Дослідження енергетичної ефективності застосування сонячної фотоелектричної установки в електромобілі, що експлуатується в Україні

Abstract

Метою роботи є розширення запасу ходу електромобіля за рахунок використання сонячної енергії. Предметом роботи є дослідження енергетичної ефективності застосування сонячної фотоелектричної установки в електромобілі, що експлуатується в Україні. У бакалаврській кваліфікаційній роботі виконано дослідження ефективності використання сонячної фотоелектричної установки як додаткового джерела живлення для легкового електромобіля, що експлуатується в умовах клімату України. Метою роботи стало обґрунтування доцільності впровадження сонячної енергетики в транспортну галузь з метою підвищення енергоефективності та зменшення залежності від традиційної електромережі. Першочергово було проведено аналіз поточного стану розвитку технологій сонячного живлення в транспортних засобах, зокрема електромобілях. Окрему увагу приділено існуючим технічним рішенням, їх перевагам та обмеженням в умовах реальної експлуатації на території України. На наступному етапі виконано проектування сонячної фотоелектричної установки, орієнтованої на використання в легковому електромобілі. Було визначено вимоги до її основних компонентів: сонячних панелей, контролера заряду та акумуляторної батареї. Розглянуто питання оптимального розміщення панелей на даху кузова автомобіля з урахуванням його форми та площі. Розроблено математичну модель роботи ключових підсистем електромобіля з урахуванням впливу сонячної генерації. Завдяки цьому вдалося встановити основні закономірності роботи системи та оцінити вплив фотоелектричної установки на запас ходу автомобіля в реальних умовах інсоляції м. Львова. Після цього було створено комп’ютерну модель інтегрованої енергосистеми електромобіля, що включає сонячну установку. Проведено симуляцію роботи системи в умовах типового добового циклу руху електромобіля в Україні, враховуючи зміну сонячної активності та профіль споживання енергії. На підставі отриманих даних проаналізовано потенційну економічну ефективність використання фотоелектричної установки як допоміжного джерела енергії. У розділі охорони праці здійснено аналіз умов роботи при встановленні та обслуговуванні сонячного обладнання, а також розглянуто основні вимоги до безпечної експлуатації електромобіля з додатковим енергетичним оснащенням. Оцінено відповідність запропонованих рішень чинним нормам безпеки та умовам праці.

The aim of the work is to extend the range of an electric vehicle by using solar energy. The subject of the work is a study of the efficiency of using a solar photovoltaic system in an electric vehicle operated in Ukraine. This research explores the feasibility of using a solar photovoltaic installation as an auxiliary energy source for a passenger electric vehicle. The aim is to justify the application of solar energy technologies in the transport sector to increase energy efficiency and reduce dependence on conventional power grids. The study begins with an analysis of the current state of development of solar-powered transportation technologies, focusing specifically on electric vehicles. Particular attention is given to existing technical solutions, their advantages, and limitations in real-world operation in Ukraine. The next stage involves the design of a solar photovoltaic system tailored for integration into a passenger electric vehicle. Requirements for its key components—solar panels, charge controller, battery system, and inverter—have been determined. The optimal placement of the solar panels on the vehicle's body, taking into account its shape and surface area, has also been analyzed. A mathematical model of the main subsystems of the electric vehicle, incorporating the solar generation unit, has been developed. This allowed for the identification of the system’s operating principles and the assessment of how the photovoltaic system influences the vehicle’s driving range. Subsequently, a computer model of the integrated energy system of the solar-powered electric vehicle was created. Simulations were conducted to assess its performance under typical daily driving cycles in Ukraine, taking into account solar radiation patterns and the energy consumption profile. Based on the simulation results, the potential economic viability of using the solar photovoltaic system as an auxiliary energy source has been evaluated. In the occupational safety section, an analysis of the working conditions during the installation and maintenance of the solar equipment was carried out. Additionally, the main safety requirements for operating an electric vehicle with additional solar energy components were reviewed. Compliance with current labor protection standards was assessed.