快递三轮车光伏供电系统设计

徐璐俊，郑思思，方晓敏

（1.衢州职业技术学院，浙江 衢州 324000；2.衢州市工程技术学校，浙江 衢州 324000）

电动三轮车具有适应性强、机动灵活、维护简单、维修方便和价格低廉等优点，广泛用于家庭、城乡、个体出租、厂区、矿区、环卫、社区保洁等短途运输领域。目前，电动三轮车的市场保有量预计在5 000~6 000万辆的规模水平，每年的产销量预计保持在950~1 000万辆的规模。如此大的年销量使得电动车的市场前景十分广阔。带来的电量消耗也是巨大的，比如快递行业所要使用的电动车数量是巨大的，电动车的运行需要使用电量，每年在电动车的电费花销上，也是一笔巨大的开支。当前快递工作人员对电瓶车的蓄电池保养意识差，蓄电池常常处于低电量状态，导致极板硫化，对蓄电池寿命造成永久性伤害。

京东物流在2018年推出太阳能快递车，预计一年可以减少10 000 t的碳排放，同时汉能也宣布其薄膜太阳能已经在顺丰、中通等五大快递品牌快递车上开展应用，由此可见发展前景十分广阔，但目前仅在三轮车车厢顶端固定安装光伏组件，光伏组件可安装面积有限，只能安装约300 W，且水平固定安装导致接收到的光照能量下降，光伏所发电能有限，电动三轮车续航里程增量较低。

本文在三轮车的顶部和3个侧面都安装了光伏组件，大约可以安装600~800 W，大大提高了装机容量；同时所有光伏组件采用了倾斜角可调式安装，在行驶和驻车过程中可以根据太阳的高度角调整光伏组件的倾斜角，获取更多的光照能量，提高了发电量，从而有效提高了电动三轮车续航里程。

1 快递三轮车

2020年中国人均快递量近60件，新增快递三轮车达64.7万辆。某快递员一天送货的路线图如图1所示，从图中可以看出，快递三轮车需要较大的行驶里程，如果得不到及时充电，将会影响送货，同时也会导致蓄电池使用寿命的降低。

图1 某快递员运送区域图

本文采用鑫汉牌快递三轮车，如图2所示。型号为XH12000DZH-A，该三轮车货箱尺寸为1.5 m*1.2 m*1 m，采用800 W无刷差速电机，蓄电池为60 V、58 Ah的铅酸蓄电池，续航里程为80 km，快递三轮车基本参数见表1。

表1 快递三轮车基本参数

图2 快递三轮车实物照片

2 光伏组件

光伏组件采用利祥半柔性单晶硅，如图3所示。该光伏组件具有转换效率高、质量轻、可弯曲等优点，非常适用于安装在电动三轮车箱体上。光伏组件主要参数见表2。

图3 光伏组件实物照片

表2 光伏组件主要参数

3 安装方式

在三轮车顶部和3个侧面分别安装了光伏组件，如图4所示。三轮车车厢顶部和尾部的光伏组件在行车时和驻车时都可以根据光照角度改变倾斜角度，如图5所示，两个侧面的光伏组件在驻车时可以根据光照角度改变倾斜角度，如图6所示。这样光伏组件就可以接收到更多的光能，发出更多的电能，更有效地提升电动三轮车的续航里程。

图4 光伏组件安装图

图5 顶部和尾部光伏组件角度

图6 四个侧面光伏组件角度

车顶和车尾光伏组件的倾斜角主要由电动推杆来控制，如图7和图8所示。两个侧面的光伏组件通过电机控制，如图9所示。

图7 顶部电动推杆

图8 尾部电动推杆

图9 侧面控制电机

4 最大功率点追踪策略

由于太阳能电动三轮车使用过程中，光照容易受到建筑物、树荫等遮挡，导致光照快速变化，传统扰动观察算法在该情况下会出现误判，无法快速、准确追踪到最大功率点。本文提出了改进的扰动观察算法。

光照强度相对稳定时，算法流程图如图10所示，控制系统实时监测光照强度的变化，当变化值不超过20 W/m2时，判定为光强稳定，不启动扰动算法子程序。当变化值超过20 W/m2时，判定为光照强烈变化，启动扰动算法子程序。

图10 光强相对稳定时算法流程

扰动算法子程序流程图如图11所示。先判断光强变化程度，当光照强度变化值超过50 W/m2时，判定为光照强度强烈变化，启用改进的扰动观察法程序。当光照强度变化值不超过50 W/m2时，表示环境光照强度较小变化。采用传统扰动观察算法跟踪法程序。

图11 改进的扰动观察算法流程图

5 性能对比分析

本作品与现有三轮车光伏供电系统比较，光伏装机容量为800 W，远高于现有技术的装机容量300 W；并且本作品中光伏组件采用倾斜角可调安装方式，在行驶和驻车过程中，根据太阳光的角度，通过调整光伏组件的倾斜角，提高光伏组件表面光照能量，从而提高发电量。综合以上两个因素，本作品光伏发电量为现有太阳能电动三轮车光伏发电量的4~5倍，见表3，表中数据为晴天测试数据，晴天阳光无遮挡路况下行驶，光伏组件日发电量平均值达到200 W*当地日峰值日照时数。晴天驻车追光情况下，光伏组件发电量最大值达到500 W*当地日峰值日照时数。

表3 目前市场上电动车产品与本作品性能对比

6 结束语

针对快递三轮车在使用中存在续航里程短和蓄电池常常处于低电量状态导致使用寿命大幅度下降的问题，本文在快递三轮车车棚的顶部和3个侧面分别安装了光伏组件，且光伏组件的倾斜角可以随光照角度调整，同时根据快递三轮车行驶过程中光照快速多变的特点提出了改进的扰动观察算法的光伏组件最大功率追踪算法。最终大大提高了光伏组件的发电量，从而提升了快递三轮车续航里程和蓄电池的使用寿命。