Investigadores de Alemania y los Países Bajos instalaron módulos fotovoltaicos en un vehículo eléctrico comercial ligero y evaluaron su rendimiento y autonomía durante cuatro meses.
Durante este período, el EV realizó viajes diarios de 45 minutos desde la casa de un investigador en el área de Hannover, Alemania, hasta el Instituto de Investigación de Energía Solar de Hamelin (ISFH). Allí permaneció estacionado durante algunas horas y luego regresó a casa por la tarde, antes de ser llevado a una estación de carga.
“Este trabajo es una continuación de un artículo anterior en el que se presentó un análisis del flujo de energía de los datos recopilados durante un solo día. Aquí presentamos un análisis más detallado y estadísticamente válido durante un largo período de cuatro meses, de abril a julio de 2021”, afirmaron los científicos.
“Se prestó atención a los componentes individuales del sistema, como los módulos fotovoltaicos, el MPPT, la batería de bajo voltaje, el convertidor CC-CC, la batería de tracción del vehículo de alto voltaje (HV) y las pérdidas generales que ocurren en el sistema”.
Rendimiento, eficiencia y autonomía de los vehículos eléctricos
El vehículo eléctrico utilizado es el modelo StreetScooter Work L. La potencia máxima de los módulos fotovoltaicos de silicio de obleas M2 fue de 2.180 W, distribuidos en el techo (875 W), la parte trasera (215 W) y los lados izquierdo y derecho (545 W).
Los módulos del techo estaban conectados individualmente a cinco MPPT independientes, mientras que en el resto del vehículo eléctrico cada dos módulos estaban conectados en serie a un único rastreador MPPT. Todos los MPPT estaban vinculados a la batería LV y al convertidor CC-CC, que suministraba energía a la batería HV del vehículo.
“La parte delantera del vehículo está orientada al noroeste en ambos lugares, pero en ISFH el estacionamiento es por la mañana cuando sale el sol y en casa, cuando se pone el sol”, explicaron los académicos. “La parte trasera tiene un perfil de radiación similar en ambas posiciones de estacionamiento, ya que la orientación del vehículo es casi idéntica. Durante la fase de conducción, como la orientación del vehículo cambia continuamente con respecto al sol y debido a la obstrucción de los objetos circundantes, los lados trasero, izquierdo y derecho reciben relativamente menos irradiación”.
Según sus mediciones, la duración del estacionamiento fue de aproximadamente 106,7 y 382,22 horas para el ISFH y el estacionamiento residencial, respectivamente. Tras la fase de conversión a MPPT, estaban disponibles un total combinado de 49,06 kWh para estacionamiento ISFH y 153,32 kWh para estacionamiento doméstico.
De estos, 29,16 kWh (ISFH) y 98,57 kWh (hogar) cargaron la batería LV, 19,9 kWh (ISFH) y 54,75 kWh (hogar) se transfirieron directamente al convertidor CC-CC, y 5,96 kWh (ISFH) y 12,92 kWh (hogar) correspondieron a pérdidas de consumo auxiliar del sistema.
“El lado LV del convertidor CC-CC recibe 38,73 kWh (ISFH) y 129,18 kWh (casa), que se envían a la batería HV. “Teniendo en cuenta las pérdidas en la batería de alta tensión, la energía utilizable para tracción es de 29,65 kWh (ISFH) y 99,74 kWh (casa)”, agregaron los científicos.
“En la fase de conducción, el módulo fotovoltaico produjo 9,8 kWh de electricidad con una eficiencia de conversión del 18,01%. Tras la etapa de conversión MPPT, quedan disponibles 8,3 kWh de electricidad para las siguientes etapas, de los cuales 4,3 kWh cargan la batería LV y 4 kWh se suministran directamente al convertidor CC-CC. La potencia final del convertidor DC-DC es de 5,5 kWh, que se transfiere a la batería HV del vehículo durante la fase de conducción”.
Conclusiones del estudio sobre la energía solar en autos eléctricos
Se encontró que la eficiencia general del sistema, considerando múltiples etapas de conversión de energía, pérdidas de carga/descarga de la batería y pérdidas auxiliares, fue del 60,44 % para estacionamiento ISFH, 65,05 % para estacionamiento en casa y 66,26 % para viajes.
Basándose en el consumo promedio por kilómetro de todos los viajes y la energía fotovoltaica total inyectada en la batería, el equipo estimó que la electricidad fotovoltaica contribuyó con 530 km a la autonomía del vehículo eléctrico durante el período medido, lo que supone el 30% de la distancia total de 1.750 km.
Los resultados se presentaron en el artículo “Análisis del rendimiento de un sistema fotovoltaico a bordo en un vehículo comercial ligero de demostración en Hannover, Alemania”, publicado en Progress in Photovoltaics.
El estudio fue llevado a cabo por científicos del Instituto de Energía, Materiales y Dispositivos – Fotovoltaica (IMD-3) de Alemania, el Instituto de Investigación de Energía Solar de Hamelin (ISFH) y la Universidad Tecnológica de Eindhoven de los Países Bajos.
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