: Odklop cevi hladilnega sistema (levo), odklop vse inštalacije z motorja(desno) .............. 71
Slika 15: Smart na dvigalu med demontažo Otto motorja ............................................................... 72
Slika 16: Prikaz montaže motorja za načrtovanje nosilca ................................................................ 72
Slika 17: Motor na mestu, a še brez nosilca ..................................................................................... 73
Slika 18: Novi nosilec ........................................................................................................................ 73
Slika 19: Pomožni nosilec ................................................................................................................. 74
Slika 20: Preverjanje skladnosti tranzmisija -prirobnica .................................................................. 75
Slika 21: Lepilno sredstvo za vijake .................................................................................................. 75
Slika 22: Prikaz vseh pogonskih delov .............................................................................................. 76
1. UVOD
Moja seminarska je nastala na podlagi predelave vozila na električni pogon. Menim, da imajo
električna vozila, možnost velikega razvojnega napredka v prihodnosti, saj vsi vemo, da se
naftni derivati dražijo in so s tem vedno bolj obremenjujoči za naše denarnice.
To seminarsko sem si izbral, ker me to zelo zanima in bi rad v prihodnosti tudi sam predelal
klasično vozilo v vozilo na električni pogon. Za električna vozila vemo, da so ekološko čista,
ker v ozračje ne spuščajo nič škodljivih plinov, so ekonomična, tiha in na dolgi rok se nam
investicija kmalu povrne in ne povzroča dodatnih stroškov, razen porabe elektrike za
polnjenje baterij.
Za predelavo avtomobila na električni pogon najprej potrebujemo primeren avtomobil.
1.1 Zaželeni so naslednji pogoji:
Masa vozila naj bo čim manjša - s tem bomo dosegli boljše pospeševanje in
posledično večji domet vozila.
Vse hladilne reže za hladilnike otto in Diesel motorje je treba zamašit, ker
ustvarjajo dodatni zračni upor. S tem dosežemo boljšo in ekonomično
aerodinamiko. Koeficient zračnega upora(cw) naj bo pod 0.33.
Upoštevati je treba tudi druge upore kot je kotalni upor koles - priporočljivi so
ožji kotalni plašči.
Preden se za predelavo odločimo moramo vedeti ali ima avtomobil električni
servo volan ali ročni volan. Hidravlični servo volan ni zaželen, ker bi morali
povezati črpalko servo volana na elektromotor. Črpalka ustvarja dodaten upor
elektromotorja
in
porablja
električno
energijo.
Ta
dodatni
upor
elektromotorja zmanjša moč in domet vozila.
Avtomobil naj ima čim manj elektronike, katera nam bi pozneje ko bomo
elektromotor montirali in povezali lahko povzročala težave in preprečevala
delovanje samega menjalnika in elektromotorja.
1.2 Nekaj primernih avtomobilov za predelavo na električni pogon :
Poznamo vozila, katera izpopolnjujejo nekaj zgornjih navedenih pogojev. Sem spadajo vozila
manjših razredov in tipov, ker je pri njih zahtevnost predelave lažja.
Smart fortwo -Roadster
Fiat: Panda - Cinqucento - Seicento – Punto
Renault :twingo -Kangoo
vw: Polo – Up
Dacia: Sandero
Piaggio: porter
2. ZGODOVINA IN RAZVOJ ELEKTRIČNIH AVTOMOBILOV
Zgodovina električnih vozil sega v leto 1881.
Mihael Faraday je že leta 1821 dokazal, da je možno z elektromagnetizmom doseči
centrifugalno vrtenje rotorja motorja. V letu 1836 so razvili Danielov člen. Leta 1859 so
razvili svinčeni akumulator. Prvi avtomobil na električni pogon 1881 je razvil ter ga javnosti
prestavil Gustave Trouvé. Še istega leta je Alphonse Faure izdelal in prestavil avtomobil s
svinčenim akumulatorjem.
Slika 37: Kočija na električni pogon iz leta 1888
Vir: www.elektrowagen.biz
Leta 1900 je bilo v Ameriki 38% avtomobilov, ki jih je poganjala elektrika. V New Yorku leta
1901 pa kar 50% takih avtomobilov.
Leta 1912 proizvodnja električnih vozil doseže vrhunec. Tega leta so jih izdelali kar
33 842 vozil.
Od leta 1920 do 1940 se je zaradi udobnih bencinski motorjev in nizke cene goriva,
proizvodnja električnih vozil zmanjševala in do leta 1990 skoraj šla v pozabo.
Leta 1990 se je pričela zalivska vojna, ki je povzročila, da je cena nafte hitro naraščala.
Ekologi in okoljevarstveniki so začeli opozarjati na škodljive pline, ki nastanejo pri
izgorevanju naftnih derivatov in s tem onesnažujejo ozračje.
Naftna kriza in ozaveščanje ljudi o škodljivosti naftnih plinov, je povečalo naravo varstveno
zavest ljudi.
Ponovno se je pojavila ideja, da bi v avtomobile vgrajevali elektromotorje.
V 1987 na danskem proizvajajo model miniEL .
Nekaj let kasneje 1994 so ta isti model izdelovali in prodajali pod imenom cityEL v Nemčiji in
sicer v mestu Würzburgu.
Slika 38: CityEL
Vir:www.cityEL.com 5.5.1013
Ta čas se je v Švici izdeloval in razvijal Twike
Slika 39: Twike iz švice
Vir: www.twike.com 5.5.2013
Med letom 1992-1996 razmišljajo o električnem vozilu tudi pri Volkswagnu in izdelajo
Volkswagen Golf CitySTROMERjem, vendar proizvodnjo kmalu ustavijo. Izdelali so samo okoli
120 vozil.
Slika 40: Golf3 CITYstromer
VIR: www.golf citystromer.si 5.5.2013
Med letoma 1992-1994 v Sloveniji proizvedejo dva prototipa Renault5 na električni pogon.
Mira Zorič je bil vodja projekta. Pomagala mu je skupina inženirjev. To projekt so pripravili za
slovensko podjetje Revoz, vendar z proizvodnjo tega avtomobila niso nikoli pričeli.
Slika 41: R5 elektric
vir: www.ad-pecjak.si/eco/zgodovina_ev_slo.htm
Med letom 1996 in 1999 v Ameriki začne izdelovati General Motors Elektric Vehicle 1. GM
EV 1 je prvi serijski proizvajalec električnih avtomobilov. Proizvedli so jih 1100 električnih
avtomobilov. Proizvodnjo so ustavili zaradi pomanjkanja zanimanja. Te avtomobile so
stranke imele v lasti izključno na lizing. Vozili so jih v mestih. Kupci so bili nad tem
avtomobilom navdušeni, vendar General Motors v ta vozila ni vlagal in verjel. Ko se je v
Ameriki politika spremenila je Genarals Motors vsa vozila zaplenil in jih dal za staro železo
oziroma na avto odpad.
Slika 42: Izgled električnega vozila GM
VIR:WWW.GM EV1.COM 5.5.2013
Slika 43: Zmečkana GM vozila
VIR:WWW.GM EV1.COM
Med letoma 1995 in 2005 so pri PSA Citroen Peugeot začeli razvijati avtomobil na električni
pogon. Razvili so Peugeot 106 in Citroen saxo.
Ta dva avtomobila sta imela domet do 650 km.
Moč baterij je bila 120 voltov ,100 AH pri 300 kilogramih baterij.
Proizvedli so 10000 avtomobilov.
Proizvodnjo so morali ukiniti, ker je evropska unija prepovedala uporabo nikelj kadmijevih
baterij.
Slika 44: Peugeot 106 na elektriko
Vir: WWW.PEUGEOT 106 ELECTRIC.NET
Nekje od leta 2004 naprej razvijajo in predelujejo električne avtomobile le manjše
avtomobilske delavnice, katere imajo zaposlene ljudi, ki jim je kreativno in inovatorsko delo v
veselje in izziv.
Te delavnice nikakor niso konkurenčne. Razvoj in dodelave na avtomobilih vzamejo veliko
časa, denarnih sredstev in raziskovanje novih tehnologij. Pri tem delu tvegajo na svoj račun.
Velika avtomobilska podjetja imajo v sklopu podjetja razvojna jedra, ki svoja predhodna
znanja samo nadgrajujejo, uvajajo nove materiale in tehnologijo obdelave materialov za
nove prototipe.
Nove prototipe v teh razvojnih jedrih testirajo po v naprej določenih standardih.
Velika podjetja sedaj razvijajo hibride, oziroma kombinirano delovanje elektro pogona z
motorjem z notranjim izgorevanjem.
Kmalu bodo pričeli proizvajati vozila samo na električni pogon, katera bodo prijazna okolju in
učinkovita.
Slika 45: Toyota Prius hibrid
Vir: www.toyotaprius.si
3. PREDELAVA SMARTA NA ELEKTRIČNI POGON
Slika 46: Smart ŠC NOVA GORICA
V šoli smo se odločili, da bomo predelali vozilo na električni pogon. Šola se je prijavila na
razpis in za ta projekt dobila evropska sredstva. Kmalu za tem je šola kupila primerno vozilo
za predelavo. To je Smart letnik 2002. Vozilo je registrirano na ŠC. S šolo smo obiskali
predavanje mojstra Andreja Pečjaka, kateri je uspešno predelal že kar nekaj takih vozil in tudi
drugačnih in ima s tega področja predelovanja veliko izkušenj pa tudi znanja.
Slika 47: Fotografija s celodnevnega predavanja
Letos je Andrej Pečjak tudi sodeloval na avtomobilistični dirki z vozili na alternativna goriva v
Monte Carlu. Dirka je potekala 3dni. Za skupno pot je porabil najmanj kilovatnih ur elektrike
in s tem prepričljivo zmagal. Vozil je avtomobil Dacio Sandero, katero so pripravili v domači
delavnici.
Slika 48: Andrej Pečjak s sovoznikom Federicom Mlynarzickom
vir: http://siol.sdn.si/sn/img/13/087/635000437815775964_dscn6655.jpg
3.1 Demontaža motorja z notranjim izgorevanjem in montaža
električnega motorja
Avtomobil sem postavil na dvigalo ter mu snel notranje tapete, zunanje zaščite motorja,
zadnji odbijač in vezno steno.
Slika 49: Smart na dvigalu
Potem sem iz motorja spustil hladilno tekočino ter odklopil inštalacijo in dovod goriva z
motorja. Motorno inštalacijo sem pustil kar na motorju .
Slika 50: Odklop cevi hladilnega sistema (levo), odklop vse inštalacije z motorja(desno)
Na to sem pod motor podstavil voziček in dvigalo spustil tako, da se je motor naslonil na
voziček.
Odvil sem polgredi in nosilce motorja in menjalnika . Dvigalo sem počasi dvignil in motor je
ostal na vozičku. Pri dvigovanju vozila sem pazil, da ne bi nastale morebitne poškodbe
motorja in opreme na njem.
Slika 51: Smart na dvigalu med demontažo Otto motorja
Nato sem ločil inštalacijo motorja od inštalacije menjalnika in ločil menjalnik od motorja tako
sem odvil povezovalne vijake. Nato sem menjalnik očistil s čistilnim bencinom. Potrebno je
bilo izdelati nove nosilce za novi elektromotor.
Slika 52: Prikaz montaže motorja za načrtovanje nosilca
Slika 53: Motor na mestu, a še brez nosilca
Motor, prirobnico in menjalnik sem samo obesil na vozilo. Pomagal sem si z vrvjo. Uporabil
sem L profil 50x50x5, ter ga zvil in oblikoval tako, da je sedel pravilno na prirobnico in motor
držal v pravi liniji. Na nosilec (zelena puščica) sem privaril še dva manjša koščka (modri
puščici) železa in sicer tako, da je sedlo na vijake na prirobnici in v njiju zavrtal izvrtine fija 9,5
mm. Na karoserijo sem ustrezno namestil dva gumijasta blažilca (rdeči puščici) in na njiju
obesil nosilec z menjalnikom in električnim motorjem.
Slika 54: Novi nosilec
Na prečnem nosilcu motorja in menjalnika sem moral narediti dodaten nosilec, kateri bo
držal nosilec motorja, za to sem uporabil kvadratno jekleno cev 40x40, katero sem oblikoval
tako, da je bila vodoravna na vozilo. Potreboval sem ravno površino za gumijast blažilnik.
Pritrdil sem jo z dvema vijakoma (rdeči puščici prikazujeta lokacijo vijakov). Ko sem nosilce
ustrezno lokaliziral, sem jih odvil z avtomobila in jih ustrezno zaščitil proti koroziji.
Slika 55: Pomožni nosilec
3.2
Montaža
elektromotorja
celotnega
sklopa
menjalnika,
prirobnice
in
Slika 56: Preverjanje skladnosti tranzmisija -prirobnica
Najprej sem preveril prirobnico, če se ujema z merami menjalnika, če vse izvrtine prav
ustrezajo na menjalnik. Ugotovil sem, da polgred ne bo ustrezala na menjalnik, saj je
prirobnica bila narejena narobe. Prirobnico sem moral odviti in jo dal mojstrom, da jo
pravilno poreskajo na reskalnem stroju, da bo ustrezala obstoječim polgredem. Mojstri so
odvečen del poreskali. Potem sem prirobnico z štirimi močnimi vijaki m12 privil na
elektromotor. Na rotor motorja sem privil pesto sklopke ter vijak, ki drži pesto na ozobljenju
in zaščitil proti odvitju tako, da sem vijak namazal z sredstvom proti odvijanju vijakov ter
vijak stisnil na vso moč.
Slika 57: Lepilno sredstvo za vijake
Vir: www.loctite.com
Potem sem na pesto privil vztrajnik sklopke in sklopko s potisno ploščo. Na prirobnico sem
privil menjalnik. Vse sem dobro stisnil in zaščitil pred odvijanjem, da pri kasnejši rabi
avtomobila ne bi prihajalo do poškodb pogonskih elementov.
asinhronski
menjalnik z
avtomatskim
prestavljanjem
Prirobnica
iz aluminija
Elektro
asinhronski
Motor 15kw
Pesto sklopke
iz jekla
Slika 58: Prikaz vseh pogonskih delov
Motor in menjalnik sem montiral na novi nosilec. V menjalnik sem montiral polgredi in jih
pritrdil na obstoječa mesta. Privil sem povezovalne vzvode mosta in vse skupaj dobro privil.
V menjalnik sem nalil novo olje 75W/80. Porabil sem 1,4 litra olja.
4. ZAKLJUČEK:
Za ta šolski projekt sem se odločil, ker me električna vozila zanimajo. Hotel sem sodelovati in
si pridobiti potrebna znanja o avtu na električni pogon. Omogočeno mi je bilo, da sem pri
tem projektu sodeloval in ga s svojim že pridobljenim znanjem in znanjem, ki so nam ga
posredovali mentorji nadgradil. Ob predelavi vozila sam uspešno sodeloval in fizično izvajal
prilagoditve, iskal nove ideje, komuniciral s sošolci in profesorji.
5. VIRI:
1 Jože Voršič: Zgodovinski razvoj električnih vozil od 1880
[URL:http://www.google.si/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=4&ved=0CFUQFjAD
&url=http%3A%2F%2Fwww.obnovljivi.com%2Fpdf%2FPDF_OBNOVLJIVI_COM%2FURH_T5_5
.vorsic_elektromobilnost.pdf&ei=p2dhUfbLJsiQ4gSPvIHgBQ&usg=AFQjCNGRo4jUWIGGodNr
QAr_7Z3eUDbj7w&sig2=f2mKcIaikn5zHEalLZ5VbQ&bvm=bv.44770516,d.bGE&cad=rja
],
15.4.2013
2 Jure Gregorčič: Andrej Pečjak je s svojo električno dacio šokiral ekipo Tesle
[URL:http://www.siol.net/avtomoto/novice/2013/03/andrej_pecjak_ev_dacia_zmaga_mont
e_carlo_rally.aspx], 15.4.2013
3 Interno gradivo: Andrej Pečjak: Električna mobilnost v praksi
4. Smart [URL: http://si.smart.com/], 17.4.2013
STROJNA PROMETNA IN LESARSKA ŠOLA
PREDELAVA VOZILA NA ELEKTRIČNI POGON
AVTOR: Nejc Škarabot
MENTOR: Miran Mozetič
PROGRAM: Avtoservisni tehnik
NOVA GORICA, maj 2013
IZVLEČEK
Ta seminarska naloga nastaja na podlagi električne mobilnosti, ter našega projekta;
predelava bencinskega avtomobila Smart, na električni pogon.
KLJUČNE BESEDE
Elekrtično vozilo, podtlačna črpalka, grelec, električna vtičnica, potenciometer plina
KEYWORDS
Electric vehicle, vacuum pump, heater, electrical outlet, gas potentiometer
KAZALO
1 UVOD………………………………………………………………………………………..1
2 ELEKTRIČNA MOBILNOST NEKOČ IN DANES……………………………………2
2.1 Zgodovina električnih vozil…………………………………………………………….2
3 PROJEKT ELEKTRIČNI SMART…………………………………………………….. 5
4 GRETJE VOZILA…………………………………………………………………………8
4.1 Električni grelec………………………………………………………………………...9
5 SERVO ZAVORE………………………………………………………………………..10
6 POTENCIOMETER ZA PLIN…………………………………………………………..11
7 VTIČNICE ZA POLNJENJE……………………………………………………………12
8 ZAKLJUČEK……………………………………………………………………………..13
9 LITERATURA IN VIRI………………………………………………………………….14
UVOD
V tej seminarski nalogi bom opisal nekatere dele, iz avtoservisne stroke, brez katerih vozilo
nebi delovalo pravilno, ali so potrebni za homologacijo vozila, brez katere registracija ni
mogoča. Naštel bom možne izvedbe gretja in podrobneje opisal sistem, ki ga bomo vgradi v
vozilo, ter mesto montaže. Nato bom navedel in opisal izvedbe in standarde električnih
priključkov za polnjenje ter njihove prednosti in slabosti. Opisal bom tudi podtlačno črpalko,
podtlačno stikalo, njun namen in mesto montaže, potenciometer za plin, ter zakaj je
potrebna njegova menjava.
Slika 1: Smart pred predelavo na električni pogon
1
ELEKTRIČNA MOBILNOST NEKOČ IN DANES
Zgodovina električnih vozil
Električni avtomobili imajo že zelo dolgo zgodovino. Smatra se, da je prvo električno vozilo
zgradil Robert Anderson s Škotske že 1839, kar se ni moglo primerjati s parnimi vozili, ki so
križarila po cestah in tračnicah Anglije tisti čas. Med 1890 in 1910 sta izumitelja H. Tudor in T.
Edison s pomočnikom Jungnerjem iznašla princip današnjega akumulatorja. Tudor je naredil
svinčeni akumulator, Edison in Jungner pa iz niklja in železa. Te iznajdbe so omogočile
izgradnjo električnega avtomobila. Tako je npr. The Pope Manufactoring Co. iz Hartforda
(Connecticut, ZDA) v letu 1897 začel proizvajati električne avtomobile in v dveh letih
proizvedel 500 avtomobilov. Leta 1902 je The Studebaker Brothers Manufacturing Company
sestavljala celo pet različnih modelov električnih vozil. Že dve leti kasneje je imela kar tretjina
vseh registriranih taksijev v New Yorku, Chicagu in Bostonu pogon s pomočjo baterij.
Slika 2: the Bersey taxi, najstarejši Londonski električni taksi
2
The Electric Vehicle Company je sestavljala tudi električne tovornjake in avtobuse, ki pa so
bili zelo težki in niso mogli premagovati daljših oddaljenosti in že takrat so spoznali, da bi bilo
za realizacijo kaj takega potrebno zgraditi črpalke za polnjenje izpraznjenih baterij. Toda v
primerjavi z avtomobili na notranje izgorevanje električni avtomobil ni zaživel, saj je imel
slabše vozne lastnosti. Zakaj tako, zgodovina ne navaja podatkov. Morda bi jih lažje politika
in naftni lobij? Okoli leta 1910 pa je postalo jasno, da je zmagal avtomobil s pogonom na
bencin in za naslednjih petdeset let so izumrle oz. bile tako ali drugače zatrte vse iznajdbe
električnih pogonov. Velike težave z onesnaženostjo zraka in prva energetska kriza sta
privedli do novih del na izpopolnitvah električnih motorjev. Leta 1967 je bil tovorniško
sestavljen dvosed Ford Comuta, naslednje leto GM-ov GM-512, Renaultov štirised Mars II, ki
je zmogel s polnimi dvajsetimi akumulatorji in s težo 840 kg prevoziti kar 181 km, je bil pa
odraz uspešnih posameznikov in ni bil izdelan tovarniško.
Slika 3: Baterije v Renaultovem izvenserijskem modelu Mars ll
3
Vse večje težave z onesnaženostjo in naslednje energetske krize so dale vedeti, da prva ni
bila zgolj slučaj, pač pa odraz ekonomskih zakonitosti na trgu ponudbe in povpraševanja.
Proizvajalce so slednje prisilile, da začnejo razmišljati o novejših tehnologijah. Ker pa so bili
takratni naftni lobiji še izjemno močni, so veliki razvoj tovrstnih vozil preložili za nekaj let in
dovolili majhnim, da stopijo v ospredje. Tako je indijsko-ameriško podjetje leta 2001
predstavilo majhno električno vozilo REVA (v Evropi bolj znano kot G-Wiz) z dolžino 2,6
metra, dosegom 80 kilometrov in ceno 12.000 dolarjev.
Slika 4: Polnjenje električnega vozila G-Wiz
4
PROJEKT ELEKTRIČNI SMART
Za sodelovanju pri tem projektu sem se odločil, za spodbudo k manjšemu onesnaževanju
okolja in uporabi modernejših obnovljivih virov energije.
Pred začetkom projekta, smo odšli na izobraževanje v Češnjico pri Kropi, kjer ima
delavnico Andrej Pečjak, ki ima veliko izkušen z predelavo vozila na električni pogon.
Slika 5: Izobraževanje pri Andreju Pečjaku
Nato smo vozilo pripravili na vgradnjo električnega motorja, baterij in ostalih potrebnih
komponent. Iz vozila smo odstranili sedeže, dele armaturne plošče, tapiserijo, rezervoar
goriva, odbijače, motor z menjalnikom, hladilni sistem, akumulator in ostale dele ki jih
moramo pri predelavi nadomestiti z drugimi ali so samo odvečna teža. Ta je pri električnem
vozilu zelo pomembna.
5
Slika 6: Demontaža agregata z opremo
Po demontaži vseh naštetih delov, smo po meri izdelali škatlo za baterije katero smo
montirali baterije, jo nepredušno zaprli in vgradili na mesto, kjer je bil montiran rezervoar.
Nato smo montirali še podtlačno črpalko za ojačitev zavornega učinka in potenciometer za
plin, naredili nosilec za motor, motor spojili z menjalnikom in ga montirali na mesto.
6
Slika 7: Elektro motor vgrajen v vozilo
Slika 8: Menjalnik, prirobnica in elektro motor
7
GRETJE VOZILA
Če želimo električno vozilo homologirati za registracijo, moramo urediti tudi gretje
vetrobranskega stekla, za odstranjevanje zamegljenosti v hladnejših dneh. Ta problem
najlažje rešimo z električnim grelcem vode, ki ga priklopimo direktno na pečico za gretje,
vendar je njegova cena izjemno visoka. Dobra rešitev je tudi vgradnja bencinskega ali
dizelskega grelnika - webasto. Prednost le tega je da nam ne porablja električne energije in s
tem krajša dometa vozila.
Slika 9: Dizelski Webasto
Slika 10: Električni grelec vode
8
Električni grelec
V našem primeru bomo v vozilo vgradili električni
grelec. Taki grelci so vgrajeni veliko novejših vozil,
da deluje gretje kabine tudi pri mrzlem agregatu.
Dobre lastnosti tega grelca so; da je izvedba zelo
lahka (teža je pri električnem vozilu zelo
pomembna), izredno majhna (lahko ga vgradimo na
mesto originalne pečice), in prične oddajati toploto
takoj ko ga prižgemo.
Slika 11: Grelec vgrajen v tok zraka
Obstajajo različno močni grelci. Za odroševanje vetrobranskega stekla je dovolj manjši 200W
grelec, za gretje celotnega potniškega prostora, pa potrebujemo grelec moči 800W do
1200W. Slabost teh grelcev je, da potrebujemo dodaten DC-DC pretvornik, za pretvarjanje
visoke napetosti na 12V, kar pomeni dodaten strošek, ter da nam ob delovanju porabi veliko
električne energije in s tem bistveno skrajša domet vozila.
Slika 12: Električni grelec iz novejših vozil
9
SERVO ZAVORE
Servo zavore pri običajnem vozilu z
motorjem na notranje izgorevanje, delujejo
na princip podtlačnega bobna, ki je s cevjo
povezan na sesalni kolektor. Tako nam
podtlak iz sesalne cevi pomaga povečati silo
pri zaviranju. Ker elektro motor nima
sesalnega sistema, potrebujemo za
ustvarjanje podtlaka podtlačno črpalko.
Slika 13: Podtlačna črpalka
Črpalko smo vgradili v prostor za sprednjim
odbijačem in jo z plastično cevjo povezali z
podtlačnim servo ojačevalnikom. Izdelali smo
aluminijast nosilec, ga prebarvali, prikovali na
šasijo avtomobila in preko gumijastih nosilcev
nanj privijačili črpalko. Da črpalka nebo
delovala tudi ko podtlaka ne potrebujemo,
smo med črpalko in ojačevalnik zavornega
učinka vgradili še podtlačno stikalo, ki črpalko
izklopi ko je ne potrebujemo in nepovratni
ventil, da bo vakuum ostal v cevi tudi ko
črpalka nebo delovala.
Slika 14: Podtlačna črpalka na električnem
vozilu
10
POTENCIOMETER ZA PLIN
Da nam bo motor odzival glede na pritisk
stopalke za plin, moramo pod njo montirati
potenciometer. Žal ne moremo uporabiti
standardnega potenciometra iz bencinskih vozil,
ker nima prave upornosti (1,2-1,7 kOhm).
Uporabimo lahko le industrijske potenciometre,
ki imajo spremenljivo upornost 0-5 kOhm.
Slika 15: Potenciometer Colvern LM10
Za potenciometer smo izdelali aluminijast nosilec
ga pritrdili pod stopalko, nanj pa privili potenciometer.
Slika 16: Potenciometer vgrajen na stopalko plina
11
VTIČNICE ZA POLNJENJE
Ker se električna vozila polnijo predvsem preko električnega omrežja, moramo vgraditi tudi
ustrezno vtičnico. Obstajajo trije pomembnejši standardi: Ameriški SAE J11772, japonski
CHAdeMO, ki so ga sprejeli pri Mitsubishiju, Nissanu in Subaruju ter Mennekes, ki bo do leta
2017 postal glavni standard v vseh evropskih državah.
Slika 17: Polnilna vtičnica standarda Mennekes
Najbolj racionalna je montaža navadne 3 polne vtičnice za izmenično napetost ali 5 polne za
trifazno napetost. Vtičnico vgradimo na meso, kjer se je nahajala vlivna cev za gorivo.
Slika 18: Vgradnja vtičnice
12
ZAKLJUČEK
V seminarski nalogi sem želel na kratko predstaviti šolski projekt, ki se na prvi pogled zdi
enostavnejši kot v resnici je in nekatere podrobnosti, ki so za pravilno delovanje veliko
pomembnejše kot so videti. Pokazal bi rad tudi, da lahko z majhnimi koraki pomagamo pri
zmanjšanju onesnaževanja zraka in s tem ohranjanju naravnega okolja.
Slika 19: Andrej Pečjak in skupina iz projekta Električni Smart
13
LITERATURA IN VIRI
1. Andrej Pečjak: Električna mobilnost v praksi
2. http://agencija-esa.com/2011/06/09/elektricno-vozilo-zgodovina/
3. http://www.ad-pecjak.si/andrej/default.htm
4. http://users.silenceisdefeat.net/~lgtngstk/Sites/Circuits/12V_Heater/Heater.html
5. http://www.electriccarinternational.com/page32.php
ŠOLSKI CENTER NOVA GORICA
STROJNA, PROMETNA IN LESARSKA ŠOLA
SEMINARSKA NALOGA PRI PREDMETU
ELEKTRIČNI AVTOMOBIL
(VGRADNJA ELEKTROMOTORJA)
AVTOR: Rok Mavrič
MENTOR: Miran Mozetič, Aleksander Krpan
PROGRAM: Avto servisni tehnik PTI
NOVA GORICA, april, 2013
IZVLEČEK :
Elektromotor, avtomobil, elektrika:
Za zaključni izpit vam bom predstavil vrste elektromotorjev, katere lahko vgrajujemo v
avtomobile, njihove karakteristike, zmogljivosti, ter krmilnike teh motorjev. Predstavil vam
bom tudi vgradnjo elektromotorja v naš avtomobil smart.
ABSTRACT :
Electric,car,electricity:
For the final exam I will introduce types of electric motors, which can be installed in cars,
their characteristics, capabilities, and controls of the eletric engine. I also present the
installation of an electric motor in our car smart.
KAZALO :
1. UVOD ………………………………………………………………………………………4
2.1 ELEKTROMOTORIJ………………………………………………………………......5
2.2 DC motorji (istosmerni)……………………………………………………………………....5
2.3 AC motorji (izmenični)……………………………………………………………………….6
2.4 Opis in delovanje……………..…………………………………………………………….7-8
2.5 Adapterska plošča …………………………………………………………………………….9
2.6 Slika Letrikinih komponent……………….……………………………………………10
3. VGRADNJA ELEKTROMOTORJA ………………………………………………….11
3.1 demontaža vozila…………………………………………………………………….11-12
3.2 izdelava nosilca in vgradnja elektromotorja……………………………………….13-16
4. ZAKLJUČEK ……………………………………………………………………………17
5. LITERATURA IN VIRI ………………………………………………………………...17
KAZALO SLIK:
-(1.slika) DC elektromotor ……………………………………………………………………5
-(2.slika) Zgradba preprostega elektromotorja………………………………………………...5
-(3.slika) Vodno hlajen asinhronski motor ……………………………………………………7
-(4.slika) Zgradba………………………………………………………………………………7
-(5.slika) Slika vezave………………………………………………………………………….8
-(6.slika) Graf izkoristka………………………………………………………………………8
-(7.slika) Elektromotorji in prirobnice………………………………………………………...9
-(8.slika) Avtomobil pred začetkom dela…………………………………………………….11
-(9.slika) Demontaža bencinskega motorja…………………………………………………...12
-(10.slika) Demontiran avtomobil…………………………………………………………….12
-(11.slika) Elektromotor in prirobnica………………………………………………………..13
-(12.slika) Sestavljen pogonski sklop………………………………………………………...14
-(13.slika) Provizorično montiran elektromotor……………………………………………...14
-(14.slika) Nosilec elektromotorja……………………………………………………………15
-(15.slika) Stopalka za plin z potenciometrom……………………………………………….16
1.UVOD
V seminarski nalogi vam bom predstavil elektromotorje ki se jih vgrajuje v avtomobile.
Takšen projekt smo tudi mi na naši šoli izvedli. V avtomobil Smart, katerega je poganjal
beninski turbo motor smo vgradili 15-kW Letrikin elektromotor. To smo storili tako da smo
najprej iz avtomobila demontirali celoten motor z menjalnikom in pol osovinami. Odstranili
smo vse kar bo pri električnem avtomobilu neuporabno in v odvečno breme kot na primer
hladilni sistem motorja, rezervoar za gorivo, klasični avtomobilski akumulator.. itd. S tem
smo pridobili tudi na prostoru, škatlo za baterije smo tako vgradili na isto mesto kjer je bil
prej rezervoar, vakuumsko črpalko, katero potrebujemo, da nam ustvarja podtlak za
ojačevalnik zavornega sistema pa smo vgradili v sprednji del vozila, kjer je bil prej hladilni
sistem. Posebnost te predelave vozila pa se skriva prav v motorju in menjalniku, saj v naši
izvedbi električnega vozila obdržimo originalen smartov TIP tronic menjalnik in sklopko
vozila, upravljanje vozila je tako običajno kot pri prejšnji bencinski izvedbi, razlika je samo v
stopalki za plin, saj namesto te vgradimo stopalko s potenciometrom. Namesto bencinskega
motorja pa bomo preko posebne prirobnice, katera je bila posebno izdela prav za ta
avtomobil v inštitutu Metron, elektromotor ter menjalnik spojili v celoto. Poleg vseh naštetih
novih komponent pa potrebujemo še krmilnik, kateri krmili elektromotor, napajalnik, da
baterije sploh preko polnilne postaje napolnimo, BMS – (battery manegment system) za
nadzor celic v bateriji, ki je po navadi povezan z napajalnikom in še veliko drobnih elementov
kot na primer varovalke, releji, odklopna stikala, priključek za polnjenje in pa seveda tudi vsa
električna napeljava.
Za ta projekt smo se odločili predvsem ker nam to predstavlja nek izziv, saj se ta tehnologija
še razvija in je ne srečamo veliko na tržišču. Zaradi pa vedno višjih cen naftnih derivatov pa je
povpraševanje vedno večje, in se to zelo hitro razvija kljub velikih cen ki se pojavijo pri
predelavi vozila. A prednosti takega vozila pa so kar velike naprimer da z 1,50 eur naredimo
od 60 do 140 km, da je na takem vozilu zelo malo vzdrževanja oz. skoraj nič in tudi nič je
emisij v ozračje, in še in še..
V moji seminarski nalogi pa vam bom opisal predvsem el. motorje ter vgradnjo tega na
vozilo.
2.1ELEKTROMOTORJI
2.2 DC motorji (istosmerni)
Motorji in krmilniki na istosmerno napetost se trenutno vgrajujejo le v skuterje in lažja vozila, po
ZDA pa še vedno kroži dosti dokaj zastarelih krtačnih DC motorjev večjih moči ( 10-30 kW). Iz ZDA
lahko naročite krtačne motorje, vedite pa, da bo cena zaradi transporta in dajatev narasla za 2030% in da avta NE BOSTE MOGLI HOMOLOGIRATI, ker noben avtomobilski krtačni motor ne
zadosti ECM certifikaciji.
-(1.slika) DC elektromotor
-(2.slika) zgradba preprostega elektromotorja
2.3 AC motorji (izmenični)
Trenutno obvladujejo trg trofazni asinhronski motorji predvsem zaradi tega, ker jih
uporabljamo v industriji že več kot 100 let in je zato tehnologija zelo razvita. Zelo znan je tudi
asinhronski motor, ki poganja Teslo (AC Propulsion), seveda pa je ta cenovno daleč od
sprejemljivosti (25000 € s kontrolerjem vred).
Vedno bolj pa se zaradi boljših izkoristkov uveljavljajo sinhronski motorji s permanentnimi
magneti, vendar je zanje regulacija bistveno zahtevnejša.
V Sloveniji imamo nekaj zelo dobrih proizvajalcev in razvijalcev sodobnih motorjev, od
katerih je nekatere že mogoče kupiti.
Stoja d.o.o., Miro Zorič – Kateri nabavlja elektromotorje za motorna vozila in sier 20-30 kW
vodno hlajene asinhronske motorje, a žal jih trenutno ne prodaja.
Enstroj Roman Sušnik, kateri nabavlja sinhronske motorje za letala motorji 20-60 kW.
Iskra Avtoelektrika (sedaj Letrika) Nova Gorica Edini proizvajalec, ki motorje in kontrolerje
proizvaja serijsko AC motorji in kontrolerji so do 80V in do 15 kW Motorji so že na voljo (15
kW), 400 A krmilnik v kompletu pa bo kmalu (cca 2400 EUR+DDV). Iskrin motor dobro deluje
tudi s Curtis krmilnikom celo na napetosti 100 V in takrat razvije 30 kW in 200 Nm navora.
Krmillnike lahko nabavite preko Metrona. Koda motorja Iskra je AMV7122.
Za Letrikine motorje in kontrolerje dobite tudi EMC certifikat, ki je nujen pri homologaciji.
Agnimotors (ZDA) – kateri proizvaja elektromotorje DC do 80V .
Curtis – ameriški proizvajalec motorjev in kontrolerjev. Kontroler Curtis 1238 zmore 550A in
do 110V napetosti ter se uporablja za trofazne asinhrone motorje(2000 €).Naročimo jih pa
lahko kar pri metronu ( gospod Pečjak )
BRUSA - Švicarski proizvajalec motorjev in kontrolerjev srednjih in velikih moči, slabost je
visoka cena in slaba komunikativnost s posamičnimi kupci
Izdelujejo komplete motor/krmilnik od 40 do 120 kW, cena je od 12.000 € dalje .
Izbira napetosti:
• Višja napetost = manjši tok za isto moč
• Do 60V (maksimalno!) se obravnava kot klasa A nizkonapetostni el.sistem
• NE SKUPNE MASE (med VN baterijo in karoserijo)!
• Nad 300V DC – velika nevarnost obloka in višja cena komponent
• Uporaba izoliranega orodja (Unior)
• Označba VN vodov nad 60V (oranžna za plus in minus!)
• Nad 500V – komponente niso serijske
2.4 opis in delovanje
Prve asinhronske elektromotorje sta razvila Nikola Tesla in Galileo Ferraris že v letih 18831885. Asinhronski motorji so danes uporabljeni za večino električnih pogonov. Pri njih vrtilna
hitrost rotorja pada z obremenitvijo (mehka karakteristika). Razlika med vrtilno hitrostjo
rotorja in vrtilno hitrostjo magnetnega polja se imenuje slip in se po navadi izraža v
procentih.
Ti motorji so zmožni kratkotrajno prenesti velike preobremenitve (cca. 3krat večje od
nazivne mehanske obremenitve, posebne izvedbe tudi nekoliko več). Upoštevati moramo to
da z višjo napetostjo kot jo damo motorju je manjši tok za isto moč. Do 60V se obravnava kot
klasa A nizkonapetostni el. Sistem. Nad 500 V pa komponente niso več standardne za
vgradnjo in se cena teh krepko poveča že pri nad 300V napetostnih komponent. Zato
moramo zbrati eno vmesno napetost za delovanje nekje do maksimalno 300V je
priporočljivo. Ti elektromotorji so tudi občutljivi na pregrevanja, nekateri elektromotorji so
zato tudi tekočinsko hlajeni, naš Letrikin motor pa nima hlajenja razen zračnega, zato mu
bomo tudi mi dodali nekaj hladilnih reber, in mu bomo s tem za nekaj izboljšali hlajenje.
Pazili bomo na to da tudi da ga bomo vgradili čim nižje in bomo s tem omogočili čim večji
zračen tok mimo motorja.
-(4.slika) zgradba
-(3.slika) Vodno hlajen asinhronski moto
Takšni motorji imajo do 89,9 % izkoristek kot je prikazano na sliki (6.slika) , kar je bistveno
več kot pa pri bencinskih motorjih kateri imajo izkoristke do 40%.
Elektro motor pa ga vežemo na krmilnik, saj ta krmili naš motor in vse ostale komponente ki
so v vozilu, kot je prikazano na sliki (5.slika).
-(5.slika)Slika vezave
-(6. Slika) Graf izkoristka
2.5 Adapterska plošča ali prirobnica
Motor navadno vgradimo preko adapterske plošče na menjalnik in uporabimo pri tem kar
vztrajnik in sklopko vozila, ki ga predelujemo. Direktna vgradnja motorja je tudi možna,
vendar zelo podraži predelavo zaradi drugačne konstrukcije, obenem pa zmanjša naše
možnosti, da bomo uspešno prešli homologacijski postopek. Adapterska plošča najbolj
primerna če je iz aluminija, da ne po nepotrebnem večamo mase vozila.
Paziti moramo tudi na to, da je os, ki gleda iz menjalnika uležajena v menjalniku in ne v gredi
motorja.
Adaptersko ploščo in prirobnico lahko naredite sami v dobri delavnici za obdelavo
materialov, naša šola pa se je odločila da ploščo naroči v inštitutu METRON. Za naš avtomobil
je bila adapterska plošča že sprojektirana z vsemi potrebnimi podatki in merili. V nasprotnem
primeru kolikor risbe oz študije za vaš avto še nimajo, je taka plošča zelo zanemarljiv strošek.
-(7.slika) elektromotorji in prirobnice
2.6 Slika Letrikinih komponent
Prav takšen motor in krmilnik pa je naša šila izbrala ze naš električni avtomobil. To je Letrikin
elektro motor ki razvije moč do 15 kW.
3. VGRADNJA ELEKTROMOTORJA
3.1. Demontaža vozila
-(8.slika) avtomobil pred začetkom dela
Našo ekipo smo sestavljali 4 avtoservisni tehniki, kateri smo imeli nalogo da iz avtomobila
demontiramo motor, rezervoar, in vse ostale dele ki ne bojo več uporabni pri električnem
avtomobilu.
Najprej smo se odločili da bomo iz avtomobila odstranili beninski motor in celoten prenosni
sistem avtomobila, Ker ima smartov avtomobil motor pod zadnjim prtljažnikom je bila to
dokaj lahka naloga, od motorja smo samo odklopili vso električno inštalacijo, cevi hladilnega
sistema, cevi goriva, ter polosovine. Nato smo celoten motorni sklop sneli z vozila tako da
smo odvili vijake nosilcev motorja. Iz avtomobila smo odstranili tudi sprednji in zadnji
odbijač, saj nas je ta oviral pri delu.
-(9.slika) demontaža bencinskega motorja
Odstranili smo tudi vso notranjost vozila, saj bi nas obloge v vozilu motile pri nameščanju
nosilcev za baterije, in namestitvi električne inštalacije. To smo storili tako, da smo najprej
demontirali oba dva sedeža, in nato še oblogo, baterijo avtomobila ter stopalko za plin, na
katero smo kasneje namestili potenciometer.
-(10. Slika) demontiran avtomobil
Nato smo se razdelili na dve ekipi po dva dijaka. Prva skupina je imela nalogo da iz
avtomobila demontira rezervoar, druga skupina pa da is sprednjega dela avtomobila
demontira hladilni sistem vozila sprednji odbijač ter luči avtomobila. Ko smo to storili je avto
bil pripravljen za predelavo v električno vozilo.
3.2. Izdelava nosilca in vgradnja elektromotorja
Naša šola je za projekt električno vozilo, elektromotor, krmilnik ter prirobnico naročila pri
gospodu Pečjaku. Ko smo vse te dele dobili smo lahko pričeli z vgradnjo motorja v vozilo.
Najprej smo motor, prirobnico in menjalnik spojili skupaj da smo dobili celoten pogonski
sistem. Sprva smo imeli težave z prirobnico, kajti imela je prevelike izvrtine za vijake , to smo
odpravili tako da smo v izvrtine namestili posebne vložke in s tem zmanjšali premer le teh.
Druga težava pa je bila ta, da je bila prirobnica pri straneh kjer je nameščena polosovina
predebela. Zato smo prirobnico kasneje na tistem mestu porezkali da se polosovina lahko
neovirano vrti.
-(11.slika) elektromotor in prirobnica
Ko smo odpravili vse težave smo ponovno spojili motor, prirobnico ter menjalnik skupaj in
tako dobili celoten pogonski sklop, tokrat smo namestili tudi sklopko, in vse vijake smo dali
na lepilo, da bi s tem preprečili odvitje.
-(12. slika) sestavljen pogonski sklop
Nato smo celoten pogonski sklop provizorično namestili na avtomobil, tako da mo menjalnik
pritrdili na vozilo z vijaki, kot je bilo to že pri prejšnji originalni vgradnji, elektromotor pa smo
z vrvmi provizorično privezali na vozilo, saj je bilo nosilec za elektromotor potrebno še
izdelati.
(13. slika) provizorično montiran elektromotor
Nosilec motorja smo izdelali iz L profila, tako da smo najprej izdelali vpetje za ta nosilec na
sprednji in zadnji strani. Spredaj smo samo v nosilcu zvrtali luknjo da smo ga lahko vpeli na
obstoječ nosilec prejšnjega bencinskega motorja, na zadnji strani pa smo imeli več dela. Na
karoserijo smo najprej z vijaki pritrdili doma izdelan kvadratni profil, ta nam je služil kot
distančnik. Na ta distančnik smo nato z vijakom pritrdili še gumijasti blok, kateri nam bo dušil
vibracije elektromotorja. Ko smo to storili smo pričeli z izdelavo nosilca motorja, najprej smo
ga morali ukriviti za nekaj stopinj, nato pa smo zvrtali v nosilec luknje in skozi te smo dali
vijake prirobnice. Ugotovili smo da se nosilec pravilno prilega in da je motor trdno pritrjen.
Nato smo nosilec demontirali in ga še pobarvali ter tako zaščitili pred korozijo. Ko se je barva
posušila smo vse sestavili ter še enkrat, pregledali, če se vse prilega, na prirobnico smo
namestili še senzor vrtljajev motorja, na menjalnik pa polosovine in vso električno inštalacijo.
Pregledali smo tudi nivo olja v menjalniku in ga nekaj dolili, saj je bilo pod predpisanim
nivojem
(14. slika) Nosilec elektromotorja
Ko smo končali z izdelavo nosilca smo lahko na vozilo namestili še predelano stopalko za plin,
katera je imela še vgrajen potenciometer.
Tako je bilo mehaniško delo končano, sledilo je samo še vgradnja električne inštalacije
katero so pa opravili elektrikarji.
(15. slika) stopalka za plin z potenciometrom
5. ZAKLJUČEK
Pri izdelavi tega vozila sem zelo veliko novega izvedel in naučil, saj to področje ni veliko
poznano in mislim da se bo na tem področju še veliko novega razvilo in električni avtomobili
se bodo iz leta v leto samo še izbolševali, in dopolnjevali, saj povpraševanje vse bol narašča
in tržna moč se zaradi vse višjih cen naftnih derivatov vse bol veča. Zelo sem bil presenečen
nad tem da nam je gospod Pečjak zelo veliko razkril o svojih projektih in študijah o
električnih avtomobilih saj sem na njegovem izobraževanju zelo veliko novega izvedel.
Pogrešal pa sem več praktičnega dela na vozilu in predvsem več dela na sami električni
inštalaciji, ter da bi avtomobil končali v zadanem roku.
Zahvaljujem se šoli ŠC ker nam je omogočila izpeljavo tega projekta in mentorju Miranu
Mozetiču ter profesorju praktičnega pouka Aleksandru Krpanu, katera sta nam pomagala in
usmerjala pri delu.
6. LITERATURA IN VIRI
-inštitut Metron (Andrej Pečjak)
-električna mobilnost v praksi
-internet
ŠC NOVA GORICA
Cankarjeva 10
5000 Nova Gorica
Program: ELEKTROTEHNIK-ENERGETIK
Smer, poklic: ENERGETIK
šolsko leto: 2012/2013
ELEKTRIČNA MOBILNOST V PRAKSI
Avtor: Nejc Zlobec
Mentor: Matjaž Marušič
Nova Gorica, maj 2013
POVZETEK
V seminarski nalogi vam bom predstavil, zgodovino električnih avtomobilov in razvojnih
možnosti za prihodnost. Seznanil vas bom z sestavnimi deli električnega avtomobila, stroški
predelave, ter vam predstavil tehnične sposobnosti avtomobila, ki ga predelamo na tak
način.
Predstavil vam bom, kako sva skupaj z sošolcem predelala šolskega smarta, ki ga je poganjal
električni agregat, na okolju prijazen način, tako da sva vanj vgradila elektromotor, katerega
je bila tudi potrebno ustrezno ožičiti z ostalimi elementi, ki jih potrebujemo za pogon in
brezhibno delovanje električnega avtomobila.
KAZALO
UVOD ................................................................................................................................. 115
NA KAJ MORAMO BITI POZORNI PRI PREDELAVI NA ELEKTRIČNI POGON?...................... 116
PRIMERNA VOZILA ZA PREDELAVO ................................................................................... 116
SESTAVNI DELI ELEKTRIČNEGA AVTOMOBILA................................................................... 117
MOTOR IN KRMILNIK .............................................................................................................................117
ADAPTERSKA PLOŠČA ............................................................................................................................120
BATERIJE ................................................................................................................................................121
NAPAJALNIK IN BMS ..............................................................................................................................122
VOLAN IN SERVO ZAVORE .....................................................................................................................123
VTIČNICE IN VTIKAČI ..............................................................................................................................125
GRETJE IN HLAJENJE ..............................................................................................................................126
ŠKATLE ZA BATERIJE ..............................................................................................................................127
POTENCIOMETER ZA PLIN .....................................................................................................................128
OSTALO ..................................................................................................................................................129
ELEKTRONIKA V VOZILIH IN DIAGNOZA ............................................................................ 130
HOMOLOGACIJA ................................................................................................................ 131
SUBVENCIJE ....................................................................................................................... 132
NAKUP RABLJENIH ELEKTRIČNIH VOZIL ............................................................................ 134
ZAKLJUČEK ......................................................................................................................... 135
ZAHVALA ............................................................................................................................ 136
VIRI IN LITERATURA ........................................................................................................... 137
UVOD
Počasen prehod velikih proizvajalcev vozil na elektrifikacijo svojih vozil je posledica
neobvladovanja tehnologij in nezmožnosti hitre menjave dobaviteljev in proizvodnih
procesov. Vendar pa le tale počasen prehod pušča odprte mnoge možnosti za tiste
posameznike oziroma manjša podjetja, ki se želijo soočiti z tem izzivom predelave
avtomobila z bencinskim agregatom, v vozilo, ki ga popolnoma poganja le elektrika. Takih
podjetij, ki so večinoma zrasla iz mehaničnih delavnic posameznikov je v tujini veliko, še
posebej v Italiji, nam najbližji pa je uradni servis za vozila na avstrijskem Koroškem, ki je
začel predelovati nove Mazde 2 na električni pogon. Cena takih predelav je velika, vendar je
vse več zanimanja z strani kupcev po takih vozilih.
Za uspešno predelavo potrebujete primeren avtomobil, ustrezno usposobljene kadre,
prostor, kjer boste to predelavo izvedli in kompleten nabor kvalitetnih komponent za
vgradnjo. Prav te komponente so trenutno največji problem, saj povpraševanje presega
ponudbo, zaradi česar so čakalne dobe dolge in cene primerno temu visoke.
Srce električnega avtomobila sta električni pogon in baterije, oboje pa mora ustrezati
izbranemu tipu avtomobila in sposobnosti, ki jih od takega avtomobila pričakujemo po
predelavi. Za majhen mestni avto, od katerega je na prvem mestu predvsem nizka cena,
domet do okoli 100 km in hitrost okrog 80km/h lahko uporabimo šibkejše motorje do 20Kw,
baterije z kapaciteto do 15kWh, ter delovno napetost pod 60V, kar še ne spada v področje
predpisov o človeku nevarni napetosti. Če želimo zmogljivejše vozilo, ki naj bi imelo domet
preko 100km in končno hitrost primerno za vožnjo po avtocesti (vsaj 120km/h) moramo
uporabiti večje in dražje motorje, ter kapaciteto baterij 20 ali več kWh. Če pogledamo
trenutno minimalno ceno 4000 EUR za 10 kWh motorje, pomeni da stane predelava takega
vozila krepko nad 15000 EUR. Za naš trg so najprimernejše predelave manjših vozil za
mestno vožnjo, kjer nas predelava naj ne bi stala preko 10.000 EUR. Tudi ta vsota je visoka,
vendar moramo pomisliti, da imajo litij-ionske baterije dolgo življenjsko dobo (preko 200.000
km) in da je vožnja na elektriko zelo poceni.
NA KAJ MORAMO BITI POZORNI PRI PREDELAVI AVTOMOBILA NA
ELEKTRIČNI POGON?
Pri predelavi avtomobila z bencinskim/dizelskim agregatom, v vozilo na električni pogon
moram upoštevati naslednje stvari:
-MASA: vozilo mora biti čim lažje za optimalni izkoristek elektromotorja, ki poganja
avtomobil
-AREODINAMIKA: CW naj bo pod 0.33
-PREDNJA POVRŠINA: čim manjša
-KOTALNI UPOR: čim manjši, vendar je odvisen od ležajev, vrste gum itd.
-USTREZEN PROSTOR ZA POGON IN BATERIJE
-VOLAN: priporočljiv je el. Servo volan ali avtomobil brez servo volana
-ELEKTRONIKA: priporočljivo je, da je v avtomobilu čim manj elektronike, saj nam vse to le
oteži predelavo na električni pogon
-MENJALNIK: pozorni moramo biti pri uležanju izhodne gredi
PRIMERNA VOZILA ZA PREDELAVO
Najprimernejša vozila za predelavo, so vozila naslednjih znamk:
-RENAULT (twingo, Kangoo)
-SMART
-AUDI ( A2 )
-FIAT (Panda,Cinquecento)
-VW (Polo)
-DACIA (sandero)
Pri izbiri avtomobila ne smemo gledati na to, da ima odlično ohranjen motor in povsem
delujoč, temveč na brezhibnost karoserije in ostalih pomembnih sestavnih delov avtomobila,
saj originalni motor iz avtomobila odstranimo in vanj vgradimo elektromotor
Slika 59- Električni avtomobil Smart
SESTAVNI DELI ELEKTRIČNEGA AVTOMOBILA
MOTOR IN KRMILNIK
elektromotor je srce električnega avtomobila, saj le ta nadomesti dizelski/bencinski agregat
in poganja celoten avtomobil, vendar tudi on za delovanje potrebuje določene komponente,
ki vam jih bom opisal kasneje.
VRSTE ELEKTROMOTORJEV IN UPORABA
-Krtačni (zaradi nezanesljivosti in nizkega izkoristka ni možna več homologacija električnih
avtomobilov z vgrajenimi takimi elektromotorji)
-Asinhornski (primerni so zaradi zanesljivosti in solidnih karakteristik)
-Brezžični Sinhronski (BLDC, električni komutirani..) so primerni zaradi dobrih izkoristkov in
majhne teže, vendar imajo tudi slabost, da kontrolerji še niso dovršeni za te motorje.
DC MOTORJI (enosmerni)
Motorji in krmilniki na enosmerno napetost se trenutno vgrajujejo le v skuterje in lažja
vozila, po ZDA še vedno kroži veliko zastarelih krtačnih DC motorjev moči (10-30kW). Iz ZDA
lahko naročite krtačne motorje, vendar morate vedeti, da bo cena zaradi transporta in
dajatev narasla za 20-30% in da avta ne boste mogli homologirati, ker noben avtomobilski
motor ne zadosti ECM certifikaciji.
AC MOTORJI (izmenični)
Trenutno obvladujejo trg trifazni asinhronski motorji predvsem zaradi tega, ker jih
uporabljamo v industriji že zelo veliko časa in je posledično zato tehnologija bolj razvita. Zelo
znan je tudi asinhronski motor, ki poganja TESLO, ampak tale je cenovno daleč od
sprejemljivosti ( 25000€ s kontrolerjem vred). Vedno bolj se uveljavljajo sinhronski motorji s
parmanentnimi magneti, vendar je zanje regulacija bistveno zahtevnejša.
V Sloveniji imamo nekaj zelo dobrih proizvajalcev in razvijalcev sodobnih elektromotorjev, od
katerih je nekatere že mogoče kupiti. Iskra Avtoelektrika je edini proizvajalec v Sloveniji,
kateri motorje proizvaja serijsko, zraven njega pa dokupimo tudi ustrezen kontroler Iskre
Avtoelektrike, tako da ne iščete se še kontrolerja, ki bi bil primeren za določen elektromotor.
Za Letrikine motorje in kontrolerje ob nakupu le teh, zraven dobite še EMC certifikat, ki je
potreben pri homologaciji.
Slika 60-vgrajen elektromotor
Slika 61- Kontroler motorja
NAPETOSTI
Na kaj moramo biti pozorni pri izbiri napetosti za naš električni avtomobil?
-višja napetost = manjši tok za isto moč
-napetost ne sme presegati 60V (do te meje se obravnava kot klasa A, kar pomeni
nizkonapetostni el. sistemi)
-ne smemo imeti skupne mase med baterijo in karoserijo!
-nad 300V DC je velika nevarnost obloka, z višjo napetostjo tudi posledično povišamo ceno
komponent
-označba vodov nad 60V (oranžna za plus in minus)
-nad 500V komponente niso serijske
-pri vgradnji elementov moramo zaradi varnosti uporabljati izolirano orodje
ZAKAJ SMO PRI SMARTU IZBRALI NAPETOST DO 60V?
Za naš avtomobil smo to napetost izbrali zato, ker uporabljamo Letrikin motor in kontroler ki
zahteva to napetost. V podu vozila imamo prostor le za 16 celic, za manjše napetosti so
posledično tudi komponente cenejše. Z krajšimi razdaljami vodnikov smo zmanjšali izgube.
Odločilen dejavnik pri izbiri te napetosti pa so varnostne norme, saj se do 60V obravnava
napetost kot razred A- nizkonapetostni elektro sistemi.
12V SEKUNDARNA NAPELJAVA
Avto seveda potrebuje 12V napetost za delovanje razsvetljave, električnih elementov,
udobja in vse ostale 12V opreme. To pri sodobnem vozilu pomeni najmanj 500W moči, za kar
potrebujemo razsmernik, ki pretvarja visoko napetost baterij (od 48 do 350V) v 12V. Ne
smemo pozabiti na 12V pomožni akomulator. brez njega je mogoče voziti saj DC-DC skrbi za
napajanje 12V porabnikov, vendar v primeru napake oziroma pri odklopu glavne baterije
ostanemo povsem brez energije in ne moremo vključiti niti varnostnih utripalk.
ADAPTERSKA PLOŠČA
Motor navadno vgradimo preko adapterske plošče na menjalnik in uporabimo pri tem kar
vztrajnik in sklopko vozila, ki ga predelujemo. Direktna vgradnja motorja je tudi možna,
vendar se z tem zelo podraži izdelava električnega avtomobila zaradi drugačne konstrukcije,
obenem pa zmanjša naše možnosti, da bomo uspešno prešli homologacijski postopek.
Adapterska plošča je primerno, da je iz aluminija zaradi manjše mase materiala. Z tem bomo
zmanjšali tudi maso vozila. Paziti moramo, da je os, ki gleda iz menjalnika uležajena v
menjalniku in ne v gredi motorja. Adaptersko ploščo lahko naredimo sami, vendar moramo
imeti izkušnje v izdelanih podobnih izdelkov in primerno orodje. Najlažje je, da ploščo
naročimo, vendar je za manj priznane modele izdelava mnogo dražja.
Slika 62- Adapterska plošča
BATERIJE
Pogonska baterija je glavni in najdražji del električnega avtomobila, njena napetost in
kapaciteta pa diktirata vse ostale komponente, katere bomo vgradili v naš električni
avtomobil.
-SVINČEVE BATERIJE pridejo v poštev le za zelo lahka in počasna vozila s hitrostjo do 45
km/h, najboljše pa so poltrakcijske. Slabost je, da za 500kg avtomobil, ki ga želimo predelati
potrebujemo še dodatnih 500kg svinčenih baterij za domet 50km, kar nam zelo poveča maso
vozila. Približna cena teh baterij je 2000 EUR.
-Ni Cd BATERIJE se ne uporabljajo več
-(LiFePO4-litij-železo-fosfat) in Li POLIMER BATERIJE so trenutno najbolj uporabljene v
električnih vozilih. Litij polimer baterije imajo višjo energetsko gostoto (120-240 Wh/kg) in
imajo manjši padec napetosti pri obremenitvi od LiFePO4 baterij, so pa 40% dražje, zelo
neugodne za sestavljanje v pakete in občutljive na mraz, zato zahtevajo gretje pri poljenju
pod lediščem, zato moramo v baterijski prostor vgraditi še dodatni grelec.
VEZAVA BATERIJ
Priporočena je zaporedna vezava baterij. Vzporedno lahko vežemo le če vežemo vsako celico
vzopredno in ne celih blokov. Paziti moramo na obremenitev celic, da so vse enako
obremenjene. V ta namen uporabljamo bms sisteme za upravljanje baterij, kateri skrbi, da so
vse celice enako obremenjene in da se vse enakomerno polnijo.
PRIHODNOST BATERISKIH TEHNOLOGIJ
v prihodnosti se že razvijajo baterije, katere bi zelo izboljšale domet električnega avtomobila
in njegove izkoristke, vendar je vse skupaj še v razvoju. Naštel vam bom le nekaj primerov
baterij, ki bi v prihodnosti lahko podaljšale domet in hitrost električnih avtomobilov.
-Litij-Zrak
-Litij-Žveplo
-Cink-Zrak
-Virusne
-Li-Ion
Slika 63- Baterija 1
Slika 64- Baterija 2
NAPAJALNIK IN BMS
Poleg motorja, kontorlerja in paketa baterij (svinčeve ne pridejo v poštev, ker nimajo
ustreznih lastnosti) potrebujemo še veliko manjših elementov, kateri nam lahko zagrenijo in
finančno zabelijo predelavo. Ena od bistvenih komponent je BMS – battery management
system za nadzor celic baterij in je po navadi povezan z napajalnikom. Napajalnik mora
polniti celice s točno določeno maksimalno napetostjo, zaželjene moči pa so od 1,5-3 kW pri
enofaznem poljenju in 3-10KW pri trofaznem poljenju. Tudi tukaj moramo upoštevati, da so
napajalniki za visoko napetost (nad 96V) redki in posledično tudi dražji, napajalniki za 48V
napetost pa so dokaj razširjeni in cenejši. Proizvajalci baterij pri nakupu celic navadno
ponujajo tudi ustrezen BMS sistem, ki pa v glavnem ni izdelek njihovega razvoja, zato včasih
se ne obnese najbolje. Cene se gibljejo od 300-600 EUR za 13-15 celic. Izklop napajalnika je
direkten preko programa in rezervni preko BMS (dvojna varnost)
Pri napajalnikih velja:
-višja napetost,tok = višja cena
-enofazni do 16A, 230V
-dvofazni 400V, 16A in dvofazni 230 2X16A
-trofazni (problem je pri skupnem vodu - )
Slika 65- BMS sistem za uravnavanje napetosti v celicah
VOLAN IN SERVO ZAVORE
Pri predelavi vozila je pomembna tudi izbira volanskega mehanizma. Zelo primerni so
navadni mehanski volani, vendar lahko pri veliki masi baterij postanejo pretežki za
manevriranje na mestu. Električni volan je najboljša rešitev, slaba in draga rešitev pa so servo
volani gnani z hidravlično črpalko. Take črpalke je mogoče dobiti tudi v električni izvedbi,
vendar so predrage in nam porabijo preveč dragocene električne energije, ki je še kako
pomembna za domet našega vozila.
pri servo zavorah ta problem rešujemo z električno vakumsko črpalko, vendar so te zelo
drage (200-400€).
VTIČNICE IN VTIKAČI
Ne smemo pozabiti niti n a vtičnico za poljenje, priporočene so navadne industriske 3 polne
vtičnice za enofazni priključek in 5 polne za trifazni priključek. Vgrajujemo jih navadno na
mesto, kjer je vlivna cev za gorivo pri našem originalnem vozilu preden ga predelamo.
Odlična vtičnica je od yacht programa za priklop na obalo, ker je estetsko zelo vredu
narejena, vendar je zelo draga.
imamo dva standarda vtičnic in vtikačev in sicer:
-Ameriški (SAE J1772)
-Japonski (CHAdeMO), ki so ga sprejeli skupaj z mitsubishi-jem,nissan-om in subaru-jem,
omogoča pa direktno DC poljenje baterije
Slika 66- Postavitev vtičnice
Slika 67- Različni vtičnici
GRETJE IN HLAJENJE
GRETJE
Posebnost pri kateri moramo paziti pri predelavi je gretje, saj ima dober elektromotor
premalo izgub za uspešno gretje kabine. Najboljša in obenem tudi najdražja izbira so vodni
grelci izdelani posebej za električna vozila, ki jih priklopimo kar direktno na cevi za gretje
kabine. V našem primeru lahko vgradimo tudi 800-1200W grelce 12V, s kakršnimi ima dosti
sodobnih vozil urejeno hitro odroševanje sprednjega stekla. Seveda potrebujemo v tem
primeru dovolj močen DC/DC pretvornik, ki pretvarja visoko napetost na nam ustrezno 12V
napetost. Problem ogrevanja lahko rešimo še z benzinskimi in diezelskimi grelci, ki odlično
rešujejo problem ogrevanja, so pa premočni in premalo nastavljivi za jesensko in
spomladansko obdobje, ko potrebujemo le odroševanje prednjega stekla.
HLAJENJE
Klimatsko napravo lahko poganjamo z električnim kompresorjem ali pa avtomobilski
kompresor preko jermena povežemo na ustrezen elektromotor moči 1-2Kw. Vse te rešitve so
zelo drage, pomagamo pa si lahko že pri izbiri barve avtomobila. Temnejše barve bolj vpijajo
temperaturo, zato je tudi temperatura v avtomobilu višja.
Ena od rešitev hlajenja je tudi ventilatorji, vendar niso ravno estetski in najbolj praktični
ŠKATLE ZA BATERIJE
Kar nekaj problemov nam povzročijo baterije in njihova vgradnje, škatle zanje pa je najbolje
narediti iz aluminija develine 2,5-3 mm. Paziti moramo, da so baterije enakomerno
razporejene po dolžini in širini vozila, da ne poslabšamo lege na cesti.
Pri LiPo baterijah morajo biti celice pozimi ogrevane, pa tudi za LiIon baterije je bolje, da jih
medtem ko so priključene ogrevamo (kadar so temperature pod lediščem). Škatle zato
znotraj oblečemo z izolacijo in vgradimo grelce.
Slika 68- Baterijski paket z škatlo
POTENCIOMETER ZA PLIN
Stopalka plina (navadno potrebujemo potenciometer 0-5 kOhm) , je dodatna težava in
seveda z tem tudi strošek. Potenciometra kot je standarden v benzinskih vozilih po navadi ne
moremo uporabiti (1,2-1,7 kOhm). Uporabljati smemo le industrijske potenciometre!
OSTALO
Med ostalo opremo spadajo kabli različnih debelin in ovoji kablov, konektorji ter razni
dodatki kot npr. Fotovoltaične celice, LED dnevne luči, LED žarnice, hladilniki in vodne
črpalke za majhne vodne sisteme (hlajenje motorjev in kontrolerjev). Kabli je primerno, da so
vgrajeni profesionalno in z dovolj velikim presekom, da ne povzročajo dodatnih nepotrebnih
energetskih izgub in da vozilo brez težav preide homologacijski postopek. Če je napetost nad
60V morajo biti vodniki v oranžnih bužirnih ovojih.
VAROVALKE
Pozorni moramo biti na DC napetost. Uporabljamo ustrezne varovalke – vakumske nad 100V
oz. Z dolgo nitko, da ne pride do obloka
ODKLOPNA STIKALA
Zopet moramo biti pozorni na DC preklopno napetost. Tyco, panasonic in albright konektorji
z tuljavo 12-24V.
FOTOVOLTAIKA
Fotovoltaične celice uporabljamo kot sekundarno poljenje akomulatorjev s pomočjo
alternativnih virov in nam lahko med vožnjo v sončnem vremenu polnijo baterije, vendar
nam ne bistveno povečajo dometa.
VODNIKI
Pri vodnikih je primerno, da se vodniki prepletajo. Pozorni moramo biti, da uporabimo
ustrezen presek vodnikov. Boljši so gumirani vodniki s tankimi žicami.
Vrsta
instalaci
je
A
Snov
Nazivni
prerez
(mm2)
1,5
2,5
4
6
10
16
25
35
B1
2
3
15,5
19,5
26
34
46
61
80
99
13
18
24
31
42
56
73
89
B2
2
3
C
2
3
2
Cu vodniki s PVC izolacijo
E
3
Dopustni trajni tok v A pri temperaturi okolice 30°C
17,5
15,5
15,5
14
19,5
17,5
24
21
21
19
26
24
32
28
28
26
35
32
41
36
37
33
46
41
57
50
50
46
63
57
76
68
68
61
85
76
101
89
90
77
112
96
125
111
110
95
138
119
2
3
20
27
37
48
66
89
118
145
18,5
25
34
43
60
80
101
126
Tabela 1- Nazivni prerez vodnikov in dopustni tokovi
ELEKTRONIKA V VOZILIH IN DIAGNOZA
Današnja vozila so opremljena z kupom računalnikov (ECU), ki so med seboj povezani s CAN
komunikacijo. Izgradnja motorja in motornega ECU zato navadno pomeni popolno odpoved
delovanja vozila. Pri predelavi je najbolje da si sposodimo ali kupimo diagnostično orodje, s
katerim lahko sproti ugotavljamo napake, ki jih motorni ecu javi glavnemu ECU. Nekatere
napake namreč onesposobijo vozilo, zato moramo na avtu pustiti motorni ECU in tudi
nekatere senzorje, predvsem senzor vrtljajev na odmični gredi. Pri predelavi novejših vozil je
zaželjeno uporabljati diagnostično napravo, da lahko razberemo kakšne napake povzroči
odklop posameznih senzorjev.
HOMOLOGACIJA
Homologacija predelanega vozila je lahko posamična (za en avto), lahko pa je skupna za več
vozil predelanih po istem postopku. Posamične opravlja LPP v ljubljani ali avto Krka ISO d.o.o.
Za skupinsko homologacijo je potrebno vložiti vlogo na ministerstvo za promet. Pri tem velja
opozoriti, da homologacija velja le v Sloveniji. Če bi hoteli taka predelana vozila prodajati v
tujino, bi morali tam ponovno opraviti njihovo homologacijo. Pri posamični homologaciji je
vozilo potrebno pripeljati na pregled in priložiti dokumentacijo. Nujno moramo priložiti:
(EMC test po ECE R10 za motor in kontroler, CE za napajalnik, homologacijo za uporabo
grelcev in črpalke v avtomobilih, potrdilo o strokovni vgradnji.
Paziti moramo, da ne presežemo skupne dovoljene mase vozila po predelavi. Pomembno je
tudi, da primerno polagamo vodnike in izberemo pravilno tokovno zaščito. Električna vozila
morajo biti opremljena z odroševanjem ter baterije morajo biti ločene od kabine. Dnevne led
žaromete je preprosto homologirati, morajo pa biti po normi (ECE R87) in vgrajeni na
ustrezni razdalji od tal in roba vozila.
Slika 69- Obrazec vloge za homologacijo
SUBVENCIJE
Nepovratna finančna spodbuda se lahko dodeli samo prvemu lastniku novega vozila ali
prvemu lastniku vozila po ustrezni predelavi. V primeru predelave vozila je po predelavi
potrebna tudi homologacija. Nepovratna finančna spodbuda je lahko dodeljena tudi za
vozilo, kupljeno, zakupljeno ali predelano v tujini, če bo vlagatelj prvi lastnik oz. Zakupnik
novega vozila ali prvi lastnik oziroma zakupnik po predelavi in bo prva registracija novega ali
predelanega vozila opravljena v Republiki Sloveniji. Tranzitna registracija ne šteje za prvo
registracijo po proizvodnji novega ali predelanega vozila. Vozilo mora najmanj tri leta po
dodelitvi pomoči ostati v lasti prejemnika.
SUBVENCIJE SO ZA:
-5000€ za novo baterijsko električno vozilo kategorije M1 z nič emisijami CO2 na izpustu in
minimalnim dosegom 100km na baterije
-4000€ za predelavo obstoječega vozila kategorije M1 na električni pogon
-4000€ za novo priključno hibridno baterijsko vozilo ( z motorjem z notranjim izgorevanjem
in z baterijo) z minimalnim dosegom 50km na baterije
-3000€ za novo baterijsko električno vozilo kategorije N1 z nič emisijami CO2 na izpustu
-3000€ za novo baterijsko električno vozilo kategorije L7e z nič emisijami CO2 na izpustu in
minimalnim dosegom 40km na baterije
-2000€ za predelavo obstoječega vozila kategorije N1 ali L7e na električni pogon
-2000€ za novo baterijsko električno vozilo kategorije L6e z nič emisijami CO2 na izpustu in
minimalnim dosegom 40km na baterije
-1000€ za predelavo obstoječega vozila kategorije L6e na električni pogon
Za vse potrebne informacije lahko izvedemo in se pozanimamo na spletni strani Eko sklada
Vlogo za prijavo vozila za nepovratna finančna sredstva lahko dobimo Tukaj.
NAKUP RABLJENIH ELEKTRIČNIH VOZIL
Edina dobra električna vozila iz prejšnjih desetletij so električni Renaulti (Kangoo, clio
electrique), Peugeoti (P 106, Partner) in Citroeni (Berlingo, Saxo electrique). Cene držijo od 513000 EUR, po evropi pa jih vozi kakih 10000. Zelo slab nakup električnega vozila je Golf
Citystromer, ker je vozilo preslabotno, pretežko in polno hib. Izdelali so jih približno 800 v
serijah Golf II in Golf III. Največ takih vozil se prodaja na Nemškem in Francoskem e-bayu,
lahko pa jih vidite vsako leto maja na srečanju električnih vozil ob Vrbskem jezeru.
Maksimalna hitrost je od 85-100km/h, Domet pa je od 80-100km.
Slika 70- Električni avtomobil Citroen Saxo
ZAKLJUČEK
Iz seminarske naloge lahko vidimo, da je vložen strošek relativno velik, a glede na cene goriv
in napovedano višanje cen naftnih derivatov, se vse več ljudi odloča za nakup oziroma
predelavo avtomobila, ki ga poganja 100% samo elektrika. Zaradi vse večjega povpraševanja,
je tudi vse večji interes izdelovalcev komponent za električne avtomobile, da velik del svojih
sredstev vlagajo v razvoj in izpopunjevanje komponent, saj bodo le tako sledili konkurenci in
prodali svoje izdelke. Zaradi razvoja tehnologij se vse bolj razvijajo in izboljšujejo
komponente, katere pripomorejo k večjemu dometu in izkoristku vozila. Električni avtomobil
je ena izmed zelo ugodnih ekoloških in ekonomskih rešitev za prihodnost, saj se bodo
tehnologije izboljševale, komponente posledično pocenile in z izboljšavo komponent bomo
vse bližje v izkoristkih današnjemu avtomobilu.
ZAHVALA
Na koncu bi se rad zahvalil šolskemu centru Nova Gorica, ki je finančno podprl projekt
izdelave električnega avtomobila in mentorju Matjažu Marušiču, ki nas je izbral za
sodelovanje pri projektu in nas vodil ter svetoval pri sestavljanju avtomobila. Zahvalil bi se
tudi vsem drugim učiteljem in dijakom, ki so sodelovali pri uresničitvi tega projekta, ter
staršem, ki so me podpirali do konca šolanja.
VIRI
IN
LITERATURA
http://eauto.si/sl/
http://www.teslamotors.com/
http://www.uradni-list.si/1/content?id=6217
http://static.ddmcdn.com/gif/electric-car2.gif
http://cdn.greenoptimistic.com/wpcontent/uploads/2010/12/lithium-ion-batteries-300x223.jpg
http://www.hribitec.com/131-358-large/motor-15kw-skontrolerjem.jpg
http://i01.i.aliimg.com/img/pb/979/895/213/1239352109509jp
g.jpg
http://shrani.si/files/vlogazalpps7rq.jpg
http://www.ekosklad.si/html/razpisi/main.html
http://www.ekosklad.si/pdf/SUB2013/20SUB-EVOB13_vloga.pdf
http://bentzon.org/ting/Citroen/IMG_1426.JPG
http://eoet1.tsckr.si/material/eOet1_02_07_05_03-2.html
4. PREDMET POKLICNE MATURE
PROJEKTNA NALOGA
MFE TŠC
Mala fotovoltaična elektrarna TŠC
Avtor: Svetina Klemen, 2.NE
Mentor: Matjaž Marušič
Nova Gorica, maj 2013
POVZETEK
Najina sončna elektrarna ne zaživi, če na njene sončne celice ne posijejo sončni žarki. Ko se
to zgodi začnejo solarni moduli proizvajati električno energijo, ki jo preko razsmernika
pretvorimo v izmenično napetost. Ta energija preko vtičnice napaja baterije za električni
avto.
KAZALO:
POVZETEK .......................................................................................................................... 139
KAZALO: ............................................................................................................................. 140
1. UVOD ............................................................................................................................. 141
2. NEKAJ O ZGODOVINI IN ODKRITJU SONČNIH CELIC ...................................................... 142
3. KAJ SPLOH SO SONČNE CELICE ...................................................................................... 143
3.1 Vrste sončnih celic ...........................................................................................................................143
4. DELOVANJE SONČNIH CELIC .......................................................................................... 144
5. MATERIALI SONČNIH CELIC IN LASTNOSTI .................................................................... 145
5.1 Pridobivanje polikristalnega silicija .................................................................................................146
5.2 Pridobivanje monokristalnega silicija ..............................................................................................146
5.3 Pridobivanje amorfnega silicija .......................................................................................................147
6. LASTNOSTI SONČNIH CELIC ........................................................................................... 147
6.1 Kristalne sončne celice ....................................................................................................................147
6.2 Amorfne sončne celice ....................................................................................................................148
6.3 Druge vrste sončnih celic.................................................................................................................149
7. PRIMER UPORABE ......................................................................................................... 150
8. CENA SONČNE ENERGIJE ............................................................................................... 152
8.1 Obnovljiva energija ..........................................................................................................................153
9. RAZSMERNIK in SONČNE CELICE ................................................................................... 154
10. IZDELEK-MFE TŠC......................................................................................................... 155
10.1 Material in orodje ..........................................................................................................................155
10.2 Potek dela in aktualizacija projekta...............................................................................................155
11. ZAKLJUČEK ................................................................................................................... 158
12. ZAHVALA ...................................................................................................................... 158
13. VIRI IN LITERATURA ..................................................................................................... 159
14. PRILOGA....................................................................................................................... 160
1. UVOD
Obstajata dva načina zadovoljevanja potreb po električni energiji. Prvi način je z
izkoriščanjem fosilnih goriv ( nafta-40 let, premog-200 let, plin-60 let), drugi način je z
uporabo obnovljivih virov energije ( biomasa, geotermalna, veterma, vodna, sončna).
Sonce, večni jederski reaktor, je praktično neizčrpen vir obnovljive energije. Čist in donosen
vir, ki nam lahko zagotovi pomemben del energije za naše potrebe. Energija, ki jo sonce seva
na zemljo, je 15.000 krat večja od energije, kot jo porabi človek. To je energija, ki se obnavlja,
ne onesnažuje okolja in je hkrati brezplačna. Zato, mora biti cilj izkoriščati to energijo v
največjem možnem obsegu. Sončno energijo lahko uporabljamo za ogrevanje prostorov,
vode, ogrevanje bazenov in za proizvodnjo elektrike za osvetljevanje in hišne porabnike. Pri
tem pa se pojavijo določeni tehnični in investicijski problemi. Kakor koli sončna energija je
energija prihodnosti, njeno uveljavitev pa ovira le draga cena v primerjavi z
konvencionalnimi viri energije.
Dejstvo je da v današnjih dneh porabimo vse preveč fosilnih goriv, ki pa zelo slabo vplivajo na
okolje. Vpliv tople grede, prevelike emisije CO2, onesnaženje zraka in nastajanje ozonske
luknje so posledice, ki jih ta goriva puščajo za seboj. Da bi naš planet obvarovali pred
nadaljnim uničenjem, je treba naš način pridobivanja energije prilagoditi naravnemu ritmu
zemlje in njenim ekosistemom. Ena od rešitev je izkoriščanje sončne energije.
Slika 71 sončne celice
2. NEKAJ O ZGODOVINI IN ODKRITJU SONČNIH CELIC
Francoski fizik Alexander-Edmond Becquerel je leta 1839 odkril, da se jakost električnega
toka med elektrodama v elektrolitu poveča, ko so elektrobe obsijane s sončnim sevanjem.
Odkril je fotoelektrični pojav, ki je posledica delovanja elektromagnetnega valovanja ( IR
svetlobe, UV rentgenskih in gama žarkov ) na električno nabite delce snovi. Energija fotonov
se prenese elektronom, protonom ali drugim delcem. Med fotoelektrične pojave uvrščamo:
- fotoprevodnost, ko se snovi, ki je obsijana s sončnim sevanjem, spremeni električna
upornost, ( značilni snovi sta selen in kamdijev sulfid )
- fotoaluminiscenco, ko fotoni vzbudijo elektrone snovi, ki s časovno zakasnitvijo oddajo
fotone drugih valovnih dolžin
- fotovoltaični pojav, ko gre za pretvorbo energije fotonov v električno energijo.Tako štejemo
fizika Becquerela za iznajditelja sončnih celic v fizikalnem pomenu. Iznajdbo sta nadaljevala
Adams in Dak, ki sta leta 1876 opazila pojav v trdi snovi in postavila osnove danes poznanim
sončnim celicam. Nekaj let kasneje, natančno leta 1883 pa je Charles Fritts izdelal prvo
sončno celico iz 30*30 cm velike plošče selena, prekritega s prosojnim filmom zlata. Vendar
je bila ta sončna celica z izkoristkom 0,1 - 0,2 % bistveno predraga. Nagel razvoj sončnih celic
pa je omogočilo odkritje sončne celice iz silicija leta 1954 v Bellovih laboratorijih v ZDA. Takoj
so dosegli 6-krat višje izkoristke v primerjavi z najboljšo dotedanjo selensko celico. Poleg
tega pa je silicij
Prvo odmevnejšo uporabo pa so sončne celice doživele leta 1958, ko so izstrelili drugi
vesoljski satelit Vanguard 1, ki je imel majhno polje sončnih celic za napajanje radijskega
oddajnika. Cena sončnih celic, ki so jih uporabljali je bila 200.000$ za vsak watt moči celic. Od
tedaj je bil storjen velik korak pri razvoju tehnologij izdelave in znižanju cene sončnih celic.
Slika 72 uporaba sončnih celic na lahkih letalih
3. KAJ SPLOH SO SONČNE CELICE
Sončne celice so v osnovi polprevodniške diode z veliko površino. Do pretvorbe energije
svetlobe v električno energijo (tok) prihaja zaradi fotovoltaičnega pojava. Pri vpadu fotonov na
kristalno mrežo polprevodnika fotoni oddajo svojo energijo kristalni mreži in če je energija
dovolj velika ta pojav povzroča nastajanje prostih valenčnih elektronov. Svetlobna energija ne
doteka kontinuirano, ampak v kvantih svetlobnega valovanja. Energija kvantov je odvisna od
valovne dolžine svetlobe oziroma elektromagnetnega valovanja in od tega je tudi odvisno število
sproščenih elektronov. Prosti elektroni bodo nastali le v primeru, če bo energija vpadnih fotonov
enaka ali večja kot WL-WV (meja valenčnega in prevodnega pasu). Zveza med frekvenco in
energijo vpadnega fotona je sledeča:
h-Planckova konstanta ( 6,626x10-34 Ws2), v-frekvenca (Hz)
3.1 Vrste sončnih celic
Glede na kristalno zgradbo ločimo amorfne, polikristalne in monokristalne sončne celice. Glede
na tehnološke postopke pa jih lahko razvrstimo tudi na sončne celice izdelane iz Si rezin, oziroma
tankoplastne, ki jih proizvajamo s pomočjo vakuumskih tehnologij. Osnovne lastnosti sončnih
celic iz posamezne družine so navedene
V nadaljevanju. Sončne celice združujemo v
fotovoltaične module, z razponom moči od nekaj W pa do nekje 260 W. Lastnosti modulov so
odvisne od vrste uporabljenih sončnih celic.
4. DELOVANJE SONČNIH CELIC
Za razumevanje delovanja sončnih celic, se moramo seznaniti z gradniki sončnih celic, kot
tudi z delovanjem sončne svetlobe.
Sončna celica je naprava, ki sončne fotone (sončno energijo) s pomočjo elektronov pretvori v
elektriko. Sončna celica je zgrajena iz 2 tankih plasti P in N tipa silicija(dva osnovna tipa
polprevodnika-N in P tip). N tip dobijo tako, da v čist silicijev kristal dodajo primesi (1:106) 5valentnih elementov (As, P ali Sb). P tip pa tako, da v čist silicijev kristal dodajo primesi 3valntnih elementov (najpogosteje indija).
Skupna debelina sončne celice je približno 0,3 mm.
Pri obsevanju s sončno svetlobo (fotoni), se začnejo prevodniški elektroni in vrzeli gibati in
ob meji med plastema prehajajo tudi na dugo stran. Prej je bila snov nevtralna, zdaj pa je
zaradi gibljivih nabojev, ki so odsotni, naelektrena in ozek pas ob meji je na strani P
negativen, na strani N pa pozitiven. Med njima je nastalo električno polje. Na ta način
dobimo generator enesmerne električne napetosti.
Shema delovanja sončne celice
5. MATERIALI SONČNIH CELIC IN LASTNOSTI
Glavni element za izdelavo sončnih celic je silicij, ki je zaenkrat praktično še vedno edina
surovina za masovno proizvodno sončnih celic. Kot najpogosteje uporabljeni polprevodnik im
več dobrih lastnosti.
V naravi se nahaja v zelo velikih količinah. Silicij v obliki oksidov sestavlja 1/3 zemeljske
skorje. Je nestrupen, okolju prijazen, tudi odpadki ne predstavljajo težav. Lakho se tali,
obdeluje in ga je sorazmerno lahko oblikovati v monokristalno obliko. Njegove električne
lastnosti (obstoj do 125 oC) omogočajo uporabo Si polprevodniških elementov tudi v
najzahtevnejših primerih uporabe.
Čisti silicij je edini, v tehniki široko uporabljen element, ki ga pridobivamo tako čistega.
Odstotek čistega silicija v materialu dosega najmanj 99,9999999o/o. Glede na gostoto silicija,
ki znaša 5x1022 atomov/cm3, to pomeni 5x1013 atomov nečistosti/cm3. Številčne vrednosti
atomov primesi v materialu so določajo z različnimi metodami, kot so masna spektrometrija,
meritev s pomočjo Hallovega efekta in z vrsto drugih specifičnih fizikalnih metod.
Pridobivanje čistega silicija iz peska (SiO2) poteka s sledičimi postopki:
Osnovna surovina za izdelavo čistega silicija je metalurški surovi silicij, ki ga pridobivamo z
redukcijo v elektropečeh pri temparaturi 1800oC. Čistota tako pridobljenega metalurškega
silicija znaša 98-99 ℅. Kot reducent služijo ogljene elektrode.
Slika 73 element silicija
5.1 Pridobivanje polikristalnega silicija
Postopek pridobivanja čistega polikristalnega silicija iz triklorsilana se lahko (med drugim)
izvaja v posebnih pečeh, ki so jih razvili v Siemensu. Peči se ogrevajo s tokom, ki teče skozi (v
večini primerov) Si elektrode. Elektrode imajo premer do 8 mm, dolge pa so 2 m. Tokovi, ki
tečejo skozi elektrode lahko znašajo tudi 6000 A. Stene peči dodatno hladimo, kar
preprečuje nastajanje neželjenih reakcij zaradi plinskih stranskih produktov. Rezultat procesa
je čisti polikristalni silicij, ki ga nato uporabljamo kot surovino za izdelavo sončnih celic.
Polikristalni silicij pridobivamo tudi iz silicija, ki ga segrevamo na 1500°C in nato ohlajamo na
1412°C, kar je tik nad strdiščem materiala. Pri ohlajanju nastaja blok polikristalnega silicija
vlaknaste strukture dimenzij 40x40x30 cm. Pri polikristalnem siliciju je zgradba v delu
materiala urejena, vendar ni usklajena z zgradbo v drugem delu materiala.
5.2 Pridobivanje monokristalnega silicija
Monokristalni silicij pridobivamo iz čistega silicija, pridobljenega po predhodno opisanem
postopku z dvema postopkoma:
Metoda Czochralskega
Silicij po tej metodi pridobivamo iz taline v indukcijski peči z grafitno oblogo pri temperaturi
1415°C. Na palico nanesemo silicijev kristal določene orientacije, nakar z vrtenjem palice v
talini kristal narašča. Hitrost vrtenja palice znaša 10 do 40 obratov na minuto, pomikanje po
dolžini pa med 1 mikrometrom in 0,1 milimetrom na sekundo. Na ta način lahko izdelamo
palice premera 30 cm in dolžine nekaj metrov. Vse skupaj poteka v inertni atmosferi,
morebitne nečistoče pa zgorijo, oziroma se izločajo v talini.
Conska rafinacija
Prednost tega postopka je v večji čistoči silicija, z njim pa lahko izdelamo palico silicija
premera 10 cm in dolžine 1 m. Tudi ta postopek poteka v inertni atmosferi, pri čemer
indukcijski grelec potuje vzdolž palice in tali silicij, pri čemer pri ohlajanju nastaja monokristal
silicija. Bloki monokristalnega ali polikristalnega silicija se nato žagajo in obdelujejo do
končne oblike sončnih celic. Samo pri žaganju gre v izgubo okrog polovica materiala.
5.3 Pridobivanje amorfnega silicija
Amorfni silicij pridobivamo v visokofrekvenčnih pečeh v delnem vakuumu, skozi katere ob
prisotnosti električnega polja visokih frekvenc prepihujemo pline silan in B2H6 in PH3 s
pomočjo katerih v silicij dodajamo bor ali fosfor.
6. LASTNOSTI SONČNIH CELIC
6.1 Kristalne sončne celice
V to skupino prištevamo tako polikristalne, kot tudi monokristalne sončne celice. Osnova za
izdelavo celic je blok kristalnega silicija. Rezine silicija, ki so osnova za izdelavo sončnih celic
režemo iz bloka z diamantno žago. Izrezane rezine, debeline 1mm, ki so rezane na 1/10 mm
natančno se nato položi med dve planparalelni, nasproti rotirajoči, kovinski plošči s čimer
dosežemo izravnavo obeh ravnin rezine na nekaj tisočink mm natančno. Nato sledi postopek
izdelave celic, ki je sestavljen iz sledečih korakov:
Najprej se dopirane rezine jedka do globine nekaj mikrometrov. Na ta način odstranimo
nepravilnosti v strukturi kristala, ki so nastale zaradi žaganja, obenem pa se rezine na ta
način tudi čisti. Materijal se sicer dopira kot talina pri polikristalnem siliciju ali pa se dodajajo
ustrezni plini ko se iz silina pridobi čist silicij. Temu postopku sledi difuzija. Pri temperaturi
800 stopinj celzija pride do difuzije fosforja, ki ga dovajamo v plinasti obliki, v notranjost
materijala. Nastane N dopirana plast in oksidna plast, bogata s fosforjem, na vrhu rezine
zaradi reakcije s kisikom.
Rezine se nato zložijo v obliko kocke, ki se nato jedka v kisikovi plazmi, s čimer obstranimo N
plast na robovih. V naslednji fazi s pomočjo mokrega kemijskega jedkanja odstranimo še
oksidne plasti na površinah rezin. Na zadnji strani se nato izdela površina kontaktov iz srebra,
ki vsebuje 1% aluminija. Srebro se na površino celic tiska preko maske, s posebnim
postopkom. Nato se potiskano celico sintra pri visokih temperaturah. Na podoben način
tiskamo še kontakte za povezavo na spodnji strani celic. Tudi antirefleksno plast nanašamo
na podoben način. Na izbiro imamo titanove paste, ki pri sintanju tvorijo titanov dioksid TiO2
ali pa silicijev nitrid Si3N4.
Monokristalne sončne celice ne morejo pretvoriti več kot 25 % sončne energije v električno,
zato ker sevanje infrardečega področja v elektromagnetnem spektru nima dovolj energije, da
bi ločil pozitivne in negativne naboje v materialu. Polikristalne sončne celice imajo izkoristek
manj kot 20%, amorfne sončne celice pa okoli 10% učinkovitosti.
Običajna monokristalna sončna celica dimenzije 100 cm2 proizvede 1,5 W moči pri 0,5 V
enosmerne napetosti in toku 3 A pri polni sončni svetlobi(1000W/m2) Izhodna moč sončne
celice je običajno sorazmerna s sončno obsevanostjo. Zelo pomembno dejstvo sončne celice
je to, da je električna napetost večinoma konstantna neglede na sončno obsevanje. Ravno
obratno pa se dogaja z električnim tokom, saj je le ta sorazmerno narašča z osvetlitvijo
sončne celice.
Izhodna moč sončne celice in izkoristek se povečata tako, da je sončna celica usmerjena čim
bolj pravokotno proti soncu ali z dodajanjem koncentratorjev svetlobe in leča. Seveda pa
obstajajo omejitve pri tem procesu povečevanja izhodne moči. Sončne celice se na ta način
bolj grejejo, z gretjem pada izhodna napetost, posledično pa moč sončne celice, zato je
treba sončne celice hladiti.
Slika 74 Leva celica je monokristalna, desna pa polikristalna
6.2 Amorfne sončne celice
Amorfne celice imajo precej slabši izkoristek, ki se giblje med 6 in 8%. Amorfne celice se tudi
hitro starajo. Gostota toka znaša do15 mA/cm2, napetosti neobremenjenih celic pa so do
0.8V, kar je več kot pri kristalnih celicah. Spektalna občutljivost pri amorfnic celicah je
pomaknjena bolj proti modri svetlobi, tako da je idealen izvor svetlobe za amorfne celice
fluorescenčna žarnica. Amorfne celice izdelujemo s posebnimi postopki, kot integrirana
vezja. Zaradi tega tovrstnege module večkrat imenujemo tudi tankoplastni moduli (thin-film
modules ). Postopek izdelave amorfnih sončnih celic je sledeč. Najprej steklen substrat
temeljito očistimo. Sledi nanašanje spodnje kontaktne plasti. Površina se nato strukturira razdeli v trakove. V vakumu se pod vplivom visokofrekvenčnega električnega polja nanaša
plast amorfnrga silicija. Ponovno sledi delitev v trakove. Nato sledi še nanašanje zgornjih
kovinskih elektrod.
6.3 Druge vrste sončnih celic
Ostale, manj uporabne sončne celice so še celice izdelane z EFG (Edge Defined Film fed
Growth) metodo in APex celice iz silicija, celice izdelane iz kadmijevega telurida in celice
izdelane iz bakrovega-indijevega selenida (CIS). EFG celice, ki po zgradbi spadajo med
polikristalne po lastnostih pa jih uvrščamo med polikristalne celice, se izdelujejo neposredno
iz taline silicija, s čimer odpade žaganje na rezine, kar pomeni prihranek proizvodnjih
stroškov in prihranek materijala, saj ni odpadnega materijala zaradi žaganja. Pri proizvodnem
postopku izdelave EFG celic se iz taline silicija vleče trak silicija v obliki pravilne cevi z osmimi
ravnimi stranicami. Dolžina cevi znaša nekaj m. Ravne stranice cevi se nato z laserjem
razžagajo v posamezne sončne celice. Dimenzije posameznih sončnih celic znašajo 100*100
mm in so v večini primerov pravilne kvadratne oblike. To ima za posledico večjo moč modula
od majjših površin za razliko od kristalnih modulov, kjer so celice v obliki kvadrata s
prisekanimi robovi. Kontakti so izvedeni v obliki bakrenih trakov, posamezne celice pa se
nato vzdržujejo na podoben način, kot pri ostalih vrstah celic. EFG celice izdeluje proizvajalec
ASE. Za razliko EFG celic so Apex celice polikristalne z zaščitenim proizvodnim postopkom,
proizvaja pa jih le en proizvajalec. Celice iz kadmijevega telurida in bakrovega- indijevega
selenida (CIS) se zaenkrat uporabljajo v manjši meri in še to pretežno v laboratorijskih
raziskavah. Komercijalni moduli iz zadnjih omenjenih materijalov so zaenkrat še zelo redki.
Material
Monokristalne Si sočne
celice
Polikristalne Si sončne
celice
Debelina
0,3 mm
0,3 mm
Slabosti
Prednosti in
perspektive
15 - 18 %
Temno
modre, črne
z AR plastjo,
sive brez AR
plasti
Dolgotrajni
proizvodni
postopki, potrebno
žaganje rezin
Najbolj raziskan
material. Tudi v
prihodnjih letih bo
prevladoval na tržišč,
posebej tam, kjer je
potrebno veliko
razmerje
moč/površina.
13 - 15 %
Modre z AR
plastjo,
srebrno-sive
brez AR
plasti
V primerjavi s
tankoplastnimi
Najpomembnejši
tehnologijami
material vsaj v
daljši proizvodnji
naslednjih nekaj letih.
postopki, potrebno
žaganje rezin
Izkoristek %
Barva
Polikristalne Si celice v
obliki traku
0,3 mm
12 %
Modre z AR
plastjo,
srebrno-sive
brez AR
plasti
Omejena uporaba
proizvodnih
postopkov
Možnost znatnega
znižanja proizvodnih
stroškov v
prohodnosti. Ni
žaganja rezin.
Omejena uporaba
proizvodnih
postopkov
Možna proizvodnja v
obliki traku, ni
žaganja rezin,
material veliko obeta.
Možnost znatnega
znižanja proizvodnih
stroškov v
prohodnosti
Možna proizvodnja v
obliki traku, ni
žaganja rezin.
Apex (polikristalne Si)
sončne celice
0,03 do 0,1 mm +
keramični substrat
9,5 %
Modre z AR
plastjo,
srebrno-sive
brez AR
plasti
Monokristalne Si celice v
obliki dendritne mreže
0,13 mm vključno s
kontakti
13 %
Modra z AR
plastjo
Omejena uporaba
proizvodnih
postopkov
Amorfne sončne celice
0,0001 mm + 1 do 3 mm
substrat
5-8%
Rdečemodra, črna
Možna proizvodnja v
obliki traku, ni
žaganja rezin. Ob
Manjša
izboljšanju
učinkovitost, krajša dolgoročnih lastnosti
življenjska doba.
(izkoristek, življenjska
doba) najbolj
perspektiven
material.
Kadmijev telurid (CdTe)
0,008 mm + 3 mm
steklen substrat
6-9%
(modul)
Temno
zelene, črne
Strupene surovine
Možnost znatnega
znižanja proizvodnih
stroškov v
prohodnosti
Bakrov indijev diselenid
(CIS)
0,003 mm + 3 mm
steklen substrat
7,5 - 9,5 %
(modul)
Črna
Omejene zaloge
indija v naravi
Možnost znatnega
znižanja proizvodnih
stroškov v dnosti
Tabela 2 Vrste sončnih celic in opis
7. PRIMER UPORABE
Sončne celice združujemo v panele, te pa v neko skupino-Sončne elektrarne. Poznamo več
različnih primerov sončnih elektraren:
Sončne elektrarne na stanovanjskih hišah
Vsekakor če ste lastnik hiše in bi želeli zmanjšati račun za električno energijo, potem je
postavitev sončne elektrarne na streho vaše hiše idealna izbira. Vseeno pa je potrebno imeti
zadostno količino sonca skozi dan, da lahko postavite to vrst sončnih celic. Poleg vsega je
potrebno imeti dovolj trdno streh ter pravi naklon za postavitev te sončne elektrarne.
Slika 75 Primer sončne elektrarne na stanovanski hiši
Sončne elektrarne na večjih poslovnih stavbah
Velika prednost postavitve sončne elektrarne na poslovni stavbi je zmanjšanje stroškov
električne energije. Poleg vsega je prednost tudi v velikosti stavb, saj se lahko investicija v
sončno elektrarno na streh poslovne stavbe izjemno hitro povrne.
Slika 76 primer sončne elektrarne na poslovnem objektu (Gospodarsko rastavišče)
Sončne elektrarne na tleh
Prazna zemljišča, ki niso za uporabo, so lahko namenjena za postavitev sončne elektrarne.
Seveda pod pogojem, da je tam zadostna količina sonca skozi dan. Slaba lastnost takšne
postavitve elektrarn je le v tem, da ni privlačna na izgled. Vsekakor pa je potrebno paziti, da
elektrarno ne postavimo na zazidljiva oziroma rodovitna območja.
Slika 77 Primer sončne elektrarne na tleh
Integrirane sončne elektrarne
Preprosto nadomestite material za strešno kritino z solarnimi celicami
Slika 78 Primer intergrirane sončne elektrarne
Otočne sončne elektrarne
Otočne sončne elektrarne so prava rešitev v primeru, kadar želimo imeti neodvisen vir
električne energije in nimamo možnosti za priključitev na omrežje. Tipičen primer uporabe je
v planinskih kočah, počitniških hišah in podobno. Gre običajno za elektrarne manjših moči
(do nekaj kW), ki pokrivajo električne potrebe objekta na katerem so nameščene
8. CENA SONČNE ENERGIJE
Solarna energija še vedno spada med zelo drage vire energije. Visoki stroški investicije, in
neinformiranosti pogosto odvračajo ljudi od njene uporabe. Ampak cene se z leta v leto
znižujejo, tako da bo morda v bližnji prihodnosti s sposobna tekmovati s konvencionalnimi
energetskimi viri.
Sončne elektrarne – Cena ZO Višina OP (EUR/MWh)
na stavbah
(EUR/MW 1. 1. – 30. 6. 2012
h)
1. 1. – 30.
6. 2012
mikro - manjše od
290,82
241,72
50kW
mala - manjše od
266,01
216,91
1MW
srednja - od 1MW do 220,75
169,98
vključno 10MW
velika - nad 10MW
/
140,71
do vključno 125MW
Sončne elektrarne – Cena ZO Višina OP (EUR/MWh)
samostojni objekti (EUR/MW 1. 1. – 30. 6. 2012
mikro - manjše od
50kW
mala - manjše od
1MW
srednja - od 1MW do
vključno 10MW
velika - nad 10MW
do vključno 125MW
h)
1. 1. – 30.
6. 2012
273,29
224,19
251,80
202,70
202,99
152,22
/
132,66
Tabela 3 Odkupne cene sončne energije za leto 2012
8.1 Obnovljiva energija
Obnovljiva energija predstavlja 18% vseh globalnih virov energije, vendar večinski delež
prihaja iz naslova vodno energije. Če izvzamemo vodno energijo, obnovljivi viri predstavljajo
le 2% globalnih virov energije in je sončna energija le majhen delež tega, oziroma le 0,04%.
To predstavlja ogromno prostora za rast in uvajanje te tehnologije.
Čeprav energija predstavlja majhen delež virov, pa infrastruktura za sončno energijo hitro
narašča že nekaj časa in sicer 39% CAGR v zadnjih petih letih. Ponovno zanimanje za
obnovljive vire energije (tako kot tudi jedrske) je večinoma posledica skrbi zaradi globalnega
segrevanja. Znanstveniki že nekaj časa opozarjajo na ta problem, vendar smo šele v zadnjih
letih opazili, da to postaja tudi politična tema. Večina opaženih sprememb atmosfere je
zaradi emisije nevarnih plinov, ki so posledica izgorevanja fosilnih goriv (ki se uporabljajo za
proizvodnjo električne energije). Ni verjetno, da bodo ljudje prostovoljno spremenili način
dosedanjega obnašanja in začeli sami uporabljati manj škodljive substance. Vendar, glede na
pomembnost tega problema za politiko lahko pričakujemo, da bodo vlade začele z uvedbami
programov, ki bodo zniževali emisijo nevarnih plinov. V okviru takšne politike lahko tudi
pričakujemo povečano uporabo obnovljivih virov. Kyotski protokol je eden izmed primerov,
kjer so vlade posredovale za pospešeno uporabo obnovljivih virov energije. Sprememba
strukture uporabe virov energije v korist obnovljivih je opazna tudi v državah, ki niso
podpisnice tega protokola (na primer ZDA).
Slika 79 Uporaba obnovljivih virov po svetu
9. RAZSMERNIK in SONČNE CELICE
Razsmerniki pretvarjajo enosmerni tok, ki ga proizvedejo solarne celice v solarnih modulih v
izmenični, z omrežjem ujemajoči se električni tok. So drugi najpomembnejši del sončne
elektrarne in predstavljajo 7 do 9 % vrednosti sončne elektrarne po sistemu izgradnja na
ključ.
Model razsmernika:
Sunny boy 1100
Max. moč DC
1210 W
Max. napetost DC
400 V
PV-območje, MPPT
139 V – 320 V
Max. vhodni tok
10 A
Izkoristek
93 %
PODATKI O SONČNIH CELICAH
Največja izhodna napetost: 44.0V
Največji tok: 12A
Največja moč: 180W
Dimenzije: 160 * 80 cm
Temperaturno območje: od -40 do 80 stopinj celzija
10. IZDELEK-MFE TŠC
10.1 Material in orodje
Za izdelavo izdelka smo potrebovali naslednje orodje:
-vrtalni stroj
-kladivo
-meter
-izvijač
-ključe
-inbus ključ
Material za izvedbo projekta:
-Železna konstrukcija
-Sončni moduli
-Navojne palice M10
-Pritrdilci za sončne module
-aluminjasti profili
-barva za železo
-matice in podloške
-razsmernik
-solarni kabli
10.2 Potek dela in aktualizacija projekta
Najprej smo izdelali železno konstrukcijo, ter jo pobarvali in jo spravili na streho. Nato smo
skozi steno izvrtali 6 lukenj, ter skozi luknje porinili navojne palice M10 in pritrdili
konstrukcijo na steno zgradbe. Na to konstrukcijo smo kasneje pritrdili še dva sončna
aluminjasta profila, ter na te profile z posebnimi spojkami pritrdili še sončne celice. Nato smo
povezali sončne celice z razsmernikom. Izvod iz razsmernika smo priključili na vtičnico, katera
bo polnilna postaja za električni avto.
11. ZAKLJUČEK
Končno je najin izdelek končan! Delo je bilo še kar naporno in zahtevno, saj sva morala biti
pri izdelavi izdelka še kar natančna. Najprej je bilo treba narediti železno konstrukcijo ter jo
zaščititi proti rjavenju. Kasneje smo konstrukcijo prenesli na streho, ter jo z navojnimi
palicami pritrdili na steno zgradbe. Ko je bila konstrukcija pritrjena, smo na to konstrukcijo
pritrdili še aluminjaste sončne profile, na te profile pa privijačili 3 sončne celice. Sledilo je
ožičenje in montaža razsmernika. Na koncu smo samemu projektu dodali še malo estetskega
videza in izdelek je bil končan. Z pisnim delom je bilo malo več težav, sej sva morala najprej
izbrati vso gradivo ter se lotila pistati in oblikovat seminarsko nalogo. Misliva da je zadana
naloga uspešno končana. Najpomembnejše pa je da najina sončna elektrarna pravilno
deluje.
12. ZAHVALA
Najprej bi se rad zahvalil profesorju Matjažu Marušiču, ki nama je omogočil tako edinstven
zaključni izdelek in ker je bil najin mentor, vedno ko sva rabila pomoč in nasvete je vedno
priskočil na pomoč in nama svetoval.
Zahvalil bi se tudi nekaterim sošolcem in pa vsem, ki so kakorkoli pripomogli k uresničitvi
tega projekta.
ISKRENA HVALA!
13. VIRI IN LITERATURA
KNJIGE
-Medved Sašo; Novak Peter (2000): Varstvo okolja in obnovljivi viri energije, Fakulteta za
strojništvo
INTERNETNI ISKALNIKI PO KLJUČNIH BESEDAH
- https://www.google.si/
- http://www.najdi.si/
SPLETNI VIRI
-http://www.sunpower.si/sl/component/content/article/11-novice/108-soncnaenergija.html
- http://kredit-leasing.si/kaksne-vrste-soncnih-elektrarn-poznamo.html
- http://www.sol-navitas.si/novice/aktualno-odkupne-cene-elektricne-energije-2012soncne-elektrarne
- http://sl.wikipedia.org/wiki/Kategorija:Obnovljiva_energija
- http://www.e-fizika.si/
14. PRILOGA
-Načrt konstrukcije
-Vezalna shema