Интегрированные в автомобиль фотоэлектрические системы — ключ к защите аккумуляторов электромобилей, а не к увеличению запаса хода

Аккумулятор FIAMM 12FGH50

Исследователи утверждают, что интегрированные в автомобиль фотоэлектрические системы могут принести больше пользы, сохраняя аккумуляторы электромобилей, а не увеличивая запас хода. В их обзоре также содержится призыв к разработке динамических стандартов тестирования для автомобильной промышленности, учитывающих затенение в реальных условиях, движение автомобиля и кривизну модулей.

Концепт Vision Iconic от Mercedes-Benz. Оснащен тонкопленочной «солнечной краской»

Исследовательская группа из Эксетерского университета в Великобритании провела обзор литературы по интегрированным в транспортное средство фотоэлектрическим системам (VIPV) и пришла к выводу, что их основной ценностью является сохранение заряда аккумулятора, а не увеличение запаса хода.

VIPV, не путать с vehicle-added PV (VAPV), предполагает интеграцию фотоэлектрических материалов непосредственно в кузов автомобиля. VAPV, напротив, предполагает установку обычных фотоэлектрических модулей на существующие поверхности автомобиля.

“В обзоре также утверждается, что отрасли нужен динамичный стандарт, ориентированный на автомобильную промышленность, который позволил бы лучше определять идеальные типы и конфигурации элементов питания и правильно оценивать зарядные нагрузки”, - сказал автор-корреспондент Генри Беттс. «Существующие рейтинги пассивной безопасности, основанные на испытаниях в статичных условиях на ровной поверхности, не отражают того, что происходит на движущемся автомобиле на поворотах».

Беттс добавил, что «следующий шаг» его команды — внести свой вклад в разработку надлежащего динамического стандарта для оценки пассивной безопасности при движении по неровной поверхности, чтобы рейтинги лучше отражали реальные условия вождения».

Обзор литературы, подготовленный командой, включал исследования, опубликованные в период с 2015 по 2026 год. Изначально исследователи выявили 1050 записей, затем с помощью фильтра технической терминологии сократили их число примерно до 450 и в итоге отобрали 93 рецензируемые статьи, обзоры и материалы конференций.

Отбор был сосредоточен на применении систем динамического затенения в наземных пассажирских и легких коммерческих транспортных средствах, в частности на исследованиях, посвященных затенению в городских условиях и динамическому освещению, при этом не рассматривались морские, аэрокосмические, спутниковые, беспилотные системы и системы для солнечных навесов.

Исследователи проанализировали литературу по фотоэлектрическим системам для транспортных средств в трех областях: фотоэлектрические материалы и интеграция в транспортные средства, электрическая архитектура и реальные эксплуатационные характеристики. Они сравнили кристаллический кремний, кремний-на-изоляторе, технологии на основе соединений III-V и перовскита с кремнием с точки зрения эффективности, стоимости, веса, гибкости и долговечности, а также изучили потери, вызванные изогнутыми поверхностями и самозатенением.

Они также проанализировали, как быстро меняющиеся тени в городской среде влияют на отслеживание точки максимальной мощности (Maximum Power Point Tracking, MPPT) и соединение модулей, и обнаружили, что традиционные алгоритмы MPPT могут не справляться с колебаниями освещенности до 100 Гц.

«Удивительно, насколько плохо стандартные алгоритмы отслеживания справляются с ездой по городу: эффективность падает примерно до 65 % в условиях рассеянной тени от деревьев, потому что электроника не успевает за частотой изменений освещенности», — сказал Беттс.

Исследователи также сравнили крупномасштабные прогнозы с полевыми данными, которые показывают, что здания и растительность могут снизить интенсивность вредного ультрафиолетового излучения более чем на 50 %, а модули, установленные сбоку, обычно получают значительно меньше излучения, чем те, что установлены на крыше.

«Меня особенно поразил летний парадокс, — сказал Беттс. — Лето традиционно считается лучшим временем для выработки солнечной энергии. Тем не менее из-за того, что в это время деревья полностью покрыты листвой, потери из-за затенения фактически сводят на нет большую часть этого сезонного преимущества».

В обзоре делается вывод, что самая большая ценность системы VIPV может заключаться не в увеличении запаса хода, а в снижении частоты зарядки от сети и замедлении деградации аккумулятора за счет непрерывной зарядки малым током. Однако общая польза для углеродного баланса зависит от местного солнечного излучения, затенения, срока службы транспортного средства и углеродоемкости электросети.

«Пристальное внимание отрасли к пиковой мощности (Wp) в стандартных условиях испытаний (STC) неоправданно, поскольку фотоэлектрические системы с вертикальным расположением панелей работают в условиях трехмерного солнечного излучения, которое невозможно оценить с помощью STC, — заключили исследователи. — Поэтому автор утверждает, что для правильной оценки подходящих фотоэлектрических материалов необходимо разработать динамические условия испытаний, учитывающие высокочастотное затенение, вибрации и кривизну модулей».

Статья «Парадокс городского затенения: почему фотоэлектрические системы, интегрированные в транспортные средства, должны перейти от увеличения запаса хода к защите активов» была опубликована в Energy 360.