快遞三輪車光伏供電系統(tǒng)設(shè)計

徐璐俊，鄭思思，方曉敏

（1.衢州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 衢州 324000；2.衢州市工程技術(shù)學(xué)校，浙江 衢州 324000）

電動三輪車具有適應(yīng)性強(qiáng)、機(jī)動靈活、維護(hù)簡單、維修方便和價格低廉等優(yōu)點，廣泛用于家庭、城鄉(xiāng)、個體出租、廠區(qū)、礦區(qū)、環(huán)衛(wèi)、社區(qū)保潔等短途運(yùn)輸領(lǐng)域。目前，電動三輪車的市場保有量預(yù)計在5 000~6 000萬輛的規(guī)模水平，每年的產(chǎn)銷量預(yù)計保持在950~1 000萬輛的規(guī)模。如此大的年銷量使得電動車的市場前景十分廣闊。帶來的電量消耗也是巨大的，比如快遞行業(yè)所要使用的電動車數(shù)量是巨大的，電動車的運(yùn)行需要使用電量，每年在電動車的電費(fèi)花銷上，也是一筆巨大的開支。當(dāng)前快遞工作人員對電瓶車的蓄電池保養(yǎng)意識差，蓄電池常常處于低電量狀態(tài)，導(dǎo)致極板硫化，對蓄電池壽命造成永久性傷害。

京東物流在2018年推出太陽能快遞車，預(yù)計一年可以減少10 000 t的碳排放，同時漢能也宣布其薄膜太陽能已經(jīng)在順豐、中通等五大快遞品牌快遞車上開展應(yīng)用，由此可見發(fā)展前景十分廣闊，但目前僅在三輪車車廂頂端固定安裝光伏組件，光伏組件可安裝面積有限，只能安裝約300 W，且水平固定安裝導(dǎo)致接收到的光照能量下降，光伏所發(fā)電能有限，電動三輪車?yán)m(xù)航里程增量較低。

本文在三輪車的頂部和3個側(cè)面都安裝了光伏組件，大約可以安裝600~800 W，大大提高了裝機(jī)容量；同時所有光伏組件采用了傾斜角可調(diào)式安裝，在行駛和駐車過程中可以根據(jù)太陽的高度角調(diào)整光伏組件的傾斜角，獲取更多的光照能量，提高了發(fā)電量，從而有效提高了電動三輪車?yán)m(xù)航里程。

1 快遞三輪車

2020年中國人均快遞量近60件，新增快遞三輪車達(dá)64.7萬輛。某快遞員一天送貨的路線圖如圖1所示，從圖中可以看出，快遞三輪車需要較大的行駛里程，如果得不到及時充電，將會影響送貨，同時也會導(dǎo)致蓄電池使用壽命的降低。

圖1 某快遞員運(yùn)送區(qū)域圖

本文采用鑫漢牌快遞三輪車，如圖2所示。型號為XH12000DZH-A，該三輪車貨箱尺寸為1.5 m*1.2 m*1 m，采用800 W無刷差速電機(jī)，蓄電池為60 V、58 Ah的鉛酸蓄電池，續(xù)航里程為80 km，快遞三輪車基本參數(shù)見表1。

表1 快遞三輪車基本參數(shù)

圖2 快遞三輪車實物照片

2 光伏組件

光伏組件采用利祥半柔性單晶硅，如圖3所示。該光伏組件具有轉(zhuǎn)換效率高、質(zhì)量輕、可彎曲等優(yōu)點，非常適用于安裝在電動三輪車箱體上。光伏組件主要參數(shù)見表2。

圖3 光伏組件實物照片

表2 光伏組件主要參數(shù)

3 安裝方式

在三輪車頂部和3個側(cè)面分別安裝了光伏組件，如圖4所示。三輪車車廂頂部和尾部的光伏組件在行車時和駐車時都可以根據(jù)光照角度改變傾斜角度，如圖5所示，兩個側(cè)面的光伏組件在駐車時可以根據(jù)光照角度改變傾斜角度，如圖6所示。這樣光伏組件就可以接收到更多的光能，發(fā)出更多的電能，更有效地提升電動三輪車的續(xù)航里程。

圖4 光伏組件安裝圖

圖5 頂部和尾部光伏組件角度

圖6 四個側(cè)面光伏組件角度

車頂和車尾光伏組件的傾斜角主要由電動推桿來控制，如圖7和圖8所示。兩個側(cè)面的光伏組件通過電機(jī)控制，如圖9所示。

圖7 頂部電動推桿

圖8 尾部電動推桿

圖9 側(cè)面控制電機(jī)

4 最大功率點追蹤策略

由于太陽能電動三輪車使用過程中，光照容易受到建筑物、樹蔭等遮擋，導(dǎo)致光照快速變化，傳統(tǒng)擾動觀察算法在該情況下會出現(xiàn)誤判，無法快速、準(zhǔn)確追蹤到最大功率點。本文提出了改進(jìn)的擾動觀察算法。

光照強(qiáng)度相對穩(wěn)定時，算法流程圖如圖10所示，控制系統(tǒng)實時監(jiān)測光照強(qiáng)度的變化，當(dāng)變化值不超過20 W/m2時，判定為光強(qiáng)穩(wěn)定，不啟動擾動算法子程序。當(dāng)變化值超過20 W/m2時，判定為光照強(qiáng)烈變化，啟動擾動算法子程序。

圖10 光強(qiáng)相對穩(wěn)定時算法流程

擾動算法子程序流程圖如圖11所示。先判斷光強(qiáng)變化程度，當(dāng)光照強(qiáng)度變化值超過50 W/m2時，判定為光照強(qiáng)度強(qiáng)烈變化，啟用改進(jìn)的擾動觀察法程序。當(dāng)光照強(qiáng)度變化值不超過50 W/m2時，表示環(huán)境光照強(qiáng)度較小變化。采用傳統(tǒng)擾動觀察算法跟蹤法程序。

圖11 改進(jìn)的擾動觀察算法流程圖

5 性能對比分析

本作品與現(xiàn)有三輪車光伏供電系統(tǒng)比較，光伏裝機(jī)容量為800 W，遠(yuǎn)高于現(xiàn)有技術(shù)的裝機(jī)容量300 W；并且本作品中光伏組件采用傾斜角可調(diào)安裝方式，在行駛和駐車過程中，根據(jù)太陽光的角度，通過調(diào)整光伏組件的傾斜角，提高光伏組件表面光照能量，從而提高發(fā)電量。綜合以上兩個因素，本作品光伏發(fā)電量為現(xiàn)有太陽能電動三輪車光伏發(fā)電量的4~5倍，見表3，表中數(shù)據(jù)為晴天測試數(shù)據(jù)，晴天陽光無遮擋路況下行駛，光伏組件日發(fā)電量平均值達(dá)到200 W*當(dāng)?shù)厝辗逯等照諘r數(shù)。晴天駐車追光情況下，光伏組件發(fā)電量最大值達(dá)到500 W*當(dāng)?shù)厝辗逯等照諘r數(shù)。

表3 目前市場上電動車產(chǎn)品與本作品性能對比

6 結(jié)束語

針對快遞三輪車在使用中存在續(xù)航里程短和蓄電池常常處于低電量狀態(tài)導(dǎo)致使用壽命大幅度下降的問題，本文在快遞三輪車車棚的頂部和3個側(cè)面分別安裝了光伏組件，且光伏組件的傾斜角可以隨光照角度調(diào)整，同時根據(jù)快遞三輪車行駛過程中光照快速多變的特點提出了改進(jìn)的擾動觀察算法的光伏組件最大功率追蹤算法。最終大大提高了光伏組件的發(fā)電量，從而提升了快遞三輪車?yán)m(xù)航里程和蓄電池的使用壽命。