RICERCA ITALIANA     

Integrazione di sistemi fotovoltaici in autoveicoli convenzionali ed ibridi

Università degli Studi di Salerno

Abstract

Il progetto ha come obiettivi lo sviluppo di tecniche, metodologie ed applicazioni prototipali finalizzate alla integrazione di sistemi fotovoltaici nelle autovetture. La gamma delle possibili applicazioni si estende dalla sostituzione dell'alternatore con una Auxiliar Power Unit solare nei veicoli convenzionali e MEV (More Electric Vehicle), anche con sistemi ISG (Integrated Starter Generator), ai veicoli ibridi (Hybrid Vehicle) (HV), ai veicoli elettrici solari ‘ibridizzati’ HSV (Hybrid Solar Vehicle).

I veicoli ibridi solari potrebbero sommare i vantaggi dei veicoli ibridi e delle vetture solari, tramite l'integrazione di pannelli fotovoltaici su un veicolo ibrido. Benché la potenza media ricavabile da pannelli fotovoltaici montati sul tetto di una vettura sia, con le attuali tecnologie, molto inferiore alla potenza massima di buona parte delle vetture circolanti, il loro contributo può risultare significativo considerando come una larga parte degli automobilisti usi la propria auto prevalentemente per brevi spostamenti in aree urbane, per non più di un'ora al giorno, e con il solo guidatore a bordo. In tali condizioni, la potenza media necessaria alla trazione è molto inferiore alla potenza massima e l'energia captabile dai pannelli durante la guida e, soprattutto, in fase di parcheggio, può rappresentare una frazione significativa dell’energia richiesta, con una opportuna progettazione del sistema propulsore-veicolo. Studi preliminari hanno mostrato come i risparmi di combustibile possano raggiungere il 20-30% rispetto al veicolo ibrido di riferimento, e valori ancora maggiori rispetto ad un veicolo tradizionale.

L'applicazione delle tecnologia fotovoltaica all'auto pone problemi nuovi e più complessi, rispetto alle applicazioni fisse. Saranno pertanto sviluppate e sperimentate nuove tipologie di convertitori elettronici e tecniche di Maximum Power Point Tracking (MPPT) specifiche per applicazioni automotive, tese a massimizzare l'energia dal sistema di generazione. In tale ambito, si prevede lo sviluppo di modelli con perdite dei convertitori dc-dc, la formulazione dei relativi criteri di progetto, la ottimizzazione del controllo MPPT con particolare riferimento ai fenomeni di mismatching caratteristici delle applicazioni di tipo automotive, seguita da test numerici e sperimentali.

La ricerca si rivolgerà allo studio di nuove soluzioni progettuali che consentano di ottenere il massimo rendimento, anche in condizioni di ombreggiamento parziale dei pannelli. Obiettivo specifico è quello di abbassare i costi iniziali e di esercizio del sistema di generazione attraverso la minimizzazione del numero e della taglia dei componenti elettrici ed elettronici necessari, e di massimizzare i rendimenti di conversione, attraverso l’ottimizzazione degli scambi energetici tra il generatore fotovoltaico, gli accumulatori ed i motori elettrici.

In parallelo, sarà sviluppato un modello per il progetto ottimizzato ed il controllo di un veicolo ibrido solare con struttura serie, in grado di determinare le configurazioni ottimali e le relative strategie di controllo tenendo conto di flussi energetici, ingombri, pesi e costi, al variare delle condizioni di utilizzo del veicolo, taglia e rendimenti dei componenti, condizioni di insolazione. Il modello, che integrerà le soluzioni sviluppate per il controllo dei moduli fotovoltaici, sarà validato sperimentalmente su un prototipo di veicolo solare, in corso di allestimento presso il DIMEC nell'ambito di un Progetto Europeo Leonardo. Il modello sarà quindi utilizzato per analisi di scenario finalizzate alla determinazione di interventi migliorativi sul prototipo. In particolare, si analizzeranno e sperimenteranno diverse tipologie e superfici di pannelli, le modalità ottimali per la sostituzione del pacco di batterie al piombo con batterie avanzate al litio e metodologie di controllo predittivo, basate sulla previsione dei carichi e dell'energia incidente con reti neurali. <<<

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Gianfranco Rizzo Università degli Studi di SALERNO

Obiettivo del Programma di Ricerca

Obiettivo del programma di ricerca è lo sviluppo di metodologie, modelli di calcolo ed applicazioni prototipali finalizzate alla integrazione di sistemi fotovoltaici nell'ambito degli autoveicoli.
La gamma delle possibili applicazioni si estende dalla sostituzione dell'alternatore con una Auxiliar Power Unit solare nei veicoli convenzionali e MEV (More Electric Vehicle), anche con sistemi ISG (Integrated Starter Generator), ai veicoli ibridi (Hybrid Vehicle) (HV), ai veicoli elettrici solari ‘ibridizzati’ HSV (Hybrid Solar Vehicle).
Le spinte verso l'utilizzazione della tecnologia fotovoltaica sulle vetture sono determinate dalla crescente emergenza ambientale legata all'effetto serra, al depauperamento dei combustibili fossili, agli incrementi del prezzo del petrolio ed alle incertezze di approvvigionamento e, d'altra parte, ai progressi tecnologici ed alle riduzioni di costi della tecnologia fotovoltaica.
Sul fronte dell'autotrazione, i veicoli ibridi elettrici (HEV) hanno dimostrato di poter rappresentare una soluzione a breve-medio termine al problema della riduzione dei consumi di combustibile per l'autotrazione, con un notevole quanto inatteso successo commerciale, permettendo di utilizzare in modo ottimizzato due propulsori (elettrico e termico) e di recuperare parte dell'energia durante la frenata. D'altra parte, diverse applicazioni prototipali hanno dimostrato la fattibilità dei veicoli solari, che hanno però dei limiti di potenza, ingombro ed autonomia che non li rendono utilizzabili in applicazioni pratiche.
I veicoli ibridi solari potrebbero pertanto sommare i vantaggi dei veicoli ibridi e delle vetture solari, tramite l'integrazione di pannelli fotovoltaici su un veicolo ibrido. Benché la potenza media ricavabile da pannelli fotovoltaici montati sul tetto di una vettura sia, con le attuali tecnologie, molto inferiore alla potenza massima di buona parte delle vetture circolanti, il loro contributo può risultare significativo considerando come una larga parte degli automobilisti usi la propria auto prevalentemente per brevi spostamenti in aree urbane, per non più di un'ora al giorno, e con il solo guidatore a bordo. In tali condizioni, la potenza media necessaria alla trazione è molto inferiore alla potenza massima e l'energia captabile dai pannelli durante la guida e, soprattutto, in fase di parcheggio, può rappresentare una frazione significativa dell’energia richiesta, con una opportuna progettazione del sistema propulsore-veicolo. Studi preliminari hanno mostrato come i risparmi di combustibile possano raggiungere il 20-30% rispetto al veicolo ibrido di riferimento, e valori ancora maggiori rispetto ad un veicolo tradizionale.
Nonostante i potenziali vantaggi di questa soluzione, lo sforzo di ricerca in questa direzione appare ancora piuttosto ridotto, con lo sviluppo di alcuni prototipi ma con una carenza di dati oggettivi e di studi sistematici nella letteratura libera. In particolare, si rileva la carenza di modelli di calcolo adeguati, che descrivano in modo integrato gli aspetti legati alla progettazione ed al controllo di un veicolo ibrido solare, che costituiscono uno specifico obiettivo di questa ricerca.

Va poi considerato come l'applicazione delle tecnologia fotovoltaica all'auto ponga problemi nuovi e più complessi, rispetto alle applicazioni fisse. Saranno pertanto sviluppate e sperimentale tecniche di Maximum Power Point Tracking (MPPT) specifiche per applicazioni automotive, tese a massimizzare l'energia dal sistema di generazione. In tale ambito, si prevede lo sviluppo di modelli con perdite dei convertitori dc-dc, la formulazione dei relativi criteri di progetto, la ottimizzazione del controllo MPPT con particolare riferimento ai fenomeni di mismatching caratteristici delle applicazioni di tipo automotive, seguita da test numerici e sperimentali.

La ricerca si rivolgerà inoltre allo studio di nuove soluzioni progettuali di sistemi di conversione elettronici che consentano di ottenere il massimo rendimento, anche in condizioni di ombreggiamento parziale dei pannelli. Obiettivo specifico è quello di abbassare i costi iniziali e di esercizio del sistema di generazione attraverso la minimizzazione del numero e della taglia dei componenti elettrici ed elettronici necessari, e di massimizzare i rendimenti di conversione. A questo fine sarà considerata la possibilità di impiego di convertitori di tipo soft-switching, che saranno progettati e realizzati utilizzando le tecnologie più attuali quali strutture magnetiche planari e componenti a montaggio superficiale, così da renderne possibile l’integrazione in unico chip e la collocazione all’interno dei pannelli fotovoltaici.

Obiettivo specifico è lo sviluppo di un modello per la simulazione, il progetto ottimizzato ed il controllo di un veicolo ibrido solare con struttura serie. Questo modello, in Matlab/Simulink, sarà in grado di determinare le configurazioni ottimali e le relative strategie di controllo tenendo conto di flussi energetici, ingombri, pesi e costi, al variare delle condizioni di utilizzo del veicolo, taglia e rendimenti dei componenti, condizioni di insolazione.
In modalità simulazione, il modello permetterà di descrivere il comportamento dinamico del sistema veicolo/propulsore in un giorno-tipo nel quale si susseguano dei moduli con profili di missione velocità-tempo assegnati e fasi di parcheggio. Il modello incorporerà la simulazione delle strategie di gestione che consentano il funzionamento ottimale con vincoli charge-sustaining estesi all'intera giornata.
In modalità ottimizzazione, il modello permetterà di valutare i valori ottimali delle superfici dei pannelli (orizzontali, verticali, con eventuale meccanismo di tracking), le dimensioni del veicolo, la potenza di targa dei componenti del propulsore (motore termico-generatore, motore elettrico), la capacità della batteria, il materiale da usare per lo chassis (eventuale utilizzo dell'alluminio al posto dell'acciaio). Un sottomodello geometrico valuterà la congruenza tra dimensioni del veicolo e superfici dei pannelli. Sarà inoltre valutato il rapporto potenza/peso del veicolo ed il costo addizionale rispetto ad un veicolo convenzionale. Sarà quindi possibile valutare la combinazione di variabili che corrisponda al minimo pay-back per l'utente (tempo necessario per compensare il costo addizionale attraverso i risparmi di combustibile).

Il modello, che integrerà le soluzioni sviluppate per il controllo dei moduli fotovoltaici, sarà validato sperimentalmente su un prototipo di veicolo solare, in corso di allestimento presso il DIMEC nell'ambito di un Progetto Europeo Leonardo a partire da un veicolo elettrico del tipo Porter Micro-Vett. I parametri liberi del modello saranno identificati con tecniche di identificazione non-lineare, valutandone gli indici di significatività statistica. Al termine di tale fase, saranno apportate eventuali modifiche ed integrazioni al modello.

Il modello sarà quindi utilizzato per analisi di scenario finalizzate alla determinazione di interventi migliorativi sul prototipo, sul quale saranno implementate le soluzioni sviluppate per pannelli solari, convertitori e strategie di controllo. In particolare, si analizzerà il ricorso a diverse tipologie e superfici di pannelli e si studieranno le modalità ottimali per la sostituzione del pacco di batterie al piombo con batterie avanzate al litio, al fine di migliorare il rapporto potenza/peso. Si provvederà quindi alla implementazione su veicolo della soluzione determinata, ed alla relativa caratterizzazione sperimentale.

Si valuteranno anche i vantaggi dovuti all'eventuale ricorso a metodologie di controllo predittivo, basate sulla previsione del carico e dell'energia solare incidente con l'uso di reti neurali ricorrenti e metodi di Dynamic Programming, già applicati con successo dai proponenti per la gestione ottimale dei Veicoli Ibridi Elettrici. <<<

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

Dall’inizio del secolo la domanda di energia è cresciuta esponenzialmente insieme all’evoluzione del progresso ed al miglioramento del tenore di vita. Il continuo sfruttamento delle fonti fossili per soddisfare la crescente richiesta di energia dei paesi industrializzati e la nuova richiesta energetica dei paesi in via di sviluppo, ha contribuito e contribuirà nell’immediato futuro, da un lato alla riduzione progressiva delle attuali riserve, dall’altro all’inquinamento ambientale [1]. Il loro approvvigionamento, a prezzi crescenti, è inoltre causa di un notevole aggravio della bilancia commerciale in paesi sprovvisti di riserve di combustibili fossili, come l’Italia.
Per far fronte a queste problematiche è stato avviato un processo di negoziazione per il controllo del cambiamento climatico, iniziato alla Conferenza di Rio del 1992 e sfociato nell’accordo di Kyoto (1997), che prevede la riduzione progressiva delle emissioni di gas serra responsabili del surriscaldamento del pianeta, a cui contribuisce in modo rilevante la CO2 generata dalla combustione nei motori endotermici. Ma, nonostante le raccomandazioni emanate dal Protocollo di Kyoto, i consumi energetici e la produzione di CO2 legati al trasporto automobilistico sono tuttora in crescita in gran parte del mondo industrializzato, come indicato da recenti studi. Il problema dell’inquinamento ambientale è particolarmente sentito in ambito urbano; infatti, nonostante negli ultimi anni lo smog e le polveri sottili abbiano bloccato più volte la circolazione nelle principali città italiane, poco o nulla è stato fatto di concreto per sostituire il vecchio e inquinante parco circolante [2][3].
Il mercato delle automobili a gas GPL e metano, meno inquinanti, ha fatto rilevare una forte crescita, grazie anche ai contributi previsti da parte del governo. L'idrogeno continua il suo lento cammino per essere utilizzato come vettore energetico sugli autoveicoli, con le Fuel-Cell o con i motori endotermici. Seri problemi restano da risolvere in merito ai costi, alla rete di distribuzione ed ai consumi energetici connessi alla sua produzione.

L'interesse per le energie rinnovabili cresce di mese in mese e nei piani energetici regionali cominciano a trovare spazio le energie alternative, l'eolico, le biomasse ed il solare. In campo automobilistico, i veicoli cosiddetti ‘solari’ sono stati finora confinati a scopi dimostrativi e didattici ed a competizioni tra centri di ricerca, rimanendo un mondo affascinante ma futuribile e privo di riscontri nella realtà quotidiana , a causa di limitazioni di autonomia, di potenza, di dimensioni e di costo [4][5][6][7].

Negli ultimi anni, i veicoli ibridi elettrici (HEV) hanno mostrato di poter costituire una efficace soluzione di breve e medio termine alla riduzione di consumi ed emissioni, con un notevole ed in qualche misura inatteso successo commerciale ottenuto da alcuni modelli, grazie al ricorso ottimizzato a due propulsori termico ed elettrico ed al recupero dell’energia in frenata.
Recentemente, l’attenzione si è rivolta anche ai veicoli ibridi elettrici assistiti da pannelli fotovoltaici (veicoli ibridi solari) [8][9][10]. In linea di principio, questa soluzione potrebbe sommare i vantaggi dei veicoli ibridi e delle vetture solari, tramite l'integrazione di pannelli fotovoltaici su un veicolo ibrido.

Purtroppo però, considerata l’efficienza di conversione relativamente bassa delle celle fotovoltaiche commerciali (16% per le celle a silicio monocristallino) è chiaro che la superficie messa a disposizione da un normale veicolo per l’istallazione della sorgente fotovoltaica è assolutamente insufficiente per garantirne una seppur limitata autonomia e si può pensare solo ad auto assistite da celle solari. Numerose applicazioni di EV da competizione alimentati esclusivamente con pannelli solari istallati a bordo, sono descritte in letteratura. Ma si tratta essenzialmente di prototipi di ricerca molto leggeri (peso senza guidatore inferiore ai 150-200 kg), in genere ad un solo passeggero, poco pratici per poter essere utilizzati nel traffico urbano perché progettati per disporre di superfici relativamente ampie (8-10 m2) per il montaggio delle celle fotovoltaiche, equipaggiati con costosi generatori fotovoltaici ad elevata efficienza (per esempio in Arsenurio di Gallio con efficienze &gt; 25%) e dotati di batterie più pregiate delle tradizionali batterie al piombo-acido, allo scopo di ridurre pesi ed ingombri. Pertanto sono prototipi molto costosi (150.000 – 200.000 Euro) e anche una produzione di serie non sembra possa far diventare questi veicoli utili nell’uso quotidiano.
L’adozione di HV o EV assistiti da pannelli fotovoltaici offre numerosi vantaggi che non sono solo legati alla riduzione dell’inquinamento ambientale e al fatto che l’energia solare è gratuita ed abbondante. Infatti, un moderno HV è equipaggiato con numerosi dispositivi alimentati dalle batterie: orologi, sistemi di allarme, accendisigari, autoradio, sistemi diagnostici, fanali, luci di cortesia, alzacristalli elettrici, spazzole tergicristalli, motore d’avviamento, sistemi di intrattenimento a bordo ecc.. Alcuni di tali dispositivi (gli orologi, i sistemi antifurto, i sistemi diagnostici ecc.) sono sempre in funzione e pertanto assorbono energia anche se il motore è spento e non c’è nessun passeggero a bordo. Se a ciò si aggiunge l’effetto dei fenomeni di autoscarica per cui una batteria carica si può scaricare completamente, in assenza di carichi elettrici alimentati, dopo un periodo di inattività di 2-3 mesi, si comprende che, se un HV o un EV rimane in sosta per parecchi giorni la sua batteria può non essere più in grado di consentirne poi l’avviamento. Una sorgente fotovoltaica integrata su un HV o su un EV è in grado, a seconda della superficie di silicio installata e del livello di radiazione solare, non solo di alimentare direttamente alcuni dei dispositivi elencati in precedenza ma anche di fornire alla batteria l’energia prodotta in eccesso, mantenendola in carica e prolungandone la durata di vita. Inoltre è possibile utilizzare celle fotovoltaiche per alimentare piccoli sistemi di ventilazione in grado di evitare che, in estate, la temperatura interna dell’auto, in sosta sotto il sole, salga eccessivamente in modo da migliorare il comfort dei passeggeri alla partenza, abbassare il carico del condizionatore riducendo i tempi di raffrescamento alla partenza e salvaguardare i materiali che costituiscono gli interni dell’autovettura. Un sistema di ventilazione di soli 35 W, azionato da celle fotovoltaiche, consente la riduzione del 30% della taglia del condizionatore.
Ancora, l’aggiunta di una sorgente fotovoltaica su di un HV può consentire la riduzione della taglia dell’alternatore e del motore a combustione portando ad una riduzione dei costi operativi. Inoltre, sono stati già messi a punto e brevettati, per applicazioni di tipo “automotive”, pannelli in cui sono combinate le due funzionalità di sorgente fotovoltaica ed antenna GPS a struttura planare che consentono la riduzione di costi ed ingombri ed evitano l’ombreggiamento del campo PV da parte dell’antenna. E’ chiaro però che, anche quando sarà possibile, dal punto di vista economico, l’utilizzo su scala industriale in applicazioni di tipo automotive (HV e/o EV) di celle ad elevata efficienza (celle in GaAs con efficienze del 31% e celle di tipo Tandem con efficienze del 37%, il costo di tali celle è circa 10 volte quello delle celle commerciali) la sorgente fotovoltaica dovrà essere sfruttata in maniera ottimale considerando quanto segue. La potenza erogata da una sorgente fotovoltaica assume il suo valore massimo in un punto di funzionamento definito Maximum Power Point (MPP), che si sposta nel piano I-V in funzione del livello di soleggiamento e della temperatura delle celle o per effetto dell’invecchiamento. I convertitori switching dc-dc sono diffusamente impiegati come circuiti d'interfaccia tra la sorgente fotovoltaica ed il carico elettrico per realizzare sistemi di MPP Tracking (MPPT). Un aspetto che richiede un’attenta valutazione nel progetto dei convertitori fotovoltaici è costituito dalla ricerca delle soluzioni progettuali ottimali atte a garantire il matching tra il profilo di rendimento elettrico del convertitore ed il profilo di potenza della sorgente al fine di massimizzare la potenza di uscita del convertitore piuttosto che della sorgente fotovoltaica. Per quanto riguarda le tecniche di controllo, per esigenze di semplicità e costo, in sistemi di piccola potenza il controllo del convertitore viene realizzato mediante tecniche di tipo perturbativo essenzialmente basate sul metodo Perturba ed Osserva (P&amp;O). Il principio di funzionamento può essere così descritto: si perturba il punto di lavoro e, osservando la corrispondente variazione della potenza erogata, si stabilisce l'entità ed il segno della successiva perturbazione. I docenti coinvolti nel progetto di ricerca hanno condotto un precedente studio sulla tecnica P&amp;O [19, 21] evidenziando che, al fine di ottenere prestazioni ottimali dai convertitori fotovoltaici occorre mettere a punto tecniche digitali di tipo adattativo in cui i parametri del controllo P&amp;O non sono fissi ma sono modulati durante il funzionamento del sistema in modo da adattarsi alle condizioni ambientali di soleggiamento e temperatura ed alle caratteristiche elettriche della sorgente fotovoltaica e del carico.
In condizioni di soleggiamento uniforme la caratteristica tensione-potenza della sorgente fotovoltaica esibisce un unico punto di massimo, mentre, in caso di ombreggiamento parziale di sezioni del campo o di differente angolo di incidenza della radiazione solare su diverse sottosezioni del campo nascono più punti di massimo a potenza diversa. Queste condizioni di “mismatching” si verificano raramente in applicazioni di tipo stazionario, ma sono molto frequenti in applicazioni di tipo automotive. Infatti, durante il moto, porzioni di campo fotovoltaico possono essere ombreggiate da parti dello stesso veicolo; sottosezioni del campo fotovoltaico possono trovarsi in condizioni di mismatching anche perché presentano caratteristiche diverse in termini di orientazione rispetto alla radiazione solare (celle istallate sulla carrozzeria o integrate nei cristalli della vettura) o di tecnologia costruttiva. Inoltre, la presenza di alberi, strutture pubblicitarie, edifici, nubi ecc. può generare indesiderabili fenomeni di ombreggiamento sui pannelli. Il P&amp;O, essendo una tecnica di tipo hill-climbing (scalata della caratteristica), converge verso un punto a massima potenza che può non essere il massimo assoluto. In letteratura è evidente la mancanza di modelli numerici robusti e computazionalmente poco onerosi per la simulazione di campi fotovoltaici in presenza di mismatching. Anche il problema dell’identificazione di tecniche di MPPT idonee ai casi di mismatching viene scarsamente trattato e le soluzioni proposte sono spesso fondate su ipotesi restrittive e fortemente condizionanti; tali soluzioni non sono adatte, per la loro complicazione, ad una realizzazione hardware e commercializzazione su ampia scala. Nella maggioranza dei casi, l’efficacia dei metodi non viene dimostrata attraverso simulazioni/misure significative, né viene proposto un confronto con altre tecniche [17].

Benché la potenza media ricavabile da pannelli fotovoltaici montati sul tetto di una vettura sia, con le attuali tecnologie, inferiore ad 1 KW e possa apparire trascurabile rispetto alla potenza massima di molte delle vetture circolanti, il loro contributo può risultare significativo considerando come una larga parte degli automobilisti usi la propria auto prevalentemente per brevi spostamenti in aree urbane, per non più di un'ora al giorno, e con il solo guidatore a bordo (secondo alcune statistiche condotte dal governo inglese, tale percentuale è superiore al 40% degli utenti [30]). In tali condizioni, la potenza media necessaria alla trazione è molto inferiore alla potenza massima installata, e l'energia captabile dai pannelli durante la guida e, soprattutto, in fase di parcheggio, può rappresentare una frazione significativa dell’energia richiesta, con una opportuna progettazione del sistema propulsore-veicolo [34].
La figura mostra la frazione di energia media annua ottenibile dalla fonte solare per un veicolo ibrido in funzione del numero di ore di guida giornaliere e della potenza media per la trazione, per una vettura con una superficie di 6 mq di pannelli solari (Localita': San Antonio, TX):

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Si può notare come, mentre sia possibile ottenere il pieno sostentamento dalla fonte solare (frazione=100%) in continuo (hd=10) solo con potenze molto limitate (&lt;1KW), si possano raggiungere risparmi dell'ordine del 20-40% rispetto al veicolo ibrido, in caso di funzionamento intermittente (hd=1-2) e con potenze limitate ma compatibili con l'utilizzo di una vettura in un contesto urbano (P=5-10 KW). Ovviamente, i risparmi rispetto al veicolo tradizionale sono ancora più elevati, dato che i veicoli ibridi elettrici permettono risparmi fino al 40%.

Lo sviluppo di veicoli ibridi solari, che si basa sulla integrazione di tecnologie disponibili e mature, potrebbe rappresentare anche una risposta concreta di breve e medio termine al problema della riduzione di consumi ed emissioni, mentre l’utilizzo su vasta scala dell’idrogeno come vettore energetico in veicoli con Fuel-Cell sembra costituire al momento solo una prospettiva di medio o lungo termine, per i numerosi problemi connessi alla conversione dell’idrogeno, alla sua distribuzione ed ai rendimenti ed ai costi dei sistemi di conversione a bordo veicolo.
L’evoluzione dei veicoli ibridi elettrici ha mostrato come, pur partendo dall’incontro di tecnologie mature, sia stato necessario un significativo sforzo di ricerca per determinare le strutture ottimali del propulsore e dei suoi componenti e le relative strategie di controllo e gestione. In analogia, per poter massimizzare i benefici della integrazione con l’energia solare non basta aggiungere dei pannelli solari ad un veicolo ibrido esistente, ma è necessaria una sostanziale riprogettazione ed ottimizzazione del sistema veicolo-propulsore.
Anche la scelta della struttura del propulsore non può essere automaticamente desunta dalle strutture adottate finora per i veicoli ibridi elettrici. Infatti, mentre per questi ultimi si è andata affermando una struttura di tipo parallelo, nella quale il motore termico e quello elettrico concorrono alla coppia motrice, o anche di tipo serie-parallelo, per i veicoli ibridi solari sembra preferibile una struttura di tipo ibrido-serie [34], adottata in alcuni prototipi sviluppati di recente [10].


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Nonostante i potenziali vantaggi di questa soluzione e la presenza di alcuni prototipi, l’esame della letteratura evidenzia una sostanziale carenza di studi sistematici e di modelli per la progettazione ed il controllo di veicoli ibridi solari. Obiettivo dell’Unità Operativa è lo sviluppo di un modello integrato per la progettazione ottimizzata del sistema veicolo-propulsore, in grado di stimare flussi energetici, pesi e costi. Il modello sarà validato a partire dalle misure effettuate su un prototipo di veicolo ibrido solare con strutture ibrido-serie, in corso di sviluppo presso la U.O. di Salerno. <<<