Pesquisadores da Universidade de Miyazaki investigaram o desempenho real e o potencial de economia de combustível dos sistemas fotovoltaicos integrados em veículos (VIPV), especificamente em veículos pesados, por meio de um extenso estudo de campo no Japão, descobrindo que o sombreamento é um fator crucial que afeta a geração de energia fotovoltaica e a eficiência geral do sistema.
O projeto envolveu 200 caminhões comerciais com motores a diesel equipados com módulos fotovoltaicos de 300–500 W baseados em cobre, índio, gálio e seleneto (CIGS), com dados coletados sobre geração fotovoltaica, desempenho de alternadores, fluxo de energia da bateria e operação do veículo. Os painéis solares são usados exclusivamente para alimentar sistemas auxiliares e recarregar a bateria principal, não para dirigir diretamente o veículo.
“Avaliamos quão eficazmente a energia fotovoltaica era utilizada monitorando simultaneamente as saídas tanto do sistema fotovoltaico quanto do alternador”, disse o autor correspondente Kenji Araki à pv magazine. “Isso nos permitiu determinar em que grau a geração solar reduziu a carga do alternador.”
Os cientistas explicaram que a probabilidade de sombreamento no VIPV é influenciada pela geometria do objeto e pelos ângulos de raso, podendo ser estatisticamente aproximada usando a média de matriz de abertura, que é uma técnica computacional usada para avaliar sombreamento dinâmico, não uniforme, e irradiância solar em sistemas fotovoltaicos curvos ou complexos, integrando contribuições direcionais de luz através de elementos discretizados da superfície dentro de uma estrutura de coordenadas local. Segundo os pesquisadores, ele possibilita um cálculo consistente e prático da irradiância solar nas superfícies dos veículos.
A equipe monitorou o fluxo de potência entre o sistema fotovoltaico e o alternador em configurações VIPV instaladas em caminhões, com foco no uso de energia dentro de sistemas elétricos isolados do veículo, e não na eficiência dos módulos fotovoltaicos em si. Piranômetros não foram utilizados devido a restrições de instalação, e a potência gerada pelos módulos foi considerada representativa da irradiância solar local.
Foram desenvolvidas caixas de controle customizadas com controladores de carga e registradores de dados, utilizando sensores de corrente para monitorar a geração fotovoltaica, a produção de energia do veículo e o comportamento de carga e descarga da bateria. O sistema também recebeu reforços em cabeamento e fusíveis, além de ter passado por testes de vibração e resistência climática para garantir confiabilidade em condições reais de operação.
O sistema fotovoltaico foi tratado como um conjunto completo, incluindo funções integradas de controlador de carga, como rastreamento do ponto de máxima potência (MPPT), conversão DC-DC e prevenção de corrente reversa, e não apenas como um painel solar. O alternador também inclui retificação e regulação de tensão por meio de conversão DC-DC, operando de forma independente, sem sincronização com o sistema FV, com prioridade para a fonte de maior tensão.
Ao longo de 17.901 dias monitorados, os acadêmicos registraram distância total de condução, horas de operação, consumo de energia, geração fotovoltaica e supressão do alternador, enquanto observaram os limites de sincronização de dados no sistema de medição. Os sistemas fotovoltaicos apresentaram contribuição mensurável para compensação do consumo energético durante a operação, além de uma redução significativa da carga do alternador em condições reais de condução.
De forma geral, os resultados mostraram ganhos mensuráveis em eficiência energética e economia de combustível, mas também indicaram que o desempenho de sistemas VIPV deve ser avaliado com modelos detalhados e dependentes das condições operacionais, e não apenas por médias simplificadas.
“Além disso, a avaliação do conjunto de dados medido mostrou que a irradiância solar recebida por superfícies montadas em veículos corresponde a cerca de 70% daquela em um plano horizontal”, disse Araki. “Essa redução é atribuída a fatores como sombreamento urbano ao redor, condições das estradas e mudanças na orientação dos veículos, e serve como um parâmetro importante para estimar a produção anual de energia dos sistemas VIPV.”
Além disso, medições simultâneas de PV e alternador revelaram que cerca de 85% da saída PV compensa diretamente a carga do alternador, melhorando a utilização de energia em condições reais de condução. Já reduções no consumo de combustível de aproximadamente 5,5–7% foram confirmadas por múltiplos métodos de validação, embora os benefícios variem conforme o tipo de veículo e o comportamento de direção.
Seus achados estão disponíveis no estudo “PV on heavy duty vehicles (HDVs): monitoring 200 trucks with PVs“, publicado na Energy Conversion and Management: X.
“Os resultados deste estudo estabelecerão uma linha de base essencial para a padronização internacional do VIPV (IEC PT600) e facilitarão o desenvolvimento de metodologias subsequentes de classificação energética. Além disso, fornecer uma ferramenta prática que permita aos operadores logísticos avaliar facilmente os impactos da geração de energia e da redução da eficiência de combustível usando seus próprios dados operacionais promoverá a adoção generalizada do VIPV”, concluíram os pesquisadores.
No ano passado, outro grupo de pesquisa da Universidade Miyazaki revelou um método não destrutivo para investigar vibrações das células solares independentemente dos componentes do módulo. O estudo incluiu possíveis recursos de projeto para módulos fotovoltaicos integrados a veículos resistentes à ressonância que aumentariam a frequência natural de ressonância para mais de 2.000 Hz.
