Z Gliwic do Wrocławia solarnie


Informacja dla prasy i mediów sticky icon

Informacja prasowa

Niniejsze informacje, mój wizerunek oraz zdjęcia zawarte w linku można wykorzystywać do celów prasowych i medialnych. Zezwalam na nieodpłatny przedruk lub umieszczenie zdjęć w dowolnych mediach tj. stronach internetowych, telewizji, radiu, gazecie w całości lub w formie skróconej, jednak w taki sposób, że nie następuje zmiana przekazywanych przeze mnie treści. Zezwalam również na umieszczanie w mediach mojego imienia i nazwiska jako część informacji o tematyce związanej z żeglarstwem.

 

Idea projektu Wrocław

Celem projektu jest udowodnienie, że jest możliwe poruszanie się wodnymi drogami śródlądowymi, bez dostarczania energii lub paliwa z zewnątrz, tj. korzystanie tylko z dobrodziejstw natury. Obecnie świat idzie w kierunku wykorzystania energii elektrycznej we wszelkiego typu pojazdach, np. rowerach, samochodach, dronach itp. W żeglarstwie od wieków korzysta się z wiatru, jako podstawowego źródła napędowego. Na największych rzekach poruszanie się za pomocą żagli i wiatru jest bardzo utrudnione, możliwe tylko przy sprzyjających warunkach. W kanałach praktycznie niemożliwe z uwagi na budowę trasy wodnej. Wobec tego wydaje się, że energia elektryczna pozyskiwana z paneli fotowoltaicznych jest tutaj nieoceniona. Projekt zakłada przepłynięcie z Gliwic do Amsterdamu w około 30 dni. Trasa ma długość niespełna 1500km. Wobec tego łódź powinna się poruszać z prędkością około 20-25 km/h. Takie przedsięwzięcie jest złożone technicznie. Chcąc zbadać jakim problemom należy stawić czoła, zdecydowałem się zbudować kajak solarny „na każdą kieszeń”. Celem jest dopłynąć solarnie, tj. przy użyciu silnika elektrycznego i baterii słonecznych do Wrocławia. Dystans dzielący punkt startowy - miasto Gliwice i docelowy wynosi 190km. Konstrukcja kajaka jest otwarta i opiera się na ogólnie dostępnych komponentach. Każdy na bazie mojego doświadczenia może skonstruować własny kajak, który mieści się do każdego bagażnika samochodowego, autobusu i pociągu. Takie są założenia. Planuję w 9 dni dotrzeć z portu w Gliwicach do Przystani Uniwersyteckiej w centrum Wrocławia (znajduje się nieopodal śluzy Mieszczańskiej). Energię pozyskuję w całości z promieniowania słonecznego, poza wstępnie naładowanymi akumulatorami. Sterownie kajakiem jest całkowicie zautomatyzowane. Sterownik z baterią akumulatorów LI-ION waży 2,2kg. Panel słoneczny waży około 6kg (docelowo 3kg), a pawęż, elektryczny ster i silnik około 3kg. Sam kajak waży 11kg i wszystko się mieści w plecaku, poza panelem fotowoltaicznym (docelowy będzie także  będzie składany i chowany w plecaku). Załogę kajak stanowi sternik Krzysztof i pies bosman Łatek. Dodatkowo posiadamy pełne zestaw wyposażenia turystycznego tj. namiot, kuchenka, materac i rzeczy osobiste – razem około 14kg. Poza przyrodą po drodze napotkamy na wiele pięknych i interesujących miejsc np. ręcznie przeciągane promy rzeczny, barki z węglem, fajnych ludzi w marinach, przemiłą obsługę 26 śluz po drodze, intersujące miasta i wsie. Polska nasza cała!  Do zobaczenia na Kanale Gliwickim i Odrze. Ahoj.

 

Link do witryny:

http://solarnie.eu

Zdjęcia i filmy wysokiej rozdzielczości do wykorzystania medialnego:

https://1drv.ms/f/s!AvlphlLsjV8oigfZK5Skf3v-kd4q

 

Kajakiem solarnie do Wrocławia i Amsterdamu sticky icon

Plan zakłada przy użyciu napędu elektrycznego zasilanego solarnie dopłynąć z Gliwic do Wrocławia w te wakacje ( 30.06 - 9.07.2018). Jest to dystans około 190km kanałem Gliwickim i Odrą. Do pokonania jest 26 śluz po drodze, aż do Mieszczańskiej we Wrocławiu. Na bazie zdobytych doświadczeń przygotować się na wyprawę do Amsterdamu (niespełna 1500km).

Poniżej w galerii znajdują się zdjęcia z wyprawy do Opola na wiosłach - analogowo!. Zabrakło niestety dwadzieścia kilka kilometrów z powodu uszkodzenia komory podłogowej kajaka.

Śluza

 Kliknij w obrazek, aby zobaczyć galerię zdjęć.

 

Założony cel w konstrukcji kajaka solarnego wymaga rozwiązania wielu problemów organizacyjnych i technicznych:

  1. Kajak i całe wyposażenie powinno umożliwić tranportowanie ich autobusami PKS i koleją.
  2. Waga całego zestawu pozwalać jednej osobie z psem podróżować pieszo do najbliższego przystanka PKS lub kolejowego.
  3. Bilans energetyczny umożliwiać podróż również w dni pochmurne, co najmniej 20km na dzień.
  4. Na wyposażeniu znajdzie się namiot, śpiwór, kuchenka, wyżywienie dla psa i człowieka, sprzęd ratunkowy itp.
  5. System zasilania bateryjnego musi być bezpieczny, baterie (Li-Ion) nie wybuchać!
  6. Sterowanie kajakiem umożliwiać bezpieczne pływanie w czasie wietrznej pogody do 4 w skali Beauforta. Głównie wiatry wieją z zachodu i południa, czyli od dziobu.
  7. Baterie solarne na  kajaku muszą umożliwiać cumowanie w śluzach - jest ich po drodze 26.
  8. Kajak ze sterowaniem i wyposażeniem będzie do zbudowania z powszechnie dostępnych części i niezbyt skomplikowany, tak, aby każdy amator mógł sam go zmontować i modyfikować. Koszt części składowych też ma znaczenie.

 

Śródlądowe wodne drogi europy. E30-01 to kanał gliwicki.

 

 

Cel podróży do Wrocławia - Przystań Uniwersytecka przy śluzie Mieszczańskiej. Stąd na dworzec PKP i powrót pociągiem do Gliwic.

 

 

Panel fotowoltaiczny, bateria i sterownik

Solar flexi. Na bazie takich 36 modułów powstanie bateria 165W. Jeden moduł daje około 0,5V / 4,6W (9A). Rozmiar 156x156mm. Moduły są w technologii monkrystalicznej o sprawności 19,6%

 

Panel fotowoltaiczny będzie dwuczęściowy własnej konstrukcji z plexi o grubości 1,5mm ze spodnią częścią chłodzoną powietrzem oraz  metalowym odpromiennikiem. Zwiększona temperatura panela znacząco wpływa na jego sprawność. Powietrze tuż nad woodą ma raczej niższą temeperaturę, niż na lądzie, warto więc zadbać o jego odpowiednie chłodzenie. Stąd aluminiwe podłoże. Panel będzie daszkiem nad kajakiem. Jego masa z rurkami będzie wynosić około 3 kg.

 

Panel będzie zasilał baterię LI-ION 3s9p z modułów 18650, Philips NCR18650B o pojemności 3400mAh. W sumie uzyska się 11,2V 30Ah co pozwoli pokonać teoretycznie na pełnym naładowaniu około 30km. Realnie około 25km.

 

Bateria jest zabezpieczona BMS (battery managemnet system), który w przypadku odchyleń jakiś parametrów odłącza ją od układu co zabezpiecza pakiety LI-ION przed samozapłonem.

 

Sterownik

Ster kajaka

Ster już działa. Niedługo opublikuje kod źródłowy na GitHubie i schemat jak to połączyć.

 

Elektroniczny ster

Trapez do sterownia kierunkiem jest niezawodny. Jednak ma kilka wad. Cuma służąca za elemnt odciągowy do dziobu zaplątała się ostatnio w śrubę. No tak! Za dużo linek na tym 3 metrowym statku. Zdecydowałem więc, że trapez pozostanie zapasowym sposobem sterowania kajakiem. Podstawowy ster będzie oparty na silniku krokowym zasilanym z głównej skrzynki-akumulatora.  Oto prototyp. Wykorzystano mechanizm z drukarki CITIZEN CLP 7200 - silnik do kupienia na Allegro za kilkanaście złotych. Widać na zdjęciu układ wysprzęgania kolumny silnika po podniesienu go nad wodę.

Sterownie będzie się odbywało pokrętłem enkodera zabudowanego w skrzynce akumulatora-sterownika prędkości i kierunku. Niemniej będzie można pomyśleć o wykorzystaniu elektronicznego kompasu i autopilocie. Oprogramowanie steru powstaje na ARDUINO NANO, więc dodanie bajerów jest proste. Mam też pomysł na system wizyjny, który pozwalałby płynąć środkiem kanału na podstawie analizy obrazu. Wtedy lepiej będzie to zrobić na malinie z kamerką. Do lipca 2018 nie zdążę, bo czekają mnie testy z ogniwem fotowoltaicznym, ale w przyszłym roku.. Kto wie?

 

Układ sterujący silnikiem krokowym A4988:

 

Wyniki pomiaru sterownika PWM

 W czwartek odbyły sie pomiary prędkości kajaka w zależności od zużywanej energii. Rano pogoda była idealnie bezwietrzna. Pomiary odbyły się kilkakrotnie, w różnych kierunkach, aby weliminować niedokładności GPS oraz prądy na jeziorze Dzierżno. Poniżej wynik uśredniony.

Wnioski:

  • Bateria główna będzie miała realnie 30Ah - pakiet 3S10P  (akumulatory Panasonic NCR18650B  3400mAh)
  • Pesymistycznie zakładam pokonanie jednodniowego dynstansu na akumulatorze, np. przy pochmurnej pogodzie. Wobec tego akumulator musi wystarczyć na jeden dzień pływania.
  • Do Wrocławia jest 190Km.
  • W jeden dzień do pokonania jest minimalny dystans 20km, nie licząc pierwszego dnia, kiedy akumulator jest naładowany w domu i można równolegle płynąć i ładować. Wobec tego pesymistycznie w 9 dni pownniśmy osiągnąć cel. 9 dni to tygodniowy urlop ;).
  • Optymalne zużycie energii uzyskuje się dla prądu 3-5A co przekłada się na prędkości 3-4km/h (przy założeniu minimalnego dystansu 20km/dzień).
  • Jeśli podróż będzie trwać około 5h więc warto pływać rano i wieczorem, a w południe na brzegu optymalnie ustawiać ogniwo fotowoltaiczne do słońca.
  • Ogniwo będzie miało moc 150W, 8,4A przy 18V. Sterownik da jakieś 12A przy 12,5V przy maksymalnym nasłonecznieniu na równiku. Wobec tego realnie otrzyma się ok. 7-8A - wymaga testów. Czyli około 3-4h ładowania wystarczy na pokonanie jednedniowego dystansu 20km - optymistycznie.
  • Przepływowa prędkośc maksyalna to 4km/h.
  • W zależności od bilansu energi można zmniejszać prędkość do 3km i tym samym osiągać dystans 20km wolniej, ale przy mniejszym zużyciu energii. Zmniejszając poniżej 3km/h niewiele się uzyskuje.
  • Pesymistycznie, przy pochmurnej pogodzie  średnio 1,5A (około 10% mocy maksymalnej) przez 8h daje 12Ah, co pozwoli pokonać dystans około 12km. Przy takich warunkach płynąć będę tylko o oświcie i zmierzchu, a w dzień ładował akumulator. Zakładam, że nie tylko będą pochmurne dni! Maksymalnie może się ich wydażyć 3 na 9 dni.
  • W rzeczywistości może być tak, że to co daje ogniwo fotowoltaiczne od razu będzie skierowne do silnika, a akumulator będzie w pełni naładowany. Wtedy wyciskam z silnika moc maksymalną.
  • Poniewż przy testach pływania pod wiatr przy jego prędkości 8m/s prędkość niewiele spada, to sądzę, że witr od dziobu nie wpłynie dycydyjąco na wyniki. Na pewno będzie mieć znaczenie. Pytanie należy tylko zadać jak wygląda pływalność z zamontowanym ogniwem na kajaku. To wymaga testu.

Teraz czas na badanie ogniw fotowoltaicznych. Niezleżnie konstruuje ster elektroniczny na silniku krokowym.
Zdażyło sie też kilka nietypowych sytuacji:

  • Bosman Łatek podczas wysiadania w jazie wskoczył do głębokiej wody i na betonowym brzegu nie mógł wyjść na brzeg. Kamizelka ratunkowa się sprawdziła. Dobrze zaprojektowana rączka u góry do wyciągania psa z wody pomogła.
  • Zaplątała się cuma w pracujący silnik. Nie do odkręcenia praktycznie. Trzeba było na wiosłach dopłynąć do brzegu i odwinąć. Jak widać wiosła są potrzebne.
  • Na jeziorze było ze 5 skuterów, które przepływały obok na i powodowały duże zafalowanie. Kajak świetnie sobie radził, nawet przy fali boczne z kil water skuteru. Silnik nie wynurzał się z wody.
  • Przy prędkości 5km/h na idealnej gładzi talfi jeziora kajak miał tendęcję do wchodzenia w ślizg. Niestety ustawiłem niechcący ogranicznik sterownika PWM (maximizer) na maksymalny prąd 10A. Nie dało się zwiększyć prędkości do 6km. A szkoda. Może efekt ze ślizgiem jest warty zainteresowania się.

Poniżej fotki z pomiarów i zwiedzania jazu Kłodnica-Kanał Gliwicki.

Sterownik PWM (maksimizer) - widok wewnątrz. Widać przekaźniki zmiany kierunku (po lewej), włącznik i przełącznik zmiany kierunku (w środku), moduł PWM (po prawej).

Pierwsze testy napędu

No i zaczęło się pływanie elektrycznie. Pierwsze testy na Dużym Dzierżnie. W porywach wiatr wiał z północnego-wschodu - wschodu z prędkością w porywach do 8m/s.

Pomiar prędkości odbywał się radiem morskim z nawigacją GPS oraz komórką.

Wiatr był oceniany na oko oraz na podstawie meteo.pl według modelu UM

Uzyskane parametry na standardowych biegach producenta silnika.

 

Wiatr boczny (pozorny 90st.):

bieg 1* (ciąg 3,6kG - 85W) - 3,9 km/h

bieg 2 (ciąg 8,1kG - 180W) - 5,9km/h

 

(*) bieg 1 jest realizowany najprawdopodobnie przez podłączenie szeregowe opornika o rezustancji 0,6om, zabudowanego w silniku.

 

Kajak zachowuje pełną sterownośc przy wietrze bocznym i zafalowaniu. 

 

Wiatr od dziobu (0st.):

bieg1 - od 2 do 2,5km/h w porywach witru 1,8km/h

bieg2 - nie zmierzono

 

Wiat od rufy (180st.)

bieg1 - 6km/h

bieg2 - nie zmierzono

 

Pobór prądu (12V):

bieg 1 - 7A (docelowo przy sterowaniu PWM 4-5A - wymaga testów sterownika)

bieg 2 - 12-13A (przy pełnej prędkości), 15A przy rozpędzaniu kajaka

Przy zbyt głęboko zanurzonej śrubie prędkości maksymalne spadają co zapewne jest spowodowane zmianą kierunku strumienia - zbyt długa dźwignia kolumny silnika i elastyczny kajak

 

Napęd i sterownie kajaka

 

Fał do wybierania silnika/śruby z wody

 

Trapez steru

 

Jaz do Kanału Gliwickiego

 

Bosman Łatek i Ja

 

Kajak w pełnej krasie

 

Docelowy sterownik PWM

Przełącznik kierunku, regulator prędkości i miernik prądu.

 

Budowa napędu i pierwsze testy.

Odebrałem kajak z naprawy gwarancyjnej. Podczas wyprawy do Opola uszkodziła się komora podłogowa. Oddałem do naprawy do sklepu Decathlon i odzyskałem sprawny. Teraz montuję pawęż i sterowanie silnikiem, który również pełni rolę głównego steru kajaka. Mieszkanie zamieniło się w stocznię ;)

 

Planuję w ten weekend (20.05.2018) wykonać pierwsze testy pływalności. Odbędą się na ośrodku należącym do Śląskiego Yacht Clubu na jeziorze Duże Dzierżno.

 

Podstawowym wyposażeniem solarnego kajaka jest bosman Łatek oraz silnik elektryczny o mocy maksymalnej 180W.

 

Najtrudniejszym elementem mechanicznym w konstrukcji solarnego kajaka jest pawęż mocująca doń silnik. Kajak poprzez silnik będzie sterowany trapezem trzymanym w rękach podobnie do rozwiązania przyjętego w kitesurfingu.

 

 

Założeniem jest niemodyfikowanie oryginalnego kajaka. Moja pawęż pasuje do jedynek, dwójek i trójek firmy Decathlon.

 

Ciekawe rozwiązania kajaków solarnych

Poszukując własnych rozwiązań niesposób nie znleźć w sieci ciekawy rozwiązań kajaków.

 

 

Niesolarny, ale ciekawy ma napęd