Güneş enerjili araba, küçük bir güneş panelinin ürettiği elektrikle çalışan DC motorun tekerlekleri döndürdüğü hafif bir araç modelidir. 3 V 500 mA bir panel ile 3 V'ta çalışan bir motor uyumlu bir ikilidir. Hızlı motor tekerleği dişliyle döndürmelidir; araba doğrudan güneş ışığında çalışır.
Güneş enerjili araba, enerji dönüşümünü, elektrik devresini ve basit mekaniği tek projede birleştirir. Bu nedenle fen ödevleri ve bilim fuarları için sık seçilen bir projedir. Bu yazıda doğru güneş paneli ile motoru nasıl eşleştireceğinizi, dişlinin neden gerektiğini, arabayı adım adım nasıl yapacağınızı ve ödevinizi ölçümlerle nasıl sunacağınızı anlatıyoruz.
Güneş enerjili araba nedir?
Güneş enerjili araba, güneş panelinin ürettiği elektrikle çalışan bir DC motorun tekerlekleri döndürdüğü küçük bir araç modelidir. Güneş paneli ışık enerjisini elektrik enerjisine, motor da elektrik enerjisini hareket enerjisine dönüştürür. Arabada pil yoktur; güneş bulutun arkasına girdiğinde araba yavaşlar ya da durur.
Hangi malzemeler gerekir?
Güneş arabası için bir güneş paneli, küçük bir DC motor, dişli, iki aks, dört tekerlek ve hafif bir gövde gerekir. Gövde ve tekerlekler için evdeki malzemeler yeterlidir.
Malzeme listesi
| Malzeme | Adet | Ne işe yarar? |
|---|---|---|
| 3 V 500 mA güneş paneli (93x110 mm) | 1 | Güneş ışığını elektriğe çevirir |
| 3-6 V DC 130 motor | 1 | Elektriği dönme hareketine çevirir |
| Plastik dişli çark seti | 1 | Motor hızını düşürüp gücünü artırır |
| Çıt çıt deney anahtarı | 1 | Arabayı durdurup çalıştırır |
| Köpük levha ya da sert karton (yaklaşık 10x18 cm) | 1 | Hafif gövde |
| Ahşap şiş çubuğu ve pipet | 2+2 | Aks ve aks yatağı |
| Şişe kapağı ya da eski CD | 4 | Tekerlek |
Dişliyle uğraşmak istemiyorsanız motor yerine 1,5-3 V 350 RPM redüktörlü motor kullanabilirsiniz; bu motorun içinde hazır dişli kutusu vardır. Diğer panel seçenekleri solar panel ürünleri kategorisinde yer alıyor.
Panel gerilimi ile motor nasıl eşleştirilir?
Panelin gerilimi motorun çalışma gerilimine yakın, panelin akımı ise motorun yük altında çektiği akımdan büyük olmalıdır. Panel etiketindeki değerler ideal güneş ışığında ölçülür. Gerçek güneşte ve motor bağlıyken panel genellikle bu değerlerin altında kalır.
| Panel | Uygun motor | Sonuç |
|---|---|---|
| 3 V 500 mA | 1,5-3 V redüktörlü motor ya da 3-6 V 130 motor | Uyumlu, güneşte rahat çalışır |
| 3 V 250 mA | Hafif yükte 130 motor | Çalışır ama zayıf ışıkta durabilir |
| 1,5 V | 3-6 V motor | Gerilim düşük, motor dönmeyebilir |
| 12 V | 3 V motor | Gerilim fazla, motor zorlanır ve ısınır |
Panelin gücünü kabaca gerilim çarpı akımla hesaplayabilirsiniz: 3 V x 0,5 A = 1,5 W. Daha küçük bir 3 V 250 mA panel yaklaşık yarı güç verir. Panellerin seri ve paralel bağlanmasını güneş paneli nasıl bağlanır yazısında anlattık.
Dişli ya da kasnak neden gerekir?
Dişli gerekir, çünkü küçük DC motorlar çok hızlı döner ama tekerleği itecek gücü (torku) azdır. Motorun miline küçük bir dişli, tekerlek aksına büyük bir dişli takılır. Böylece tekerlek daha yavaş ama daha güçlü döner.
Örneğin motor milinde 10 dişli, aksta 40 dişli bir çark varsa oran 4:1 olur. Tekerlek motordan yaklaşık 4 kat yavaş döner, tork ise sürtünme kayıpları dışında yaklaşık 4 kat artar. Dişli yerine iki kasnak ve bir lastik bant da kullanılabilir; burada da küçük kasnak motorda, büyük kasnak akstadır. Tork ve devir ilişkisini motor torku ve devir hesabı yazısında ayrıntılı bulabilirsiniz.
Güneş enerjili araba adım adım nasıl yapılır?
Güneş arabası; gövdeye aksları yerleştirip motoru dişliyle arka aksa bağlayarak ve paneli anahtar üzerinden motora bağlayarak yapılır. Adımlar şunlardır:
- Köpük gövdenin altına, ön ve arka uçlara yakın iki pipet parçası yapıştırın. Pipetler birbirine paralel olmalıdır.
- Şiş çubuklarını pipetlerden geçirin. Arka aksa 40 dişli büyük çarkı takın, sonra dört tekerleği aksların uçlarına sıkıca geçirin.
- Motor miline 10 dişli küçük çarkı (pinyon) takın. Motoru, küçük çark büyük çarka tam oturacak şekilde gövdeye yapıştırın.
- Paneli gövdenin üstüne, güneşe bakacak şekilde sabitleyin. Panel ağırsa gövdenin ortasına yerleştirin.
- Panelin + kablosunu anahtarın bir ucuna, anahtarın diğer ucunu motorun bir ucuna bağlayın. Panelin − kablosunu motorun diğer ucuna bağlayın.
- Arabayı doğrudan güneşe çıkarın ve anahtarı kapatın. Araba geri giderse motorun iki kablosunun yerini değiştirin.
Tekerlekler dönüyor ama araba ilerlemiyorsa tekerleklerin kaydığını ya da aksların pipette sürtündüğünü kontrol edin. Gövde ne kadar hafif olursa araba o kadar hızlı gider.
Hangi güvenlik kurallarına dikkat edilmeli?
Güneş arabası düşük gerilimle çalıştığı için güvenli bir projedir, ancak yapım aşamasında dikkat gerekir:
- Sıcak silikon tabancası, maket bıçağı ve lehim yalnızca bir yetişkin gözetiminde kullanılır.
- Panelin cam ya da plastik yüzeyine bastırmayın; kırılan panel keskin olabilir.
- Güneşe hiçbir zaman doğrudan bakmayın; ölçüm yaparken şapka ve su bulundurun.
- Hiçbir parçayı prize ya da 220V şebeke elektriğine bağlamayın; kapalı alanda denemek için bile adaptör kullanmayın.
Ödevinizi nasıl sunarsınız?
Ödevinizi arabanın belirli bir mesafeyi kaç saniyede aldığını ölçerek sunabilirsiniz. Yere 2 metrelik bir parkur çizin ve süreyi telefonun kronometresiyle ölçün. Hız, mesafenin süreye bölünmesiyle bulunur.
- Hipotez: "Panel güneşe dik baktığında araba, eğik baktığından daha hızlı gider."
- Değişken: Panelin açısı (düz, 30°, 60°), dişli oranı ya da günün saati.
- Ölçüm: Her durumda 3 deneme yapın ve ortalama süreyi tabloya yazın.
- Sunum: Açıya göre hızı sütun grafikle gösterin; sonuç cümlesinde enerji dönüşümünü açıklayın.
Sık sorulan sorular
Güneş arabası evde lamba ışığıyla çalışır mı?
Çoğu zaman çalışmaz. Ev lambalarının ışığı, doğrudan güneş ışığına göre çok zayıftır ve küçük panel bu ışıkta motoru döndürecek akımı üretemez. Denemeleri açık havada, doğrudan güneş altında yapın. Fuar günü kapalı alanda gösterim yapacaksanız önceden çektiğiniz videoyu ve ölçüm tablonuzu kullanın.
Bulutlu havada araba neden duruyor?
Bulut, panele ulaşan ışığı büyük ölçüde azaltır ve panelin ürettiği akım da aynı oranda düşer. Motor dönmek için belirli bir en düşük akıma ihtiyaç duyar; akım bunun altına inince durur. Bu durum arabanın bozuk olduğunu göstermez, güneş enerjisinin ışığa bağlı olduğunu gösterir.
Pil eklersem araba daha iyi çalışır mı?
Pil eklerseniz araba gölgede de çalışır, ama artık tam bir güneş arabası olmaz. Panel ile pili doğrudan birbirine bağlamak da doğru değildir; şarj için uygun bir devre gerekir. Ödevin amacı güneş enerjisini göstermekse yalnızca paneli kullanın. Pil ayrı bir karşılaştırma deneyi olarak kullanılabilir.
Araba neden geri gidiyor?
DC motorun dönüş yönü, kabloların hangi uca bağlandığına göre değişir. Araba geri gidiyorsa motorun iki kablosunun yerini değiştirin; motor ters yönde döner ve araba ileri gider. Bu, motora ya da panele zarar vermez. Dişli kullanıyorsanız dişlinin de yönü çevirdiğini unutmayın.
Arabayı daha hızlı nasıl yaparım?
Gövdeyi hafifletin, aksların sürtünmesini azaltın ve paneli güneşe dik tutun. Tekerlek çapını büyütmek, motor yeterince güçlüyse hızı artırır. Dişli oranını küçültmek de hızı artırır, ama motor zorlanırsa araba kalkışta durabilir. En iyi oranı deneyerek bulmak, ödeviniz için iyi bir ölçüm konusudur.
Özet
- Güneş arabası, ışık enerjisini elektriğe, elektriği harekete dönüştüren bir modeldir.
- Panel gerilimi motorun çalışma gerilimine yakın, panel akımı motorun ihtiyacından büyük olmalıdır.
- 3 V 500 mA panel, 3 V'ta çalışan bir motorla uyumludur ve yaklaşık 1,5 W verir.
- Küçük dişli motorda, büyük dişli aksta olur; 10:40 oranı tekerleği 4 kat yavaş ama güçlü döndürür.
- Araba doğrudan güneşte çalışır; prize ya da adaptöre hiçbir zaman bağlanmaz.