Recarga dinámica e inalámbrica de carretera solar a auto eléctrico

Este proyecto plantea una solución innovadora para uno de los principales retos de la electromovilidad: la necesidad de detenerse para recargar. La propuesta consiste en recargar vehículos eléctricos mientras están en movimiento, reduciendo así su dependencia de las estaciones de carga convencionales. El sistema funciona a partir de un circuito de alta eficiencia que convierte energía solar en electricidad y la suministra directamente a la batería del vehículo.

Figura 1

Esquema del vehículo eléctrico con carga inalámbrica en movimiento

 

Nota. Representación del sistema propuesto de transferencia inalámbrica de energía (WPT) entre la fuente solar y la batería del vehículo. Elaboración propia.

Para probar esta idea, se realizaron simulaciones en el programa de PSIM y se construyó en pequeña escala un prototipo que cumpliera con el propósito. Las experimentaciones que se realizaron permitieron evaluar cómo se desempeña el sistema bajo condiciones reales e imperfecciones en el ambiente. La base sólida que este proyecto representa permite plantear una alternativa hacia el agotamiento de combustibles fósiles, además de ser un paso importante para generar una electromovilidad más viable y eficiente.

Para respaldar esta propuesta, se investigaron antecedentes acerca de la energía renovable aplicada al transporte, lo que permitió que fuera posible desarrollar el proyecto considerando los efectos negativos y consecuencias que el medio ambiente ha sufrido a causa de la humanidad (Turner, 2022).

Los vehículos eléctricos son una propuesta y una solución eficiente para atender a la necesidad de un transporte más limpio, pero su principal limitante son las baterías y su impacto en la autonomía, especialmente en los viajes largos (Franzò & Nasca, 2021).

Actualmente, la autonomía de los vehículos eléctricos no es suficiente para viajes por carretera y esto obliga a los conductores a planificar paradas frecuentes, detenerse y recargar el automóvil, lo que representa un inconveniente importante (Armenta-Déu & Cattin, 2021).

Para hacer frente a este reto, se diseñó un sistema que hace al automóvil capaz de recargarse sin la necesidad de detenerse. Esta idea aprovecha la energía del sol para transformarla en electricidad y transmitirla de manera inalámbrica a un vehículo que recorra la carretera a través de un circuito que cuenta con pocas pérdidas de energía. De manera similar a cómo los teléfonos actuales se cargan de manera inalámbrica al colocarlos sobre una base, nuestro sistema permitiría que los vehículos eléctricos recarguen sus baterías en movimiento, captando la energía disponible sin tener que detenerse.

Imagina conducir por una autopista mientras tu auto se mantiene cargado constantemente gracias a la luz solar.

El primer paso fue estudiar cómo funciona la conversión de energía solar, desde su captura hasta su almacenamiento en una batería. Posteriormente, se diseñaron los componentes necesarios, se realizaron simulaciones con herramientas de electrónica de potencia y finalmente se construyó un prototipo para observar su funcionamiento real (Oluwatoyin et al., 2024).

En el laboratorio, se utilizan materiales como capacitores, inductores, núcleos de ferrita, resistencias y microcontroladores, además de instrumentos como fuentes de voltaje y osciloscopios para medir el comportamiento eléctrico del circuito.

Los resultados que se esperan lograr incluyen una potencia de salida de 1 kW y una transmisión eficiente de energía a través de un módulo inalámbrico, con una separación mayor a 10 centímetros y trabajando a una alta frecuencia de 85 kHz. Una potencia de salida de 1 kW podría significar, en un escenario real, hasta 5 o 6 kilómetros adicionales de autonomía por hora de carga en movimiento, dependiendo del modelo de vehículo (Hart, 2011). Esto puede marcar una diferencia significativa en trayectos largos. En la siguiente imagen se muestra el diseño propuesto para llevar a cabo la transferencia inalámbrica de energía, así como se simuló en PSIM para obtener los resultados deseados (Moyaho, 2008).

Figura 2

Topología completa del circuito de conversión y transmisión de energía.

 

 

 

 

 

 

 

 

Nota. Diagrama utilizado para simulaciones en PSIM y pruebas de laboratorio. Elaboración propia.

Conclusiones

Este desarrollo de un sistema de carga inalámbrica representa un paso importante hacia una movilidad más limpia y sostenible. Aunque el proyecto aún se encuentra en fase de prototipo, sus resultados sientan las bases para futuras mejoras que podrían aplicarse a vehículos de uso real, impulsando así una transición hacia un transporte más eficiente y respetuoso con el medio ambiente.

Referencias

• Armenta-Déu, C., & Cattin, E. (2021). Real Driving Range in Electric Vehicles: Influence on Fuel Consumption and Carbon Emissions. World Electric Vehicle Journal, 12(4), 1–21. https://doi-org.udlap.idm.oclc.org/10.3390/wevj12040166
• B. L. Turner II. (2022). The Anthropocene : 101 Questions and Answers for Understanding the Human Impact on the Global Environment. Agenda Publishing.
• Franzò, S., & Nasca, A. (2021). The environmental impact of electric vehicles: A novel life cycle-based evaluation framework and its applications to multi-country scenarios. Journal of Cleaner Production, 315, N.PAG. https://doi-org.udlap.idm.oclc.org/10.1016/j.jclepro.2021.128005
• Hart, Daniel W. (2011). Power Electronics (2nd ed.). McGraw-Hill.
• Moyaho, I. (2008). Modelo de transmisión inalámbrica de energía. UDLAP.
• Oluwatoyin, O. A., Afolalu, S. A., Ogunnigbo, O. C., Adaramola, B., Ikumapayi, O. M., Tunbosun, O. A., & Beneke, L. W. (2024). Innovations in hybrid solar panels: Exploring advancements in solar cell technology. 2024 IEEE 5th International Conference on Electro-Computing Technologies for Humanity (NIGERCON), 1-5. https://doi.org/10.1109/NIGERCON62786.2024.10926934

Sobre los autores:

Dr. Pedro Bañuelos Sánchez es Doctor en Ciencia Mecánica en Acústica y Electrónica por la Université Paris VI; Maestro en Ciencias con Especialidad en Ingeniería Electrónica y Licenciado en Ingeniería en Electrónica y Comunicaciones por la Universidad de las Américas Puebla. Actualmente Profesor De Tiempo Completo del Departamento Académico de Computación Electrónica y Mecatrónica UDLAP.
Contacto: pedro.banuelos@udlap.mx

Sr. Miguel Ángel Salazar Soto, Estudiante en Ingeniería en Computación, Electrónica y Mecatrónica, UDLAP.
Contacto: miguel.salazarso@udlap.mx