MPPT basato su algoritmo di gruppo sociale accoppiato a convertitore risonante a sfasamento di fase per la ricarica di batterie tramite sistemi fotovoltaici parzialmente ombreggiati

Perché la ricarica solare più intelligente conta

Con l’aumento dei veicoli elettrici, trovare modi puliti per ricaricarli è importante tanto quanto costruire le auto stesse. Molte stazioni di ricarica dipendono ancora da elettricità prodotta da combustibili fossili, vanificando in parte i benefici ambientali dell’elettrico. I pannelli solari sono un’alternativa interessante, ma la loro produzione può variare drasticamente quando passano le nuvole, edifici proiettano ombre o la polvere si deposita su parti dell’array. Questo articolo esplora un modo più intelligente per estrarre energia stabile ed efficiente dai pannelli solari—anche quando sono parzialmente ombreggiati—per ricaricare le batterie dei veicoli elettrici in modo affidabile e con pochissima energia sprecata.

La sfida della luce irregolare

I pannelli solari si comportano in modo sorprendentemente delicato quando solo alcune sezioni sono in ombra. Poche celle oscurate possono trascinare giù le prestazioni dell’intero array, trasformando quelle celle in piccoli riscaldatori anziché produttori di energia. Gli ingegneri usano controller di “maximum power point tracking” per regolare continuamente il funzionamento dei pannelli in modo che producano quanta più potenza possibile. Gli approcci tradizionali funzionano bene quando la luce è uniforme, ma quando alcuni pannelli sono ombreggiati e altri sono illuminati, la curva potenza–tensione sviluppa più massimi invece di un unico punto evidente. I metodi standard tendono ad aggrapparsi a uno dei picchi minori e a rimanervi, lasciando molta energia potenziale inutilizzata.

Un modo ispirato alla socialità per trovare il punto di massima potenza

I ricercatori affrontano questo problema con un approccio di controllo ispirato a come le persone apprendono nei gruppi sociali, chiamato Social Group Optimization. In questo metodo, molti punti di funzionamento candidati per l’array solare agiscono come membri di un gruppo. Alcuni svolgono il ruolo di leader che attualmente ottengono le migliori prestazioni, mentre altri sono apprendenti che adattano le loro scelte basandosi sul successo dei pari. L’algoritmo alterna tra un’esplorazione ampia—provando punti di funzionamento molto diversi—and un’accentuazione della regione più promettente una volta che ha un buon vantaggio. Poiché richiede solo poche impostazioni di regolazione e calcoli semplici, questa strategia può essere eseguita in tempo reale su un piccolo controller embedded all’interno di un caricatore.

Un percorso di potenza ad alta efficienza verso la batteria

Trovare il giusto punto di funzionamento è solo metà della storia; quell’energia deve ancora essere trasferita in una batteria senza perdite significative. A questo scopo, il team ha progettato un convertitore risonante full-bridge a singolo stadio, un tipo di circuito che utilizza un trasformatore ad alta frequenza e induttanze e capacità dimensionate con cura per commutare i dispositivi di potenza quando la loro tensione o corrente è vicina a zero. Questa “commutazione morbida” riduce notevolmente il calore e lo stress nei componenti elettronici. Il circuito fornisce inoltre isolamento elettrico per la sicurezza e può gestire un’ampia gamma di ingressi dall’array solare fornendo in uscita una tensione bassa e corrente elevata stabile, adatta alla ricarica delle batterie dei veicoli elettrici.

Mettere il sistema alla prova

Il sistema completo accoppia l’algoritmo di tracciamento di gruppo sociale con il convertitore risonante in uno schema di controllo unificato. In dettagliate simulazioni al computer, gli autori confrontano il loro metodo con diversi noti algoritmi di ricerca globale e con un approccio di inseguimento base. Con schemi di luce variabili, il metodo di gruppo sociale trova rapidamente il vero massimo globale di potenza, con meno oscillazioni e cambiamenti più fluidi nelle condizioni di funzionamento. Allo stesso tempo, il convertitore mantiene tensione e corrente di uscita stabili, raggiungendo un’efficienza di picco di circa il 97%—superiore rispetto ai più tradizionali convertitori a due stadi—migliorando la regolazione della tensione di circa il 2%. Test su hardware usando un emulatore solare e un impianto di ricarica da 3 kW confermano che il comportamento osservato in simulazione può essere riprodotto in pratica.

Cosa significa per le future stazioni di ricarica

Per un non specialista, il messaggio chiave è che gli autori hanno costruito un’architettura di ricarica che sia pensante e vivace con il sole. La parte “pensante” è l’algoritmo di ispirazione sociale che impara continuamente dove l’array solare può erogare più potenza, anche quando parti di esso sono ombreggiate. La parte “vivace” è il convertitore di potenza risonante che rimodella silenziosamente questa energia fluttuante in un flusso regolare ed efficiente verso la batteria. Insieme, dimostrano che è possibile progettare caricatori solari per veicoli elettrici che sprecano pochissima energia e continuano a funzionare in modo affidabile nelle condizioni meteorologiche reali, aiutando le reti di ricarica a diventare più pulite e resilienti.

Citazione: Jayaraman, J., Ramasamy, S., Vadivel, S. et al. Social group algorithm-based MPPT coupled with phase shift resonant converter for battery charging through partially shaded PV systems. Sci Rep 16, 9596 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-025-31674-y

Parole chiave: ricarica solare veicoli elettrici, ombreggiamento parziale, inseguimento del punto di massima potenza, convertitori risonanti, elettronica di potenza