摘要:
当前车载光伏系统研究多侧重于通过优化折叠机构增加光伏板安装面积来提升发电功率,忽视了发电功率与系统附加阻力能耗协同优化的问题,本文以提升车载光伏系统净功率为目标,通过优化车载光伏系统的气动性能,减小系统给车辆附加的阻力能耗,从而提升系统净功率。首先,以折叠式车载光伏系统为对象,设计了符合空气动力学的高透光率整流罩和车载光伏系统尾翼;然后,选取整流罩前倾角、后背角和系统高度三个设计变量对整流罩外形进行优化,通过构建正交实验表,使用极差分析获得三个设计变量对气动阻力的影响程度为:系统阻力>前倾角>后背角,从主效应图分析三个参数对系统气动阻力的影响均具有单调性,得到整流罩外形结构参数为:前倾角α取70°,后背角β取0°,系统高度h取100 mm;进而,对车载光伏系统尾翼攻角进行优化,对实验数据数构建三次样条插值近似模型,得到升阻比最优的尾翼攻角为33.96°。安装本文所提车载光伏系统的车辆与安装优化前系统的车辆相比,Cd值从0.619降低至0.343,降幅达到44.59%,气动阻力从484.26 N降低至375.56 N,降幅22.44%;Cl值从0.065降低至-0.082,降幅226.15%,升力方向由上变下,消除了气动升力向上对整车操控和安全性能带来的不利影响。与原始车辆模型对比,Cd值从0.415降低至0.343,降幅17.35%,气动阻力从372.42 N上升至375.56 N,仅增加3.14 N,基本消除了车载光伏系统对车辆气动性能的负面影响。最后对优化前后的车载光伏系统净功率进行对比分析,在车速为40 m/s时,净功率差值达到了7723.62 W。
罗玉涛, 林志强. 面向净功率最大化的车载光伏系统气动优化研究[J]. 华南理工大学学报(自然科学版), 2025, 53(11): 1-.
LUO Yutao, LIN Zhiqiang. Aerodynamic Optimization Study of On-Board Photovoltaic System for Net Power Maximization[J]. Journal of South China University of Technology(Natural Science Edition), 2025, 53(11): 1-.