Zusammenfassung:
Der Brite Sean Ryan war weder Ingenieur noch Radprofi, er wollte lediglich herausfinden, wie weit ein Fahrrad mit Elektrounterstützung fahren konnte, wenn die Sonne sein einziger Treibstofftank war. Fakten belegen, dass dieses selbstgebaute solarbetriebene Elektrofahrrad mehr als 1.000 Kilometer auf französischen Straßen zurücklegen und mehrere Alpenpässe überqueren kann.
Ruian baut Fahrzeuge von Grund auf neu. Er installierte Solarpaneele an einem Lastenfahrrad, kombinierte es mit einem Mittelmotor und entwarf sein eigenes Batteriemanagementsystem. Nach wochenlangen Tests in Nottingham, England, nahm er das Fahrrad mit zum diesjährigen internationalen Solar-Radsport-Event Sun Trip.
Journey to the Sun wurde 2013 vom französischen Entdecker Florian Bailly gegründet. Im Jahr 2010 fuhr Bailly mit einem solarbetriebenen Elektrofahrrad allein von Frankreich nach Japan. Aus dieser persönlichen Expedition hat sich inzwischen eine Organisation entwickelt, die sich der Förderung erneuerbarer Energien, nachhaltiger Transport- und Bautechnologien widmet und ihre Ziele durch Langstrecken-Fahrradexpeditionen erreicht.
Diese Veranstaltung unterscheidet sich von herkömmlichen professionellen Radsportveranstaltungen dadurch, dass den Teilnehmern keine garantierten Fahrzeuge zur Verfügung stehen und es kein logistisches Sicherheitsnetz gibt. Den Fahrern bleibt es überlassen, ihre eigenen Routen zu planen, zu campen, ihre Fahrzeuge zu warten und ein begrenztes Energiebudget zu verwalten. Sie können ihre eigene Route zwischen obligatorischen Kontrollpunkten wählen oder den für die Veranstaltung vorgesehenen Bereichen folgen. Seit seiner Gründung fanden Veranstaltungen in ganz Europa, Zentralasien, China und Nordafrika sowie Kurzstreckenrennen statt, die auf Frankreich oder die Alpen beschränkt waren.
Die diesjährige Alpenetappe findet in der Region Auvergne-Rhône-Alpes in Frankreich statt. Die Teilnehmer müssen viele Berge besteigen, darunter den Galibier Pass. Der Galibier-Pass liegt 2.642 Meter über dem Meeresspiegel, während der Iseran-Pass, der etwa 2.770 Meter über dem Meeresspiegel liegt, der höchste asphaltierte Straßenpass der Alpen ist. Das letzte Rennen endet in Albertville.
Der Wettbewerb berechnet die Punkte auf der Grundlage der zurückgelegten Distanz und der passierten Kontrollpunkte, aber es gibt durchgehend eine Regel: Jeder, der Netzstrom nutzt, wird aus dem Solarteam disqualifiziert. Ruian sagte, dass man nach dem Anschließen an das Stromnetz weiterhin an der gesamten Veranstaltung teilnehmen könne, aber nicht mehr berechtigt sei, um Solargruppenpunkte zu konkurrieren.
Ruian wählte als Basismodell das Omnium-Lastenfahrrad von Paradise Cycles. Der Träger an der Vorderseite des Fahrzeugs bietet eine stabile Montageplattform für die Solarpaneele, und nach dem Entfernen der Paneele kann das Fahrrad weiterhin als tägliches Lastenfahrzeug verwendet werden.
Das Antriebssystem nutzt einen 250-Watt-Mittelmotor Tongsheng TSDZ2B von Varstrom und ist mit zwei 36-Volt-Batterien ausgestattet, einer von EM3-EV und einer von Infinit. Das Solarsystem verbindet die Module direkt mit einem Genasun GVB-8 Boost Maximum Power Point Tracking-Laderegler, der dann die Batterie mit Strom versorgt. Dieses Gerät kann die sich ändernde Ausgangsspannung des Solarpanels in eine stabile Spannung umwandeln, die zum Laden der Batterie geeignet ist. Der Energiepfad des Gesamtsystems ist „Solarpanel – Laderegler – Batterie“ und es entstehen dabei nur geringe Verluste.
Ryan hatte ursprünglich geplant, drei 100-Watt-Panels zu installieren, um die gesamte vordere Ladeplattform abzudecken. Dies führte zwar zu einer höheren Leistung, Tests ergaben jedoch, dass das Fahrzeug zu lang, zu breit und im Verkehr und auf engstem Raum unflexibel werden würde. Daher skalierte er die Solaranlage schließlich auf 200 Watt und kam zu dem Schluss, dass dies wahrscheinlich nahezu dem Minimum entsprach, das für die Bewältigung langer Strecken und Bergaufstiege erforderlich war.
Diese Entscheidung war ausschlaggebend für das gesamte Design. Nach dem Verladen des gesamten Gepäcks wie Campingausrüstung und Fotoausrüstung beträgt das Gesamtgewicht des Fahrrads 61 Kilogramm. Bei Tests in Großbritannien stellte Ryan fest, dass das Fahrzeug 10 bis 12 Wattstunden pro Meile verbrauchte, was etwa 6 bis 7,5 Wattstunden pro Kilometer entspricht. Obwohl Solarmodule eine Nennleistung von 200 Watt haben, beträgt die tatsächliche Leistung je nach Wetter und Sonnenstand meist nur 70 bis 100 Watt.
Am schwierigsten Tag der Sun Tour fuhr er 130 Kilometer durch zahlreiche Berggebiete. Der Laderegler verzeichnete an diesem Tag 985 Wattstunden verfügbarer Sonnenenergieeinspeisung in das Bordnetz des Fahrzeugs, was etwa 7,58 Wattstunden pro Kilometer bzw. etwa 12,2 Wattstunden pro Meile bei einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 21 bis 22 Kilometern pro Stunde entspricht.
Die größte Krise während der Reise kam während der Hitzewelle. Damals stieg die Temperatur in Frankreich auf 41 Grad Celsius, in der Nähe von Lyon brachen Waldbrände aus. Hohe Temperaturen verursachten Probleme mit einer der modularen Infinit-Batterien von Ruian, da das Batteriemanagementsystem aufgrund von Überhitzung die Solarladung ablehnte.
Ryan erklärte, dass das Batteriemanagementsystem tatsächlich eine Schutzfunktion ausübte, was jedoch bedeutete, dass er für einen bestimmten Zeitraum des Tages nicht in der Lage war, den gesamten von den Solarpaneelen erzeugten Strom zu speichern. Im Nachhinein glaubt er, dass der direkteste Weg zur Verbesserung darin besteht, die Batterie an einem Ort zu installieren, der vollständig schattig und vor hohen Temperaturen geschützt ist.
Er vermutet auch, dass die Struktur der Infinit-Batterien das Problem verschärfen könnte. Im Gegensatz zu herkömmlichen Batteriepacks, bei denen die Zellen dauerhaft durch Punktschweißen befestigt sind, werden die Zellen bei dieser wiederaufbaubaren Batterie mit mechanischen Mitteln befestigt. Ryan sagte, dass beim gleichzeitigen Entladen und Empfangen einer Solarladung der Kontaktwiderstand an der Zellverbindung zusätzliche Wärme erzeugen könnte. Er betonte jedoch, dass es derzeit nicht möglich sei, festzustellen, ob dies die Ursache für den Fehler sei, sondern nur sagen könne, dass dies möglicherweise zu der Situation beigetragen habe.
Die Solarpaneele hielten im Allgemeinen den Tests der Konkurrenz stand, aber die thermischen Probleme der Batterien in Kombination mit dem ohnehin schon knappen Energiebudget zwangen Ruian schließlich dazu, sich während der Reise zweimal an das Stromnetz anzuschließen, was insgesamt etwa 1 Kilowattstunde Strom nachfüllte, und verlor daher die Qualifikation für den Wettbewerb um das Solarpanel.
Ryan gab zu, dass er die Solaranlage von 300 Watt auf 200 Watt reduziert hatte, um die Manövrierfähigkeit des Fahrzeugs zu verbessern. Im Nachhinein betrachtet war diese Leistung wahrscheinlich gerade am Limit, um die Entfernung und das Gelände der Veranstaltung zu bewältigen. Die Effizienz des Fahrrads selbst ist recht gut, das 200-Watt-Solarpanel liefert an einem guten Tag fast den gesamten Strombedarf, für Notfälle lässt das System jedoch nicht viel Spielraum.
Auf die Frage, ob das Fahrzeug das Rennen mit Solarenergie absolvieren kann, wenn die Batterie immer normal läuft, kann Ryan keine eindeutige Antwort geben. Er geht davon aus, dass das Ergebnis sehr knapp ausfallen wird: 200 Watt reichen an manchen Tagen aus, aber angesichts alpiner Routen mit häufigen Wetterumschwüngen und intensiven Anstiegen sind die Energiereserven wirklich begrenzt.
Auch der Motor wurde auf die Probe gestellt. Vor dem Rennen befürchtete Ryan, dass der 250-Watt-Mittelmotor von Tongsheng bei langen Anstiegen bei hohen Temperaturen zu einem schwachen Glied werden könnte, und die Fakten bestätigten seine Befürchtungen teilweise. Angesichts der langen und steilen Anstiege in den Alpen muss diese kleinste 250-Watt-Version ein Lastenrad mit schwerer Ladung ziehen, und die thermische Belastung scheint zu hoch zu sein.
Wenn der Motor überhitzt, ist Ruians Vorgehensweise einfach: Halten Sie an und warten Sie, bis er abgekühlt ist. Mehrfach schüttete er sogar Wasser direkt auf das Motorgehäuse. Er fand heraus, dass es effektiver war, den Motor mit hoher Drehzahl rotieren zu lassen, als ihn unter hoher Last mit niedriger Drehzahl laufen zu lassen. Beim Bergauffahren wählte er einen sehr niedrigen Gang und ließ den Motor das Fahrzeug langsam und mit höherer Geschwindigkeit den Berg hinaufschieben. Obwohl diese Methode nicht schnell ist, kann sie die Wärmebelastung erheblich reduzieren.
Das ist auch ein Vorteil des Mittelmotors im Vergleich zum Nabenmotor: Er kann das fahrradeigene Getriebesystem nutzen, um den Motor an steilen Hängen in einem effizienteren Geschwindigkeitsbereich zu halten. Ryan meinte, wenn man bedenkt, dass es sich nur um einen Motor mit einer Nennleistung von 250 Watt handelt, sei die Leistung schon recht gut.
Ryan glaubt nicht, dass Solarfahrräder jedermanns Sache sind. Für jemanden, der jeden Tag nur ein paar Kilometer von und zur Arbeit fährt und zu Hause aufladen kann, ist die Installation einer Solaranlage in seinem Auto möglicherweise nicht sehr sinnvoll. Doch in der Welt des Radreisens zeigt das Konzept noch größeres Potenzial. Er glaubt, dass diese Route zwar viele Berge aufweist, die Vorteile der Solarenergie jedoch deutlicher zum Vorschein kommen, wenn sie für eine relativ flache Fernreise genutzt wird.
Für Ryan ist der Alpine-Bühnenwagen nur ein Prototyp. Er hat bereits damit begonnen, das System für ein anspruchsvolleres Ziel umzugestalten: die Teilnahme an der für 2028 geplanten French-Chinese Sun Tour.
Die derzeit angekündigte temporäre Route ist etwa 15.000 Kilometer lang und wird durch den Balkan, die Türkei, den Kaukasus, Zentralasien und Westchina führen, Russland umgehen und das Kaspische Meer überqueren. Es werden etwa 40 Fahrer erwartet. Allerdings können sich Strecken und Rennregeln noch ändern.
Um eine so lange Reise zurücklegen zu können, muss das Fahrzeug über einen größeren Solarenergie-Sammelbereich verfügen. Ryan hat jedoch ausgeschlossen, das vorhandene Standrad einfach zu verbreitern und mit mehr Paneelen zu verkleiden. Er glaubt, dass Aerodynamik und Fahrerkomfort mit zunehmender täglich zurückgelegter Distanz immer wichtiger werden.
Derzeit erwägt er, das Lastenrad in eine halbliegende Struktur mit langem Radstand umzuwandeln, die es dem Fahrer ermöglichen würde, vor der ursprünglichen Lastenplattform und unter einem breiteren Solardach zu sitzen. Es wird erwartet, dass dieses Design die Aerodynamik verbessert, die Solarpanelfläche vergrößert und, was noch wichtiger ist, die Fahrposition für Langstreckenfahrten über mehrere Tage komfortabler macht.
Dies wäre eine deutliche Abweichung von der Einfachheit des ersten Autos. Ryan sagte, was ihn an der Alpine-Version am meisten faszinierte, war, dass es sich im Wesentlichen immer noch um ein normales Lastenfahrrad handelte, das nur mit einem 250-Watt-Mittelmotor, einem Solarladeregler und 200-Watt-Solarmodulen ausgestattet war. Es beweist, dass es nicht notwendig ist, ein spezielles Fahrzeug mit komplexer Struktur und seltsamem Aussehen zu bauen, um die Grundfunktionen eines Solarfahrrads zu erreichen.
Die von Frankreich nach China verschifften Modelle werden jedoch zwangsläufig spezialisierter sein. Die Erfahrungen, die Ryan mit diesem ersten einfachen Prototyp gesammelt hat, werden auch als Grundlage für den Entwurf des nächsten Solarfahrrads mit großer Reichweite dienen.
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