Veicoli elettrici supportati dal solare raggiungono autonomia fino al 30% superiore

Un team di ricerca europeo ha installato pannelli solari su un veicolo elettrico commerciale leggero e ne ha testato le prestazioni per quattro mesi. Il veicolo è stato in grado di estendere l’autonomia di 530 km, sebbene non tutti i pannelli abbiano contribuito in egual modo. L’efficienza del sistema ha raggiunto fino al 66%.

Febbraio 4, 2025 Lior Kahana

Il veicolo commerciale utilizzato per l'esperimento

Immagine: Institute of Energy, Materials and Devices - Photovoltaics (IMD-3), Progress in Photovoltaics, CC BY 4.0

Ricercatori provenienti da Germania e Paesi Bassi hanno montato moduli fotovoltaici su un veicolo elettrico commerciale leggero (EV) e ne hanno misurato le prestazioni per quattro mesi.

Durante questo periodo, l’EV ha effettuato viaggi giornalieri di 45 minuti dalla casa di un ricercatore nella zona di Hannover in Germania all’Institute for Solar Energy Research Hamelin (ISFH), è rimasto parcheggiato lì per alcune ore, per poi tornare a casa nel pomeriggio per il resto della giornata prima di essere portato a una stazione di ricarica.

“Questo lavoro è la continuazione di un articolo precedente in cui è stata presentata un’analisi del flusso di energia dei dati raccolti per un singolo giorno. Qui presentiamo un’analisi più dettagliata e statisticamente valida su un lungo periodo di 4 mesi da aprile a luglio 2021”, hanno affermato gli scienziati. “L’attenzione è stata rivolta ai singoli componenti del sistema, come moduli fotovoltaici, MPPT, batteria a bassa tensione, convertitore CC-CC, batteria di trazione del veicolo ad alta tensione (HV) e le perdite complessive che si verificano nel sistema”.

Il veicolo elettrico utilizzato è basato sul modello Work L della StreetScooter. La potenza di picco dei moduli fotovoltaici in silicio wafer M2 era di 2.180 W, con 875 W sul tetto, 215 W sul lato posteriore e 545 W sui lati sinistro e destro. I moduli sul tetto erano collegati individualmente a 5 MPPT separati, mentre nel resto del veicolo elettrico ogni due moduli erano collegati in serie a un singolo inseguitore MPPT. Tutti gli MPPT erano collegati alla batteria LV e al convertitore CC-CC, che forniva l’alimentazione alla batteria HV del veicolo.

“Il lato anteriore del veicolo è rivolto a nord-ovest in entrambe le posizioni, ma all’ISFH, il parcheggio è al mattino quando sorge il sole e a casa, il sole tramonta”, hanno affermato gli studiosi. “Il lato posteriore ha un profilo di irradiazione simile in entrambe le posizioni di parcheggio, poiché l’orientamento del veicolo è quasi identico. Durante la fase di guida, poiché l’orientamento del veicolo varia continuamente rispetto al sole e a causa dell’ostruzione degli oggetti circostanti, i lati posteriore, sinistro e destro ricevono relativamente meno irradiazione”.

In base alle loro misurazioni, la durata del parcheggio è stata di circa 106,7 e 382,22 ore rispettivamente per l’ISFH e il parcheggio residenziale. Un totale combinato di 49,06 kWh per il parcheggio ISFH e 153,32 kWh per il parcheggio domestico era disponibile dopo la fase di conversione MPPT. Di questi, 29,16 kWh (ISFH) e 98,57 kWh (casa) hanno caricato la batteria LV, 19,9 kWh (ISFH) e 54,75 kWh (casa) sono stati trasferiti direttamente al convertitore DC-DC e 5,96 kWh (ISFH) e 12,92 kWh (casa) sono state le perdite di consumo ausiliario del sistema.

“Il lato LV del convertitore DC-DC riceve 38,73 kWh (ISFH) e 129,18 kWh (casa), che vengono inviati alla batteria HV. Dopo aver considerato le perdite nella batteria HV, l’energia utilizzabile per la trazione è 29,65 kWh (ISFH) e 99,74 kWh (casa)”, hanno aggiunto gli scienziati. “Nella fase di guida, il modulo FV ha prodotto 9,8 kWh di elettricità con un’efficienza di conversione del 18,01%. Dopo la fase di conversione MPPT, sono disponibili 8,3 kWh di elettricità per le fasi successive, di cui 4,3 kWh caricano la batteria LV e 4 kWh vengono forniti direttamente al convertitore CC-CC. L’output finale del convertitore CC-CC è di 5,5 kWh, che viene trasferito alla batteria HV del veicolo durante la fase di guida”.

L’efficienza complessiva del sistema, considerando più fasi di conversione di potenza, perdite di carica/scarica della batteria e perdite ausiliarie, è risultata essere del 60,44% per il parcheggio ISFH, del 65,05% per il parcheggio domestico e del 66,26% per i viaggi. Sulla base del consumo medio per chilometro di tutti i viaggi e dell’energia fotovoltaica totale iniettata nella batteria, il team ha stimato che l’elettricità fotovoltaica ha contribuito per 530 km all’autonomia del veicolo elettrico nel periodo misurato, che è il 30% della distanza totale di 1750 km.

I loro risultati sono stati presentati in “Performance Analysis of an Onboard PV System on a Demonstrator Light Commercial Vehicle in Hannover, Germany“, pubblicato in Progress in Photovoltaics. Scienziati dell’Institute of Energy, Materials and Devices – Photovoltaics (IMD-3) della Germania, dell’Institute for Solar Energy Research Hamelin (ISFH) e della Netherlands Eindhoven University of Technology hanno condotto lo studio.

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