Investigadores da Alemanha e dos Países Baixos instalaram módulos fotovoltaicos em um veículo elétrico comercial leve e avaliaram seu desempenho e autonomia durante quatro meses.
Durante esse período, o VE realizou viagens diárias de 45 minutos da casa de um pesquisador na área de Hannover, Alemanha, até o Instituto de Pesquisa de Energia Solar de Hamelin (ISFH). Lá, permaneceu estacionado por algumas horas e depois retornou para casa à tarde, antes de ser levado a uma estação de carregamento.
“Este trabalho é uma continuação de um artigo anterior no qual foi apresentada uma análise do fluxo de energia dos dados coletados durante um único dia. Aqui apresentamos uma análise mais detalhada e estatisticamente válida ao longo de um período longo de quatro meses, de abril a julho de 2021″, afirmaram os cientistas.
“Foi dada atenção aos componentes individuais do sistema, como os módulos fotovoltaicos, o MPPT, a bateria de baixa voltagem, o conversor CC-CC, a bateria de tração do veículo de alta voltagem (HV) e as perdas gerais que ocorrem no sistema”.
Desempenho, eficiência e autonomia de veículos elétricos
O veículo elétrico utilizado é o modelo StreetScooter Work L. A potência máxima dos módulos fotovoltaicos de silício de wafer M2 foi de 2.180 W, distribuídos no teto (875 W), traseira (215 W) e laterais esquerda e direita (545 W).
Os módulos do teto estavam conectados individualmente a cinco MPPT independentes, enquanto no restante do veículo elétrico, cada dois módulos estavam conectados em série a um único rastreador MPPT. Todos os MPPT estavam ligados à bateria LV e ao conversor CC-CC, que fornecia energia para a bateria HV do veículo.
“A parte dianteira do veículo está orientada para noroeste em ambos os locais, mas no ISFH o estacionamento é de manhã quando o sol nasce e em casa, quando o sol se põe”, explicaram os acadêmicos. “A parte traseira tem um perfil de radiação semelhante em ambas as posições de estacionamento, pois a orientação do veículo é quase idêntica. Durante a fase de condução, à medida que a orientação do veículo muda continuamente em relação ao sol e devido à obstrução dos objetos circundantes, os lados traseiro, esquerdo e direito recebem relativamente menos irradiação”.
De acordo com suas medições, a duração do estacionamento foi de aproximadamente 106,7 e 382,22 horas para o ISFH e o estacionamento residencial, respectivamente. Após a fase de conversão para MPPT, estavam disponíveis um total combinado de 49,06 kWh para estacionamento no ISFH e 153,32 kWh para estacionamento residencial.
Desses, 29,16 kWh (ISFH) e 98,57 kWh (casa) carregaram a bateria LV, 19,9 kWh (ISFH) e 54,75 kWh (casa) foram transferidos diretamente para o conversor CC-CC e 5,96 kWh (ISFH) e 12,92 kWh (casa) corresponderam a perdas de consumo auxiliar do sistema.
“O lado LV do conversor CC-CC recebe 38,73 kWh (ISFH) e 129,18 kWh (casa), que são enviados para a bateria HV. “Considerando as perdas na bateria de alta voltagem, a energia utilizável para tração é de 29,65 kWh (ISFH) e 99,74 kWh (casa)”, acrescentaram os cientistas.
“Na fase de condução, o módulo fotovoltaico produziu 9,8 kWh de eletricidade com uma eficiência de conversão de 18,01%. Após o estágio de conversão MPPT, restam disponíveis 8,3 kWh de eletricidade para os estágios seguintes, dos quais 4,3 kWh carregam a bateria LV e 4 kWh são fornecidos diretamente ao conversor CC-CC. A potência final do conversor CC-CC é de 5,5 kWh, que é transferida para a bateria HV do veículo durante a fase de condução”.
Conclusões do estudo sobre energia solar em carros elétricos
Foi constatado que a eficiência geral do sistema, considerando múltiplos estágios de conversão de energia, perdas de carga/descarga da bateria e perdas auxiliares, foi de 60,44% para o estacionamento no ISFH, 65,05% para o estacionamento em casa e 66,26% para viagens.
Com base no consumo médio por quilômetro de todas as viagens e na energia fotovoltaica total injetada na bateria, a equipe estimou que a eletricidade fotovoltaica contribuiu com 530 km para a autonomia do veículo elétrico durante o período medido, o que representa 30% da distância total de 1.750 km.
Os resultados foram apresentados no artigo “Análise do desempenho de um sistema fotovoltaico a bordo em um veículo comercial leve de demonstração em Hannover, Alemanha”, publicado em Progress in Photovoltaics.
O estudo foi realizado por cientistas do Instituto de Energia, Materiais e Dispositivos – Fotovoltaica (IMD-3) da Alemanha, do Instituto de Pesquisa de Energia Solar de Hamelin (ISFH) e da Universidade Tecnológica de Eindhoven dos Países Baixos.
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