Een lithium-ion-batterij van 20 kilo waarmee duizend kilometer kan worden gereden, zonder zonlicht. Een inventieve koeling voor deze batterij, aerodynamische nuances en een roterende vin. Niet alleen de nieuwste technologie maakte Innoptus uit Leuven zowel Europees- als wereldkampioen. Dankzij het geoliede team liep ook de 24urenloop gesmeerd.
Kevin Vandeputte kan de Infinite waarmee het WK is behaald, nog niet laten zien. Die zit nog in het schip, op de terugweg van Zuid-Afrika. Haar voorganger, de Bluepoint Atlas staat wel in de werkplaats. De ingenieur opent voorzichtig, wat hij noemt, de ‘cockpit’. Hij spreekt ook niet van chauffeur, maar van piloot. Die bestuurder moet zich behelpen met een zeer krappe ruimte. Belangrijkste besturingsonderdeel is een controller die afkomstig lijkt van een PlayStation. Voor een autostuur zou geen plek zijn.
De solarwagen is niet gemaakt voor het comfort. En om het gewicht laag te houden – het voertuig weegt slechts 160 kilo – bestaat het plaatmateriaal voor het grootste deel uit dun carbon. Ook de zonnecellen zijn niet voorzien van een glazen beschermlaag. “Wel zit er een speciaal ontworpen structuur op die de lichtinval optimaliseert en het weerkaatsen verhindert.”
De wagen en de cockpit zitten vol sensoren en communicatieapparatuur, waarmee de eerste volgauto, de ‘brains’, vol computers en ontvangst- en meetapparatuur, exact op de hoogte is van de prestaties en de omstandigheden. Vandeputte was één van de volgers in het konvooi van 15 personen.
24urenloop
De ingenieur excuseert zich voor zijn stem. “Het is gisteravond nog laat geworden.” Het heeft alles te maken met de winning mood waarin het team van Innoptus van de KU Leuven zich bevindt. In september wonnen ze het EK en het WK op de solarkampioenschappen (zie kader), de dag voor dit gesprek wonnen ze de 24urenloop in Leuven. Al nam niet iedereen van het team mee aan de 24 uur durende estafette die jaarlijks duizenden studenten trekt, nuanceert Vandeputte. “Dat staat er helemaal los van.”
Het toont wel hoe sterk het team op elkaar is ingespeeld. “Wij steken ook energie in teambuilding”, vertelt de jonge ingenieur. “Want het is van belang dat we goed met elkaar kunnen communiceren tijdens een solarwedstrijd.”
Het Innoptus Solar Team bestaat uit twintig personen, afkomstig van verschillende Vlaamse universiteiten, verdeeld over de afdelingen mechanica, energie en marketing. Elk lid heeft een bachelorsdiploma en een ingenieurstitel en volgt hier een postgraduaat. Vandeputte is 23, studeerde af als burgerlijk ingenieur in de richting computerwetenschappen en maakt deel uit van de marketingafdeling van Innoptus. Die afdeling verzorgt ook de logistiek en de organisatie, zodat de technisch ingenieurs zich volledig op de technologie kunnen focussen.
Pak ijs
Het was een extreme race, vertelt hij over zijn avonturen in Zuid-Afrika. “Het ging door bergketens met een hoge hellingsgraad. Daar hebben we de batterij aan moeten aanpassen.”
De batterij van de Infinite waarmee ze in Zuid-Afrika wonnen, en dan voornamelijk de koeling, is een verhaal apart. De batterij weegt slechts 20 kilo, waarmee het 160 kilo wegende voertuig ’s nachts, dus zonder zonlicht, nog wel duizend kilometer kan rijden.
Maar verder weet Vandeputte er de fijne kneepjes niet van. Dus belt hij zijn collega Ward Vanhulle. Het betreft een lithium-ion-batterij. “Deze heeft de hoogste energiedensiteit.” Probleem daarbij is de koeling. Vooral bij een toch al warm klimaat en een sterk hellend terrein.
Een dergelijke koeling heeft een thermische massa nodig. Om te voorkomen dat hiervoor extra gewicht aan de auto moest worden toegevoegd, werd gebruik gemaakt van de batterijklemmen. Voor de koelfunctie zijn de klemmen gemaakt uit aluminium en voorzien van een eigen ontworpen freeswerk met gangen voor frisse lucht, legt Vanhulle uit. “En met tussenplaatjes die als koelvinnen dienen en direct contact maken met de batterijcellen.”
Voordeel van zo’n thermische massa is dat ze gestaag opwarmen, nadeel is tegelijk dat, eenmaal warm, ze ook langzaam afkoelen. Dat leidde ertoe dat het team toch met creatieve oplossingen moest komen om de batterij af te koelen. “We zijn bij een tankstation een pak ijs gaan halen.”
Roterende vin
Toch was deze batterij met koeling wel degelijk één van de factoren waarmee de winst werd behaald. Naast het uitstekend op elkaar ingespeelde team, maar ook uit de aerodynamica en de roterende vin. Met hulp van sensoren die de windsnelheid en richting meten, zet het strategisch team de vin op de juiste manier op de wind, zodat deze een zeileffect creëert. En het geeft extra stabiliteit bij hoge snelheden. Waait het niet en is de vin overbodig, dan schuift deze zich naar beneden, in de auto. “Het is een continue strijd tussen stabiliteit, weerstand en zeileffecten”, legt de ingenieur uit.
De Infinite kan een topsnelheid behalen van 170 kilometer per uur. Het is de tiende zonnewagen die het team bouwde en de meest aerodynamische. “De weerstand van de gehele wagen is vergelijkbaar met de zijspiegel van een personenauto”, vertelt Vandeputte. Die aerodynamische voordelen komen niet alleen uit het gestroomlijnde model, maar ook uit de vortex-generatoren: kleine 3D-geprinte vinnetjes rondom de nummerplaat aan de achterkant. “Want de luchtstroom rondom zo’n groot vierkant vlak is zonder die generatoren erg nadelig.”
De weerstand van de hele solarwagen is vergelijkbaar met de zijspiegel van een personenauto.”
Het Innoptus Solar team was de eerste met zulke vortex-generatoren. Maar nu worden ze al toegepast bij personenauto’s. Vooral bij Japanse merken. Maar er zijn meer dingen die voor zonnewagens zijn ontworpen die nu opduiken in de auto-industrie, weet Vandeputte. Als voorbeeld noemt hij camera’s in plaats van achteruitkijkspiegels voor een betere stroomlijning.
Zonnepanelen op een personenwagen zien we echter nog niet. “Er zijn wel conceptcars”, weet Vandeputte. “Technisch gaat dat heel goed, maar financieel is dat nog niet rond te rekenen.” Probleem daarbij is dat automobilisten veel comfort verwachten. Dat maakt een auto veel zwaarder.
Het is daarom dat de meeste toegevoegde waarde aan de auto-industrie op andere vlakken ligt dan op de solar-toepassingen. Op aerodynamica maar ook op materiaalgebruik wat auto’s lichter maakt, maar bijvoorbeeld ook op het bandengebruik. Daarvoor werken ze samen met Bridgestone.
“Onze band heeft een heel lage rolweerstand. Die rolt eens zo ver dan een reguliere autoband.” Die technologie wordt echter niet één op één meegenomen in de consumentenmarkt, “maar stel dat ze dankzij onze innovaties hun banden op wereldschaal één procentje zuiniger kunnen maken. Reken maar uit wat dat aan CO2-besparing oplevert.”
Stel dat dankzij onze innovaties bandenfabrikanten hun banden op wereldschaal één procentje zuiniger maken. Reken maar uit wat dat aan CO2-besparing oplevert.”
100 pagina’s regels
Het volgende WK vindt, evenals die van 2023, in Australië plaats. Daarvoor wordt weer een compleet nieuwe wagen gebouwd, want de regels zijn opnieuw aangepast. “Net als bij de Formule 1 hebben we een boek van bijna 100 pagina’s waarin alle vereisten zijn opgesomd”, vertelt Vandeputte. Zo moet de batterij ongeveer een derde kleiner zijn, met maximaal 3kWh. “Voor het vergelijk: Een Tesla heeft een batterij met 100 kWh.”
De oppervlakte zonnepanelen daarentegen mag in plaats van de huidige 4, maar liefst 6 vierkante meter bedragen. “We gaan daarom nieuwe, exotische modellen testen op stabiliteit en weerstand.” Maar er is wel haast bij. Een extra uitdaging is immers dat het evenement dit keer twee maanden vroeger plaatsvindt. “We moeten dus zien hoe en waar we het productieproces kunnen versnellen.”
Niet alleen het tijdsbestek is korter, eind augustus is de Australische zomer nog niet begonnen. Daarom zullen ze het met minder daglicht moeten stellen. Vandeputte en zijn team laten zich echter niet uit het veld slaan. “De organisatie doet dat om ons te pushen en uit te dagen om te blijven innoveren.”
Want innovaties zijn belangrijk voor de praktijk. En daar is het uiteindelijk om te doen. “We werken veel samen met bedrijven in België, maar ook internationaal. Wij testen hun componenten en zij krijgen inzage in onze resultaten.” Zo maakt hun auto gebruik van een motor die enorm efficiënt is. “Deze heeft een rendement van meer dan 98 procent!” De details geeft hij niet prijs aan de verslaggever, beducht als het team is voor concurrentie. Maar het bedrijfsleven heeft er wel direct profijt van.
Nu zit het team in de designfase. De aerodynamica-ingenieurs zijn op dit moment het drukst. Zij zijn verantwoordelijk voor het ontwerp. “Ze maken lange dagen”, weet Vandeputte. “Ze zijn zelden voor middernacht thuis. Stel dat ze een week herfstvakantie nemen. Dan lopen we meteen een week achter op teams als Delft en Twente.”
Innoptus Solar Team Triomfeert in drie Kampioenschappen
Met het winnen van drie kampioenschappen binnen een jaar heeft het Innoptus Solar Team een ongekende prestatie geleverd. In Australië wonnen de ingenieursstudenten van de KU Leuven een WK, zoals ook dit jaar in Zuid-Afrika. In diezelfde septembermaand wonnen ze ook een EK in België.
Aan de Sasol Solar Challenge in Zuid-Afrika deden 43 teams mee uit 25 landen. Met deze acht dagen durende race van Secunda naar Kaapstad, ruim 4.000 kilometer, testten zij de grenzen van zonneautotechnologie. Het team uit Leuven brak er met hun Infinite tweemaal het dagelijkse afstandsrecord en eindigde met een overweldigende overwinning.
Met een andere solarwagen, de Bluepoint Atlas, wonnen ze diezelfde maand een thuiswedstrijd: de iLumen European Solar Challenge in België, een 24-uurs race op het voormalige Formule 1-circuit van Zolder. Deze wedstrijd geldt als het EK voor zonneauto’s. Het team wist met constante prestaties, maar ook met strategische pitstops de concurrentie te overtreffen. Met diezelfde wagen wonnen ze vorig jaar al het wereldkampioenschap in Australië.
