אופטימיזציה של ביצועים ברכבים חשמליים מונעי שמש באמצעות ממיר Relift Boost עם איפנון משולב

אור השמש בכביש

רכבים חשמליים מציעים אוויר נקי יותר ורחובות שקטים יותר, אך הם עדיין צורכים כמות משמעותית של חשמל. מחקר זה בודק כיצד לנצול טוב יותר את האנרגיה השמשית כדי להניע רכב חשמלי, ובו־זמנית לשמור על פעולה חלקה של המנוע גם כשעננים עוברים. על־ידי עיצוב מחדש של האלקטרוניקה שמקשרת בין לוחות השמש למנוע ושל התוכנה החכמה שמנהלת אותם, המחברים מראים כיצד רכבים המונעים סולארית יכולים להיות יעילים יותר, אמינים יותר וידידותיים יותר לרשת החשמל.

מדוע רכבים סולאריים קשים ליישום

לוחות סולאריים הם מקור דלק אטרקטיבי משום שהם נקיים, שקטים ובעלותם יורדת. עם זאת, האור מהשמש אינו יציב: עננים חולפים, טמפרטורות משתנות וצללים מבניינים מושכים את הלוח הרחק מנקודת הפעולה האופטימלית שלו. במקביל, מנוע רכב חשמלי דורש אספקת מתח יציב וגבוה כדי לספק תאוצה חלקה ותגובה בטוחה וחיזויה. ממירי כוח מסורתיים שמעלים את המתח הנמוך מלוחות השמש לרמות הגבוהות הנדרשות לרכב מתקשים לעתים בתנאים המשתנים הללו, וסובלים מרווח מוגבל של הגברת מתח, בזבוז אנרגיה כחום ומערכות בקרה מסובכות. התוצאה יכולה להיות אובדן אנרגיית שמש, עומס נוסף על רכיבים והרבה תלות מוגברת ברשת החשמל.

"מנשא" כוח חדש בין השמש למנוע

כדי לצמצם פער זה, החוקרים מציעים עיצוב ממיר DC–DC חדש שנקרא Coupled Inductor ReLift Boost (CIRB). במונחים פשוטים, ממיר זה פועל כמו דיל פשוט ומכוונן שמרומם את המתח הנמוך יחסית מהלוחות השמשיים אל המתח הגבוה הנדרש למערכת המניע של הרכב. במקום להסתמך על שנאים כבדים או על שלבים מרוצפים רבים, הוא משתמש בשתי סלילים מקושרים מגנטית ובסידור חכם של קבלים ומתגים. מבנה זה מפזר את המתח והעומס החשמלי על פני רכיבים, מצמצם רוחב זרם ומשיג הגברה חזקה־סוג של המתח באמצעות מספר חלקים מועט. סימולציות ובדיקות חומרה מראות שהממיר יכול להעלות כ־110 וולט מהלוחות לכ־600 וולט ביציאה תוך שמירה על אובדן אנרגיה נמוך והימנעות משפיכות מתח מזיקות.

מעקב חכם אחרי נקודת האור הטובה ביותר

לדעת איך לחבר את החומרה היא רק חצי מהסיפור; המערכת גם חייבת להחליט כל רגע כמה "ללחוץ" על הממיר כדי למשוך מהלוחות את ההספק המקסימלי. מטלה זו, הידועה כמעקב נקודת ההספק המקסימלית, מקבלת קושי כאשר מזג האוויר משתנה במהירות. המחברים עיצבו רשת עצבית מלאכותית דו־שכבתית שמראש מעריכה את עוצמת הקרינה וטמפרטורת הלוח מתוך מדידות של מתח וזרם, ואז חוזה את מתח הפעולה האידיאלי עבור הלוחות. כדי לשמור על דיוק המוח הדיגיטלי הזה הם מגדירים את פרמטריו הפנימיים באמצעות שיטת אופטימיזציה בהשראת דפוסי הטיסה של שחפים מסוימים, שמאזנים חיפוש מרחוק עם גישות ספירליות מדויקות. השילוב הזה מכוון במהירות את הלוחות לנקודת הטעם שלהם, ומשיג דיוק מעקב של כ־99.89% תוך תגובה מהירה לשינויים בהקרנה.

התאמת הרכב והרשת

מעבר לשיפור הקציר הסולארי, המחקר משלב את הממיר בנתיב כוח מלא שכולל מנוע מגנטי קבוע ביצועים גבוהים, ממיר ליצירת מתח תלת־פאזי וחיבור לרשת. בקרה PI קלאסית שומרת על מהירות המנוע הרצויה—כ־1000 סיבובים בדקה בניסויים—למרות תנודות אספקת השמש. כאשר יש שפע של שמש, אנרגיה עודפת יכולה לחזור לרשת; כשעננים או הלילה חוסמים את האספקה, המערכת מושכת אוטומטית אנרגיה מהרשת לשמירה על קישור DC יציב של 600 וולט. סינון ובקרה זהירים שומרים על זרם רשת נקי, עם עידוד הרמוני כולל קרוב ל־1%, בהתאם לסטנדרטים נפוצים של איכות כוח ומצמצמים רעשים חשמליים.

מה משמעות הדבר לרכבים החשמליים של מחר

ביחד, הממיר החדש ותכנית הבקרה הופכים רכב בסיוע סולארי לפרקטי יותר. ממיר CIRB מגיע ליעילות של כ־96.96% בעודו מספק הגבר מתח גבוה יותר מרבים מהחלופות האחרונות ומשתמש בפחות רכיבים. מערכת המעקב החכמה לוכדת כמעט את כל האנרגיה הסולארית הזמינה עם השהייה מינימלית, וממשק הרשת מבטיח שהרכב ימשיך לפעול באופן חלק גם כשהשמש אינה שותפת. אף שהעיצוב עדיין עומד בפני אתגרים כגון עיצוב מגנטי קפדני בהספקים גבוהים הצורך בנתוני אימון טובים לרשתות העצביות, הוא מצביע לכיוון רכבים שתלויים יותר במערכי סולאריים על גגות או פרגולות ומתקשרים בנעימות רבה יותר עם רשת החשמל.

ציטוט: Kanakaraj, M., Arul Prasanna, M. & Gerald Christopher Raj, I. Performance optimization of solar-energized electric vehicles using coupled inductor Relift boost converter. Sci Rep 16, 6959 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38342-9

מילות מפתח: רכבים חשמליים סולאריים, אלקטרוניקת כוח, ממירי פוטו־וולטאית, מעקב נקודת ההספק המקסימלית, אינטגרציה עם רשת חכמה