ソーラーカー
ソーラーカーは厳格な基準を満たすブレーキを備えていなければならない。ディスクブレーキは、高いブレーキ能力と調整能力のために、もっとも一般的に用いられている。機械式と油圧式ブレーキは両方とも広く使われている。トップレベルのソーラーカーではブレーキパッドやブレーキシューは、最小なブレーキ抵抗になるように引き込まれるように通常は設計されている。
ソーラーカーのステアリング装置は多様である。主な設計要素は効率、信頼性と最小のタイヤの磨耗と力の損失の為の精密なアライメントである。
ソーラーカーレースではタイヤ製造会社によってソーラーカー用に設計されたタイヤの使用を推奨されている。これは総合的な安全と性能の向上をもたらしている。
今では全ての上位のチームは駆動ベルトやチェーンを廃してホイールモーターを使用する。
試験は実質的にはレースの前の信頼性の実証である。数百ドル注ぎ込んで2時間の優位を得る事は容易だが同様に信頼性により2時間失うことも容易である。
機械システムは振動を抑えるとともに、強度と剛性を確保するために最小重量となるようデザインされる。設計者は極めて軽くするという要求と、強度や剛性を兼ね備えるような構造を与えるために、通常はアルミ合金、チタン、複合材料を用いる。鉄は多くのソーラーカーではサスペンション部品などに用いられる。
ソーラーカーは通常は3輪であるが、4輪のものもある。3輪車のフロントは2輪、リアは1輪を持ち、前輪で方向を変え、後輪は駆動輪となっているものが多い。4輪のソーラーカーは、普通の乗用車のようなものか、後輪2輪が互いに接近した3輪のソーラーカーと同様なホイールレイアウトとなっている。
ソーラーカーは、ボディとシャシが変化するのに対応するため、広い可動範囲をもつサスペンションを持っている。最も一般的なフロントサスペンションはダブルウィッシュボーン式サスペンションである。リアサスペンションはオートバイに見られるトレーリングアーム式サスペンションが多い。
電気システムは電力の入出を制御する。静止時や低速時や下り坂で走行するときに余った電力を蓄電池に蓄える。ソーラーカーは鉛蓄電池やニッケル水素電池やニッケル・カドミウム蓄電池やリチウムイオン電池やリチウムポリマー電池を搭載する。電気システムに最適化されたパワーエレクトロニクスが使用される。最大出力点追従装置(マキシマムパワートラッカー)が太陽電池から発電電力が最大となる電圧で電力を取り出す。太陽電池の出力は太陽の照度や気温によって変化する。蓄電池監視装置は過充電にならないように保護する。電動機制御装置は電動機の所望の出力を制御する。多くの制御装置は減速時に蓄電池に電力を戻す回生ブレーキを備える。
いくつかのソーラーカーは電気システムを監視する為に複雑なデータ取得システムを持つ。基本的には蓄電池電圧や電動機の電流で更には太陽電池の発電量と消費電流を判断でき、積算電力計で蓄電池からの電流を乗算することでその時点での状況下での航続距離を表示する。
幅広い形式のモーターが使用される。最も効率が高いものは98%以上である。これらは無整流三相直流ホイールインモーターでネオジム磁石とリンツ線が巻かれている。 より安い非同期交流モーターや整流子直流モーターも使用される。
ソーラーカーの重量は重要な要素である。軽量な車両は転がり抵抗を軽減でき、小さいブレーキと少ない構造部材で製作できる。これは軽量車両の設計における循環論法である。
ソーラーカーの設計は、以下のエネルギー方程式で与えられる。
η { η b E + P x v } = { W C r r 1 + N C r r 2 v + 1 2 ρ C D A v 2 } x + W h + N a W v 2 2 g {\displaystyle \eta \left\{\eta _{b}E+{\frac {Px}{v}}\right\}=\left\{WC_{rr1}+NC_{rr2}v+{\frac {1}{2}}\rho C_{D}Av^{2}\right\}x+Wh+{\frac {N_{a}Wv^{2}}{2g}}}
これは、扱いやすいパワー方程式に簡単化することができる。
η { η b E v / x + P } = { W C r r 1 v + 1 2 ρ C D A v 3 } {\displaystyle \eta \left\{\eta _{b}Ev/x+P\right\}=\left\{WC_{rr1}v+{\frac {1}{2}}\rho C_{D}Av^{3}\right\}}
長距離レースにとって、これらの値は実験的に求められる。
ここで、左辺はソーラーカーへのエネルギー入力(バッテリと太陽からのパワー)、右辺はレースルートに沿って運転ために必要なエネルギー(転がり抵抗、空気抵抗、勾配抵抗そして加速抵抗)を示している。この式の速度vを除いて、すべての値は推定することができる。これらのパラメータは以下を含む。
※注1 WSCにおいて太陽電池の平均出力は、定格出力の7/9として近似できる。