Riassunto:
Né un ingegnere né un ciclista professionista, l'inglese Sean Ryan voleva solo capire quanto lontano poteva arrivare una bicicletta a pedalata assistita quando il sole era il suo unico serbatoio di carburante. I fatti hanno dimostrato che questa bicicletta elettrica autocostruita ad energia solare può percorrere più di 1.000 chilometri sulle strade francesi e attraversare numerosi passi alpini.
Ruian ricostruisce i veicoli da zero. Ha installato pannelli solari su una bici da carico, l'ha abbinata a un motore montato al centro e ha progettato il proprio sistema di gestione della batteria. Dopo settimane di test a Nottingham, in Inghilterra, ha portato la bici all'evento internazionale di ciclismo solare Sun Trip di quest'anno.
Journey to the Sun è stata fondata nel 2013 dall'esploratore francese Florian Bailly. Nel 2010, Bailly ha guidato da solo una bicicletta elettrica a energia solare dalla Francia al Giappone. Da allora questa spedizione personale si è evoluta in un'organizzazione dedicata alla promozione dell'energia rinnovabile, dei trasporti sostenibili e della tecnologia di ingegneria civile e al raggiungimento dei suoi obiettivi attraverso spedizioni in bicicletta a lunga distanza.
Questo evento è diverso dai tradizionali eventi ciclistici professionistici in quanto ai partecipanti non sono garantiti i veicoli e non esiste una rete di sicurezza logistica. I ciclisti possono pianificare i propri percorsi, accamparsi, mantenere i propri veicoli e gestire un budget energetico limitato. Possono scegliere il proprio percorso tra i checkpoint obbligatori o seguire le aree designate per l'evento. Fin dalla sua nascita, gli eventi si sono svolti in tutta Europa, Asia centrale, Cina e Nord Africa, oltre a gare di breve distanza limitate alla Francia o alle Alpi.
La tappa alpina di quest'anno si svolge nella regione francese dell'Alvernia-Rodano-Alpi. I partecipanti devono scalare molte montagne incluso il Passo Galibier. Il passo Galibier si trova a 2.642 metri sul livello del mare, mentre il passo dell'Iseran, che si trova a circa 2.770 metri sul livello del mare, è il passo stradale asfaltato più alto delle Alpi. La gara finale termina ad Albertville.
La competizione calcola i punti in base alla distanza percorsa e ai checkpoint superati, ma c'è una regola ovunque: chiunque utilizzi l'energia elettrica della rete sarà squalificato dal team solare. Ruian ha detto che dopo esserti connesso alla corrente elettrica, puoi continuare a partecipare all'intero evento, ma non sei più idoneo a competere per i punti del gruppo solare.
Ruian ha scelto come modello base la bici da carico Omnium prodotta da Paradise Cycles. Il portapacchi nella parte anteriore del veicolo fornisce una piattaforma di montaggio stabile per i pannelli solari e, dopo aver rimosso i pannelli, la bicicletta può ancora essere utilizzata come veicolo da carico quotidiano.
Il sistema di alimentazione utilizza un motore centrale Tongsheng TSDZ2B da 250 watt fornito da Varstrom ed è dotato di due batterie da 36 volt, una di EM3-EV e una di Infinit. Il sistema solare collega i pannelli direttamente a un regolatore di carica con tracciamento del punto di massima potenza Genasun GVB-8, che quindi fornisce energia alla batteria. Questo dispositivo può convertire la variazione della tensione di uscita del pannello solare in una tensione stabile adatta alla ricarica della batteria. Il percorso energetico dell'intero sistema è "pannello solare - regolatore di carica - batteria" e durante il processo verrà generata solo una piccola perdita.
Ryan inizialmente prevedeva di installare tre pannelli da 100 watt per coprire l'intera piattaforma di carico anteriore. Anche se ciò comportava una maggiore potenza, i test hanno scoperto che il veicolo sarebbe diventato troppo lungo, troppo largo e inflessibile nel traffico e negli spazi ristretti. Quindi alla fine ha ridotto il pannello solare a 200 watt, decidendo che probabilmente era vicino al minimo necessario per affrontare lunghe distanze e scalate in montagna.
Questa decisione è diventata fondamentale per l'intero progetto. Dopo aver caricato tutti i bagagli, come l'attrezzatura da campeggio e quella fotografica, il peso totale della bicicletta raggiunge i 61 chilogrammi. Durante i test nel Regno Unito, Ryan ha scoperto che il veicolo consumava da 10 a 12 wattora per miglio, equivalenti a circa 6-7,5 wattora per chilometro. Sebbene i pannelli solari abbiano una potenza nominale di 200 watt, la potenza effettiva è solitamente solo tra 70 e 100 watt, a seconda del tempo e dell'angolazione del sole.
Nel giorno più difficile del Sun Tour, ha percorso 130 chilometri attraverso numerose zone montuose. Quel giorno il regolatore di carica ha registrato 985 wattora di energia solare disponibile nel sistema elettrico del veicolo, equivalenti a circa 7,58 wattora per chilometro, o circa 12,2 wattora per miglio, ad una velocità media di 21-22 chilometri all'ora.
La crisi più grande durante il viaggio si è verificata durante l'ondata di caldo. A quel tempo, la temperatura in Francia salì a 41 gradi Celsius e vicino a Lione scoppiarono incendi. Le alte temperature hanno causato problemi con una delle batterie modulari Infinit di Ruian, con il sistema di gestione della batteria che rifiutava di accettare la ricarica solare a causa del surriscaldamento.
Ryan ha spiegato che il sistema di gestione della batteria svolgeva in realtà una funzione protettiva, ma ciò significava che per un periodo della giornata non era in grado di immagazzinare tutta l'energia generata dai pannelli solari. Col senno di poi, ritiene che il modo più diretto per migliorarlo sia installare la batteria in un luogo completamente ombreggiato e isolato dalle alte temperature.
Sospetta inoltre che la struttura delle batterie di Infinit possa aggravare il problema. A differenza dei pacchi batteria tradizionali in cui le celle vengono fissate in modo permanente mediante saldatura a punti, questa batteria ricostruibile utilizza mezzi meccanici per fissare le celle. Ryan ha affermato che quando si scarica e si riceve la carica solare allo stesso tempo, la resistenza di contatto sulla connessione della cella può generare ulteriore calore. Tuttavia, ha sottolineato che al momento non è possibile determinare se questa sia la causa del fallimento, ma può solo dire che potrebbe aver contribuito alla situazione.
I pannelli solari in genere hanno resistito alla prova della concorrenza, ma i problemi termici delle batterie combinati con il già limitato budget energetico hanno costretto Ruian a collegarsi alla rete elettrica due volte durante il viaggio, reintegrando un totale di circa 1 kilowattora di elettricità, e quindi ha perso la qualificazione per competere per il pannello solare.
Ryan ha ammesso di aver ridotto la potenza del pannello solare da 300 watt a 200 watt per migliorare la manovrabilità del veicolo. Col senno di poi, questa potenza era probabilmente proprio al limite per gestire la distanza e il terreno dell’evento. L'efficienza della bici stessa è piuttosto buona, con il pannello solare da 200 watt che fornisce quasi tutta l'energia necessaria in una buona giornata, ma il sistema non lascia molto spazio per le emergenze.
Per quanto riguarda la possibilità che il veicolo possa completare la corsa con l'energia solare se la batteria funziona sempre normalmente, Ryan non può dare una risposta definitiva. Secondo lui il risultato sarà molto vicino: 200 watt bastano in alcune giornate, ma a fronte di percorsi alpini con frequenti cambi meteorologici e salite intense, la riserva di energia è davvero limitata.
Anche il motore è stato messo alla prova. Prima della gara, Ryan era preoccupato che il motore centrale Tongsheng da 250 watt sarebbe diventato un anello debole nelle salite a lunga distanza ad alta temperatura, e i fatti hanno parzialmente confermato le sue preoccupazioni. Per affrontare le salite lunghe e ripide delle Alpi, questa versione più piccola da 250 watt deve trainare una bici da carico che trasporta carichi pesanti e il carico termico sembra essere eccessivo.
Quando il motore si surriscalda, l'approccio di Ruian è semplice: fermarsi e attendere che si raffreddi. In diverse occasioni ha addirittura versato l'acqua direttamente sull'alloggiamento del motore. Ha scoperto che mantenere il motore in rotazione ad alta velocità era più efficace che farlo funzionare a bassa velocità sotto carico pesante. Quando si arrampicava su una collina, selezionava una marcia molto bassa e lasciava che il motore spingesse lentamente il veicolo su per la collina a una velocità maggiore. Sebbene non sia rapido, questo metodo può ridurre significativamente il carico termico.
Questo è anche un vantaggio del motore montato al centro rispetto al motore nel mozzo: può utilizzare il sistema di trasmissione della bicicletta per mantenere il motore in una gamma di velocità più efficiente su pendii ripidi. Ryan ha detto che considerando che si tratta solo di un motore con una potenza nominale di 250 watt, le sue prestazioni sono già abbastanza buone.
Ryan non pensa che le bici solari siano per tutti. Per qualcuno che ogni giorno percorre solo pochi chilometri per andare e tornare dal lavoro e può ricaricarsi quando torna a casa, installare un sistema solare sulla propria auto potrebbe non avere molto senso. Ma nel mondo del cicloturismo il concetto mostra un potenziale ancora maggiore. Egli ritiene che, sebbene questo percorso abbia molte montagne, se viene utilizzato per un viaggio a lunga distanza relativamente pianeggiante, i vantaggi dell'energia solare saranno più evidenti.
Per Ryan, la vettura di scena Alpine è solo un prototipo. Ha già iniziato a riprogettare il sistema per un obiettivo più impegnativo: partecipare al Sun Tour dalla Francia alla Cina previsto per il 2028.
Il percorso temporaneo attualmente annunciato è lungo circa 15.000 chilometri e attraverserà i Balcani, la Turchia, il Caucaso, l'Asia centrale e la Cina occidentale, aggirando la Russia e attraversando il Mar Caspio. Si prevede la partecipazione di circa 40 corridori. Tuttavia, i percorsi e le regole della gara sono ancora soggetti a modifiche.
Per completare un viaggio così lungo, il veicolo deve avere un'area di raccolta dell'energia solare più ampia. Ma Ryan ha escluso semplicemente di allargare la bici verticale esistente e di coprirla con più pannelli. È convinto che l'aerodinamica e il comfort del ciclista diventeranno sempre più importanti man mano che aumentano le distanze percorse ogni giorno.
Attualmente sta valutando la possibilità di convertire la bici da carico in una struttura semi-reclinata a passo lungo che consentirebbe al ciclista di sedersi davanti alla piattaforma di carico originale e sotto una tettoia solare più ampia. Si prevede che questo design migliorerà l'aerodinamica, aumenterà l'area del pannello solare e, cosa più importante, renderà la posizione di guida più confortevole per la guida su lunghe distanze per più giorni.
Si tratterebbe di un significativo allontanamento dalla semplicità della prima vettura. Ryan ha detto che ciò che lo ha attratto di più della versione alpina è che si trattava ancora essenzialmente di una normale bici da carico, dotata solo di un motore centrale da 250 watt, un regolatore di carica solare e pannelli solari da 200 watt. Dimostra che per ottenere le funzioni di base di una bicicletta solare non è necessario costruire un veicolo speciale con una struttura complessa e un aspetto strano.
Tuttavia, i modelli spediti dalla Francia alla Cina saranno inevitabilmente più specializzati. L'esperienza che Ryan ha acquisito con quel primo semplice prototipo servirà anche come base per la progettazione della prossima bici solare a lungo raggio.
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