AGH Solar Boat: fotowoltaiczna Baśka piąta w Monako

Jedyny reprezentant Polski w prestiżowych zawodach Monaco Solar Boat Challenge – zespól studentów krakowskiej Akademii Górniczo-Hutniczej, zajął piąte miejsce pośród 20 występujących osad. Regaty, które odbyły się w dniach 13-15 lipca to jedno z najważniejszych w skali globu dorocznych wydarzeń, których bohaterem są łodzie solarne. W ten sposób promowany jest zarówno rozwój odnawialnych źródeł energii, jak i innowacje w tej branży.

Jak „Baśkę” budowano…
Łódź solarna, która powstawała od 2013 roku nazwana została przez swoich konstruktorów „Baśka”. Swojej imię zawdzięcza ona św. Barbarze, patronce górników i krakowskiej AGH. Nad jej stworzeniem pracował zespół 46 studentów, wywodzących się z siedmiu wydziałów krakowskiej AGH, wśród których prym wiedli członkowie Studenckiego Koła Naukowego Eko-Energia działającego przy Wydziale Energetyki i Paliw oraz Akademickiego Klubu Żeglarskiego AGH. Połączyli oni w ramach AGH Solar Boat pasję żeglarską z zainteresowaniami naukowymi w zakresie wykorzystania alternatywnych źródeł zasilania.

Ważnym elementem projektu, który pozytywnie wpłynął na jego rozwój, było nawiązanie współpracy przez młodych naukowców z firmą Ericksson. Dzięki temu studenci mogli m.in. konsultować zagadnienia związane z programowaniem łodzi ze specjalistami, na co dzień zajmującymi się kodowaniem. W ten sposób sprawnie – i z sukcesem – przebiegły prace programistyczne nad algorytmem sterowania. Przygotowywany też został osprzęt elektryczny, który został zamontowany na pokładzie łodzi. Jak informowali krakowscy studenci: „mentorzy z Ericssona doradzają w kwestiach telemetrii i programowania oraz czuwają nad prawidłowością rozwiązań przyjętych przez konstruktorów łodzi. Łódź solarna, dzięki hydroskrzydłom częściowo kontrolowanym przez urządzenia pokładowe, będzie osiągać prędkość około 20 węzłów (10 m/s).”

– Współpraca z firmą Ericsson przy projekcie studenckim AGH Solar Boat jest o tyle wyjątkowa, że głównymi beneficjentami są studenci. Transfer wiedzy z jednej z największych firm z sektora telekomunikacyjnego i wsparcie mentora powodują, że projekt dynamicznie się rozwija. Dzięki obecności firmy studenci mogą na bieżąco konsultować z ekspertami zagadnienia programistyczne. W długofalowej perspektywie oznacza to, że mury naszej uczelni opuszczają absolwenci, którym nie jest obca współpraca z firmami, a ich dotychczasowe działania były konfrontowane z realiami rynkowymi – mówi Prorektor ds. Współpracy AGH prof. Jerzy Lis.

Dzięki tej współpracy powstała Baśka. O tym, w jaki sposób realizowany był projekt informował AGH Solar Boat: „łódź zasilana energią elektryczną stanowi poważne wyzwanie konstrukcyjne. Jej sukces w zawodach zależy od wielu złożonych czynników. Spośród nich największe znaczenie ma redukcja oporów hydrodynamicznych.

Aby sprostać rygorystycznym wymaganiom konkursu naszą koncepcją jest ograniczenie zanurzonej objętości kadłuba do minimum, dlatego z całym szacunkiem dla Archimedesa, pływanie wypornościowe porzucamy na rzecz hydroskrzydeł (ang. foil). Istotą ich działania jest wytwarzanie siły nośnej podnoszącej kadłub ponad powierzchnię wody. Pod taflą znajdować się będą jedynie foile, śruba napędowa i pylony, które stawiają wielokrotnie mniejszy opór. Dopóki łódź nie rozpędzi się wystarczająco, tak aby hydroskrzydła mogły równoważyć jej ciężar, opory kadłuba muszą być minimalne.

Konieczne jest zatem ograniczenie masy łodzi do minimum, dlatego do budowy kadłuba postanowiliśmy wykorzystać laminat epoksydowo-węglowy. Kolejnym wyzwaniem jest dobór zespołu napędowego o odpowiednio niskiej masie i małych gabarytach przy jednoczesnym uzyskaniu jego wysokiej sprawności.”

Baśka zbudowana jest z kompozytów, z włókna węglowego z przekładką piankową, i w całości wykonana jest ręcznie. Posiada ona sześć metrów długości, i jest w 100% zasilana energią słoneczną, wykorzystując panele fotowoltaiczne o łącznej mocy 1.000 W. Jak podkreślają jej konstruktorzy: Baśka „posiada hydroskrzydła, które dzięki sile nośnej, powalają kadłubowi na wyjście ponad powierzchnię wody, w celu zminimalizowania oporów. Kadłub wraz z pokładem wykonane są z materiału kompozytowego opartego na bazie włókien węglowych, tworzących wytrzymałą a jednocześnie ultralekką konstrukcję.” Koszt realizacji całego projektu szacowany jest na 250 tys. zł.

„Team spirit” na wodach Monte-Carlo
Start zawodów, w których wziął udział krakowski zespól studentów, miał miejsce w słynnym Yacht Club de Monaco. Jeszcze przed rozpoczęciem rywalizacji, Baśka przeszła prawdziwy chrzest bojowy. Na trzy dni przed rozpoczęciem rywalizacji awaria zespołu napędowego postawiła występ AGH Solar Boat pod dużym znakiem zapytania. Zespół młodych naukowców pracował praktycznie rzecz biorąc bez przerwy 72 godziny w celu naprawienia usterki. Dając prawdziwy dowód „team spirit” i jednocześnie dużej wiedzy konstruktorskiej, przygotowano łódź do startu w zawodach.

Dzięki temu już przed samymi zawodami Baśka pomyślnie przeszła wszystkie testy techniczne, których elementami były m.in. sprawdzian konstrukcji łodzi, jej uszczelnienia, bezpieczne działanie instalacji elektrycznej oraz stabilność łodzi. Jak informowali krakowscy studenci prosto z Monte Carlo: podczas testów bezpieczeństwa nasz nieoceniony sternik – Janusz Sawicki wykonał ewakuację z łodzi w czasie 1,7 sekundy!

Zawody podzielone zostały na trzy konkurencje. Jak informowali krakowscy studenci: „pierwszy dzień rywalizacji upłynął w napięciu podczas oczekiwania na start w biegu wytrzymałościowym sprawdzającym sprawność ekonomicznego ładowania i rozładowywania akumulatorów. Dla naszej Basi ze względu na naprawę systemu napędowego był to pierwszy wyścig na wodzie. Łódź ukończyła z wynikiem 20 okrążeń wyczerpujący bieg Endurance, który dla niektórych zespołów okazał się zbyt trudną próbą dla układu mechaniczno-elektrycznego. Dla AGH Solar Boat Team był to wielki sukces i moment radości po ukończeniu najcięższej z konkurencji.”

Po pomyślnym zakończeniu tej fazy rywalizacji okazało się, że mocne fale na otwartym morzu uszkodziły pokład krakowskiej łodzi. Został on sprawnie i skutecznie zreperowany przed kolejnym dniem rywalizacji, w którym rozegrano slalom. W jego trakcie do pokonania było 300 m na czas. W ten sposób testowana była zwrotność łodzi, ale również jakość zastosowanych systemów stabilizacji oraz umiejętności sternika. Trzecią i ostatnią konkurencją podczas Monaco Solar Boat Challenge stał się wyścig one-on-one o długości trzech mil morskich, który to również ukończony został przez polskich żeglarzy-naukowców na piątej pozycji. Jego zadaniem było przede wszystkim sprawdzenie efektywności zastosowanych rozwiązań w układzie panele fotowoltaiczne-akumulatory-napęd. Duże znacznie miała także w tym przypadku umiejętność minimalizacji oporów.

Udział w zawodach krakowscy studenci mogą z pewnością uznać za swój sukces. Już teraz zapowiadają oni dalsze prace nad konstrukcją swojej łodzi, dzięki którym Baśka znaleźć się powinna w przyszłorocznych zawodach na podium. Warto jednak podkreślić, że nie tylko to jest ważne dla młodych naukowców ze stolicy Małopolski. Podstawowego znaczenia nabiera fakt, że stworzone i zastosowane w Baśce nowatorskie rozwiązania konstrukcyjne i technologiczne powinny mieć w najbliższych latach szanse na komercjalizację. W ten sposób AGH Solar Boat Team może wypłynąć również na szerokie wody biznesu. Tym bardziej, że zarówno rynek odnawialnych źródeł energii, jak i miłośnicy żeglarstwa z całą pewnością skorzystać będą chcieli z zapału, wiedzy i doświadczenia krakowskich studentów.