快遞三輪車光伏供電系統設計

徐璐俊，鄭思思，方曉敏

（1.衢州職業技術學院，浙江 衢州 324000；2.衢州市工程技術學校，浙江 衢州 324000）

電動三輪車具有適應性強、機動靈活、維護簡單、維修方便和價格低廉等優點，廣泛用于家庭、城鄉、個體出租、廠區、礦區、環衛、社區保潔等短途運輸領域。目前，電動三輪車的市場保有量預計在5 000~6 000萬輛的規模水平，每年的產銷量預計保持在950~1 000萬輛的規模。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，比如快遞行業所要使用的電動車數量是巨大的，電動車的運行需要使用電量，每年在電動車的電費花銷上，也是一筆巨大的開支。當前快遞工作人員對電瓶車的蓄電池保養意識差，蓄電池常常處于低電量狀態，導致極板硫化，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在順豐、中通等五大快遞品牌快遞車上開展應用，由此可見發展前景十分廣闊，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，且水平固定安裝導致接收到的光照能量下降，光伏所發電能有限，電動三輪車續航里程增量較低。

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

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，同時也會導致蓄電池使用壽命的降低。

圖1 某快遞員運送區域圖

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，蓄電池為60 V、58 Ah的鉛酸蓄電池，續航里程為80 km，快遞三輪車基本參數見表1。

表1 快遞三輪車基本參數

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。該光伏組件具有轉換效率高、質量輕、可彎曲等優點，非常適用于安裝在電動三輪車箱體上。光伏組件主要參數見表2。

圖3 光伏組件實物照片

表2 光伏組件主要參數

3 安裝方式

在三輪車頂部和3個側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光照角度改變傾斜角度，如圖5所示，兩個側面的光伏組件在駐車時可以根據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，發出更多的電能，更有效地提升電動三輪車的續航里程。

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。兩個側面的光伏組件通過電機控制，如圖9所示。

圖7 頂部電動推桿

圖8 尾部電動推桿

圖9 側面控制電機

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，導致光照快速變化，傳統擾動觀察算法在該情況下會出現誤判，無法快速、準確追蹤到最大功率點。本文提出了改進的擾動觀察算法。

光照強度相對穩定時，算法流程圖如圖10所示，控制系統實時監測光照強度的變化，當變化值不超過20 W/m2時，判定為光強穩定，不啟動擾動算法子程序。當變化值超過20 W/m2時，判定為光照強烈變化，啟動擾動算法子程序。

圖10 光強相對穩定時算法流程

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

圖11 改進的擾動觀察算法流程圖

5 性能對比分析

本作品與現有三輪車光伏供電系統比較，光伏裝機容量為800 W，遠高于現有技術的裝機容量300 W；并且本作品中光伏組件采用傾斜角可調安裝方式，在行駛和駐車過程中，根據太陽光的角度，通過調整光伏組件的傾斜角，提高光伏組件表面光照能量，從而提高發電量。綜合以上兩個因素，本作品光伏發電量為現有太陽能電動三輪車光伏發電量的4~5倍，見表3，表中數據為晴天測試數據，晴天陽光無遮擋路況下行駛，光伏組件日發電量平均值達到200 W*當地日峰值日照時數。晴天駐車追光情況下，光伏組件發電量最大值達到500 W*當地日峰值日照時數。

表3 目前市場上電動車產品與本作品性能對比

6 結束語

針對快遞三輪車在使用中存在續航里程短和蓄電池常常處于低電量狀態導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整，同時根據快遞三輪車行駛過程中光照快速多變的特點提出了改進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電量，從而提升了快遞三輪車續航里程和蓄電池的使用壽命。