요약:
엔지니어도 전문 사이클리스트도 아닌 Brit Sean Ryan은 태양이 유일한 연료 탱크일 때 전기 보조 자전거가 얼마나 멀리 갈 수 있는지 알고 싶었습니다. 자체 제작한 태양열 전기 자전거는 프랑스 도로에서 1,000km 이상을 주행하고 여러 알파인 고개를 횡단할 수 있다는 사실이 입증되었습니다.
Ruian은 차량을 처음부터 다시 조립합니다. 그는 화물용 자전거에 태양광 패널을 설치하고 이를 미드 마운트 모터와 결합한 후 자신만의 배터리 관리 시스템을 설계했습니다. 영국 노팅엄에서 몇 주 동안 테스트한 후 그는 올해 Sun Trip 국제 태양광 사이클링 행사에 자전거를 가져갔습니다.
Journey to the Sun은 프랑스 탐험가 Florian Bailly가 2013년에 설립했습니다. 바이는 2010년 태양광 전기자전거를 타고 프랑스에서 일본까지 홀로 여행했다. 이 개인 탐험은 이후 재생 에너지, 지속 가능한 운송 및 토목 기술을 홍보하고 장거리 자전거 탐험을 통해 목표를 달성하는 데 전념하는 조직으로 발전했습니다.
이 행사는 참가자에게 차량이 보장되지 않고 물류 안전망이 없다는 점에서 전통적인 프로 사이클링 행사와 다릅니다. 라이더는 자신의 경로를 계획하고, 캠핑하고, 차량을 유지하고, 제한된 에너지 예산을 관리해야 합니다. 필수 체크포인트 사이에서 자신만의 경로를 선택하거나 이벤트를 위해 지정된 구역을 따라갈 수 있습니다. 창립 이래 유럽, 중앙아시아, 중국, 북아프리카 전역에서 대회가 열렸으며, 프랑스나 알프스 지역의 단거리 경주도 개최되었습니다.
올해 알파인 무대는 프랑스 오베르뉴-론-알프 지역에 위치해 있습니다. 참가자들은 갈리비에 고개를 포함한 많은 산을 올라야 합니다. 갈리비에 고개는 해발 2,642m이고, 이세란 고개는 해발 약 2,770m로 알프스에서 가장 높은 포장도로이다. 마지막 경주는 Albertville에서 끝납니다.
대회에서는 이동 거리와 통과한 체크포인트를 기준으로 점수를 계산하지만, 전체적으로 한 가지 규칙이 있습니다. 그리드 전력을 사용하는 사람은 누구나 태양광 팀에서 실격됩니다. Ruian은 주 전원에 연결한 후에도 계속해서 전체 이벤트에 참가할 수 있지만 더 이상 태양광 그룹 포인트를 놓고 경쟁할 수 없다고 말했습니다.
루이안은 파라다이스사이클에서 생산한 옴니엄 카고바이크를 기본 모델로 선택했습니다. 차량 전면의 랙은 태양광 패널을 위한 안정적인 장착 플랫폼을 제공하며, 패널을 제거한 후에도 자전거를 일일 화물 차량으로 사용할 수 있습니다.
전원 시스템은 Varstrom에서 제공한 250와트 Tongsheng TSDZ2B 미드 마운트 모터를 사용하며 EM3-EV와 Infinit의 36볼트 배터리 2개를 장착합니다. 태양광 시스템은 패널을 Genasun GVB-8 부스트 최대 전력 지점 추적 충전 컨트롤러에 직접 연결한 다음 배터리에 전원을 공급합니다. 이 장치는 태양광 패널의 변화하는 출력 전압을 배터리 충전에 적합한 안정적인 전압으로 변환할 수 있습니다. 전체 시스템의 에너지 경로는 '태양광 패널 - 충전 컨트롤러 - 배터리'이며, 이 과정에서 손실이 매우 적습니다.
Ryan은 원래 전면 화물 플랫폼 전체를 덮기 위해 3개의 100와트 패널을 설치할 계획이었습니다. 이로 인해 더 높은 출력이 발생했지만, 테스트 결과 차량이 너무 길고, 너무 넓어지고 교통량이 많고 좁은 공간에서 유연성이 떨어지는 것으로 나타났습니다. 그래서 그는 궁극적으로 태양 전지판을 200와트까지 축소하여 이것이 아마도 장거리 및 등산을 처리하는 데 필요한 최소값에 가깝다고 판단했습니다.
이 결정은 전체 디자인의 핵심이 되었습니다. 캠핑 장비, 사진 장비 등 짐을 모두 싣고 나면 자전거의 총 무게는 61kg에 이른다. 영국에서 테스트하는 동안 Ryan은 차량이 마일당 10~12와트시, 즉 킬로미터당 약 6~7.5와트시를 소비한다는 사실을 발견했습니다. 태양광 패널의 정격은 200와트이지만 실제 출력은 날씨와 태양 각도에 따라 보통 70~100와트에 불과합니다.
썬 투어 중 가장 힘들었던 날, 그는 수많은 산간 지역을 130km를 달렸습니다. 충전 컨트롤러는 그날 차량의 전기 시스템에 985와트시 입력 가능한 태양 에너지를 기록했습니다. 이는 시속 21~22km의 평균 속도에서 킬로미터당 약 7.58와트시, 즉 마일당 약 12.2와트시에 해당합니다.
여행 중 가장 큰 위기는 폭염이었다. 당시 프랑스의 기온은 41도까지 오르고 리옹 부근에서는 산불이 일어났다. 고온으로 인해 Ruian의 Infinit 모듈형 배터리 중 하나에 문제가 발생했으며 배터리 관리 시스템이 과열로 인해 태양광 충전을 거부했습니다.
라이언은 배터리 관리 시스템이 실제로 보호 기능을 수행하고 있었지만 이는 하루 동안 태양광 패널에서 생성된 모든 전력을 저장할 수 없었다는 것을 의미한다고 설명했습니다. 돌이켜보면 이를 개선하는 가장 직접적인 방법은 완전히 그늘지고 고온으로부터 격리된 위치에 배터리를 설치하는 것이라고 그는 믿습니다.
그는 또한 인피니트의 배터리 구조가 문제를 악화시키고 있지 않을까 의심하고 있습니다. 스폿 용접으로 셀을 영구적으로 고정하는 기존 배터리 팩과 달리 이 재구성 가능한 배터리는 기계적 수단을 사용하여 셀을 고정합니다. Ryan은 방전과 태양광 충전을 동시에 받을 때 셀 연결부의 접촉 저항으로 인해 추가 열이 발생할 수 있다고 말했습니다. 그러나 이것이 실패의 원인인지 현재로서는 단정하는 것은 불가능하지만 상황에 한몫했을 수도 있다고밖에 말할 수 없다고 강조했다.
태양광 패널은 일반적으로 경쟁 테스트를 통과했지만 이미 부족한 에너지 예산과 배터리의 열 문제로 인해 결국 Ruian은 여행 중에 주 전원에 두 번 연결하여 총 약 1kWh의 전기를 보충해야 했고, 따라서 태양광 패널 경쟁 자격을 상실했습니다.
라이언은 차량의 기동성을 향상시키기 위해 태양전지 어레이를 300와트에서 200와트로 줄였다고 인정했습니다. 돌이켜보면 이 힘은 아마도 이벤트의 거리와 지형을 처리하는 데 한계가 있었을 것입니다. 자전거 자체의 효율성은 꽤 좋습니다. 200와트 태양광 패널이 날씨가 좋은 날에 필요한 거의 모든 전력을 제공하지만 시스템은 비상 상황에 대비해 여유 공간을 많이 남겨 두지 않습니다.
배터리가 항상 정상적으로 작동하는 경우 차량이 태양 에너지로 경주를 완료할 수 있는지 여부에 대해 Ryan은 명확한 대답을 할 수 없습니다. 그는 결과가 매우 비슷할 것이라고 생각합니다. 어떤 날에는 200와트이면 충분하지만, 날씨 변화가 잦고 오르막이 잦은 알파인 루트에서는 에너지 보유량이 실제로 제한되어 있습니다.
모터도 테스트를 거쳤습니다. 경주 전 Ryan은 250와트 Tongsheng 미드 마운트 모터가 장거리 고온 등반에서 약한 링크가 될 것이라고 걱정했고, 사실은 그의 우려를 부분적으로 확인시켜주었습니다. 알프스의 길고 가파른 오르막길에 직면한 이 가장 작은 250와트 버전은 무거운 화물을 운반하는 화물 자전거를 견인해야 하며 열 부하가 과도한 것으로 보입니다.
모터가 과열되면 Ruian의 접근 방식은 간단합니다. 정지하고 냉각될 때까지 기다리는 것입니다. 그는 모터 하우징에 직접 물을 붓는 경우도 여러 차례 있었습니다. 그는 모터를 고속으로 회전시키는 것이 무거운 부하에서 저속으로 모터를 작동시키는 것보다 더 효과적이라는 것을 발견했습니다. 언덕을 오를 때 그는 매우 낮은 기어를 선택하고 모터가 차량을 더 빠른 속도로 천천히 언덕 위로 밀어 올리도록 했습니다. 빠르지는 않지만 이 방법을 사용하면 열부하를 크게 줄일 수 있습니다.
이것은 허브 모터에 비해 미드 마운트 모터의 장점이기도 합니다. 자전거 자체의 변속기 시스템을 사용하여 가파른 경사면에서 모터를 보다 효율적인 속도 범위로 유지할 수 있습니다. Ryan은 이것이 공칭 출력이 250와트인 모터라는 점을 고려하면 이미 성능이 꽤 좋다고 말했습니다.
라이언은 태양광 자전거가 모든 사람을 위한 것은 아니라고 생각합니다. 매일 출퇴근 거리를 몇 마일만 타고 집에 돌아와 재충전할 수 있는 사람의 경우, 차에 태양광 시스템을 설치하는 것은 별 의미가 없을 수 있습니다. 그러나 자전거 여행의 세계에서는 이 개념이 훨씬 더 큰 잠재력을 보여줍니다. 그는 이 경로가 비록 산이 많지만 상대적으로 평탄한 장거리 여행에 사용된다면 태양광 발전의 장점이 더욱 분명해질 것이라고 믿습니다.
라이언에게 알파인 스테이지 카는 단지 프로토타입일 뿐입니다. 그는 이미 2028년에 계획된 프랑스-중국 선 투어 참가라는 더욱 도전적인 목표를 위해 시스템 재설계를 시작했습니다.
현재 발표된 임시 항로의 길이는 약 15,000km로 발칸반도, 터키, 코카서스, 중앙아시아, 중국 서부를 거쳐 러시아를 우회하고 카스피해를 횡단하게 된다. 약 40명의 라이더가 참가할 예정이다. 그러나 노선과 경주 규칙은 여전히 변경될 수 있습니다.
이렇게 긴 여행을 완료하려면 차량의 태양 에너지 수집 영역이 더 커야 합니다. 그러나 Ryan은 단순히 기존 직립 자전거를 확장하고 더 많은 패널로 덮는 것을 배제했습니다. 그는 매일 이동하는 거리가 늘어남에 따라 공기 역학과 라이더의 편안함이 점점 더 중요해질 것이라고 믿습니다.
현재 그는 라이더가 원래의 화물 플랫폼 앞과 더 넓은 태양광 캐노피 아래에 앉을 수 있도록 화물용 자전거를 반 기댄 긴 휠베이스 구조로 전환하는 것을 고려하고 있습니다. 이 디자인은 공기 역학을 개선하고, 태양광 패널 면적을 늘리며, 더 중요하게는 며칠에 걸친 장거리 라이딩 시 라이딩 자세를 더욱 편안하게 만들어 줄 것으로 예상됩니다.
이것은 첫 번째 자동차의 단순함에서 크게 벗어난 것입니다. Ryan은 Alpine 버전에 가장 끌렸던 이유는 이 버전이 여전히 기본적으로 250와트 중간 장착 모터, 태양광 충전 컨트롤러 및 200와트 태양광 패널만 장착된 일반 화물용 자전거라는 점이라고 말했습니다. 이는 태양광 자전거의 기본 기능을 달성하기 위해 복잡한 구조와 이상한 외관을 가진 특수 차량을 제작할 필요가 없다는 것을 증명합니다.
그러나 프랑스에서 중국으로 배송되는 모델은 필연적으로 더욱 전문화될 것입니다. 첫 번째 간단한 프로토타입에서 Ryan이 얻은 경험은 차세대 장거리 태양광 자전거 설계의 기초가 될 것입니다.
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