محققان دانشگاه میازاکی از طریق یک مطالعه میدانی گسترده در ژاپن، عملکرد واقعی و پتانسیل صرفهجویی در مصرف سوخت فتوولتائیکهای یکپارچه با خودرو (VIPV) را در وسایل نقلیه سنگین بررسی کردهاند و دریافتهاند که سایه، عامل مهمی در تولید برق فتوولتائیک و راندمان کلی سیستم است.
این پروژه شامل ۲۰۰ کامیون تجاری با موتورهای دیزلی مجهز به ماژولهای فتوولتائیک ۳۰۰ تا ۵۰۰ واتی مبتنی بر مس، ایندیوم، گالیوم و سلنید (CIGS) بود و دادههایی در مورد تولید فتوولتائیک، عملکرد دینام، جریان برق باتری و عملکرد خودرو جمعآوری شد. پنلهای خورشیدی صرفاً برای تأمین انرژی سیستمهای کمکی و شارژ مجدد باتری اصلی استفاده میشوند، نه برای رانندگی مستقیم خودرو.
کنجی آراکی، نویسنده مسئول، به مجله pv گفت: «ما با نظارت همزمان بر خروجیهای سیستم فتوولتائیک و دینام، ارزیابی کردیم که چقدر از انرژی فتوولتائیک به طور مؤثر استفاده شده است. این امر ما را قادر ساخت تا میزان کاهش بار دینام توسط تولید انرژی خورشیدی را تعیین کنیم.»
دانشمندان توضیح دادند که احتمال سایه در VIPV تحت تأثیر هندسه جسم و زوایای خراش قرار دارد و میتوان آن را با استفاده از میانگینگیری ماتریس روزنه، که یک تکنیک محاسباتی است که برای ارزیابی سایه پویا و غیر یکنواخت و تابش خورشیدی بر روی سیستمهای PV منحنی یا پیچیده با ادغام سهم نور جهتدار در سراسر عناصر سطحی گسسته در یک چارچوب مختصات محلی استفاده میشود، از نظر آماری تقریب زد. به گفته محققان، این روش محاسبهای سازگار و عملی از تابش خورشیدی در سطوح خودرو را امکانپذیر میکند.
تیم تحقیقاتی، جریان برق بین سیستم فتوولتائیک و آلترناتور را در تنظیمات VIPV مبتنی بر کامیون نظارت کردند و بر مصرف انرژی در سیستمهای ایزوله خودرو به جای راندمان ماژول PV تمرکز داشتند. به دلیل محدودیتهای نصب، از پیرانومتر استفاده نشد و فرض شد که خروجی PV با تابش خورشیدی محلی مطابقت دارد.
جعبههای کنترل سفارشی با کنترلکنندههای شارژ و ثبتکنندههای داده، با استفاده از حسگرهای جریان برای ردیابی خروجی PV، تولید انرژی خودرو و رفتار شارژ-دشارژ باتری، توسعه داده شدند. این سیستم با سیمکشی پایدار، فیوزها تقویت شد و تحت آزمایشهای ارتعاش و مقاومت در برابر آب و هوا قرار گرفت تا قابلیت اطمینان در شرایط عملیاتی واقعی تضمین شود.
سیستم PV به عنوان یک ماژول کامل با عملکردهای کنترلکننده شارژ یکپارچه، از جمله MPPT، تبدیل DC-DC و جلوگیری از جریان برگشتی، به جای فقط یک پنل خورشیدی، در نظر گرفته شد. دینام به طور مشابه شامل اصلاح و تنظیم ولتاژ از طریق تبدیل DC-DC است و به طور مستقل و بدون همگامسازی با سیستم PV عمل میکند، و منبع ولتاژ بالاتر در اولویت قرار دارد.
در طول ۱۷۹۰۱ روز-خودرو، محققان دانشگاهی مسافت کل رانندگی، ساعات کار، مصرف برق، تولید PV و سرکوب دینام را ثبت کردند، در حالی که محدودیتهای همگامسازی دادهها را در سیستم اندازهگیری ذکر کردند. مشخص شد که سیستمهای PV در طول عملیات، در کنار کاهش قابل توجه بار دینام در شرایط رانندگی واقعی، جبران انرژی قابل اندازهگیری را انجام میدهند.
به طور کلی، نتایج نشاندهنده مزایای قابل اندازهگیری سوخت و انرژی بودند، اما همچنین تأکید کردند که عملکرد VIPV باید با استفاده از مدلهای دقیق و وابسته به شرایط به جای میانگینهای ساده ارزیابی شود.
آراکی گفت: "علاوه بر این، ارزیابی مجموعه دادههای اندازهگیری شده نشان داد که تابش خورشیدی دریافتی توسط سطوح نصب شده روی خودرو تقریباً معادل 70٪ از آن در صفحه افقی است. این کاهش به عواملی مانند سایهاندازی شهری اطراف، شرایط جاده و تغییرات در جهتگیری خودرو نسبت داده میشود و به عنوان یک پارامتر مهم برای تخمین خروجی انرژی سالانه سیستمهای VIPV عمل میکند."
علاوه بر این، اندازهگیریهای همزمان PV و دینام نشان داد که حدود ۸۵٪ از خروجی PV مستقیماً بار دینام را جبران میکند و باعث بهبود مصرف انرژی در شرایط رانندگی واقعی میشود. در همین حال، کاهش مصرف سوخت تقریباً ۵.۵ تا ۷ درصدی، از طریق روشهای اعتبارسنجی متعدد تأیید شد، اگرچه مزایا بسته به نوع وسیله نقلیه و رفتار رانندگی متفاوت است.
یافتههای این مطالعه یک مبنای اساسی برای استانداردسازی بینالمللی VIPV (IEC PT600) ایجاد میکند و توسعه روشهای رتبهبندی انرژی بعدی را تسهیل میکند. علاوه بر این، ارائه یک ابزار عملی که اپراتورهای لجستیک را قادر میسازد تا به راحتی تأثیرات کاهش تولید برق و بهرهوری سوخت را با استفاده از دادههای عملیاتی خود ارزیابی کنند، باعث پذیرش گسترده VIPV خواهد شد."
منابع: