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Diseño Óptimo de Fuentes de Energía para un Robot Móvil Agrícola de Rango Ampliado con Fotovoltaico/Celda de Combustible

Autores: Ghobadpour, Amin; Cardenas, Alben; Monsalve, German; Mousazadeh, Hossein

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2023

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Acceso abierto

Artículo científico
2023

Diseño Óptimo de Fuentes de Energía para un Robot Móvil Agrícola de Rango Ampliado con Fotovoltaico/Celda de Combustible


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Robótica

Palabras clave

Electrificación de trenes motrices
Vehículos agrícolas
Fotovoltaico
Pila de combustible
Almacenamiento de energía
Algoritmos de optimización

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 14

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
La electrificación del tren motriz en los vehículos agrícolas aún se encuentra en las etapas iniciales. Este artículo analiza el comportamiento energético de un Robot Móvil Agrícola Fotovoltaico/Celda de Combustible (PV/FCAMR) como el paso preliminar antes del desarrollo. Este concepto incorpora tres fuentes de almacenamiento de energía para el tren motriz: un paquete de baterías, un sistema de Celda de Combustible (FC) y un sistema Fotovoltaico (PV). Este documento propone un enfoque basado en los algoritmos de Optimización de Lobo Gris (GWO) y Optimización por Enjambre de Partículas (PSO) para determinar los tamaños de la FC y la batería de un FCAMR. Se utilizó un robot móvil de tracción diferencial como estudio de caso para extraer los ciclos de trabajo típicos de las aplicaciones agrícolas. El modelo del vehículo FCAMR se desarrolló en MATLAB/Simulink para evaluar el consumo de energía y el rendimiento del vehículo. Para el análisis y evaluación de energía, se probó el FCAMR basado en dos ciclos de trabajo realistas que comprenden patrones de movimiento circulares y rectangulares. Los resultados mostraron que la disposición propuesta podría extender la autonomía del FCAMR en un 350% en comparación con el sistema puramente eléctrico. Esto permite al menos 8 horas de trabajo con un tanque lleno de 150 g de hidrógeno y un sistema PV con un panel solar monocristalino de 0.5 m. Los resultados de la simulación han demostrado la relevancia y robustez de este enfoque en relación con varios ciclos de trabajo. La comparación de costos entre los métodos de dimensionamiento teórico y de optimización mostró al menos una disminución del 8% para el FCAMR. Además, la adición del sistema PV extendió el alcance del vehículo hasta un 5%. Este estudio proporciona una solución óptima para el dimensionamiento de fuentes de energía de robots móviles como vehículos agrícolas del futuro.

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