华南理工大学学报(自然科学版)

作者：罗玉涛, 林志强

单位：华南理工大学 机械与汽车工程学院/广东省汽车工程重点实验室，广东 广州 510640

关键词：车载光伏系统,气动性能优化,净功率

基金：广东省2024年省级制造业当家重点任务保障专项资金（先进电驱动系统研发及产业化应用）项目(穗工信函［2024］60号);广州市科技计划项目(2023B01J0016)

当前对车载光伏系统的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。该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原理的高透光率整流罩和车载光伏系统尾翼；然后，选取前倾角、后背角和系统高度3个设计变量对整流罩外形进行优化，通过构建正交试验方案，由极差分析得到3个设计变量对气动阻力的影响程度为系统高度 > 前倾角 > 后背角，由主效应图分析得3个参数对系统气动阻力的影响均具有单调性，由此确定整流罩外形结构参数为：前倾角70°，后背角0°，系统高度100 mm；进而，对车载光伏系统尾翼攻角进行优化，对实验数据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°。将安装了该文所提出的车载光伏系统的车辆与未安装该系统的车辆进行对比，发现空气阻力系数降幅达44.59%，气动阻力降幅达22.45%；升力系数降幅达226.15%，升力方向由向上转为向下，消除了气动升力向上给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，空气阻力系数降幅达17.35%，气动阻力仅增加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。该文还对优化前后的车载光伏系统净功率进行了对比和分析，发现所提出的优化方案可有效提升车载光伏系统在车辆行驶时的净发电功率，当车速为40.0 m/s时，净功率差达7 723.62 W。

来源：2025年第11期

《华南理工大学学报(自然科学版)》期刊编辑部

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