I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica E ng ineering   a nd   Co m pu t er   Science   Vo l.   42 ,   No .   3 J u n e   2 0 2 6 ,   p p .   6 4 9 ~6 6 5   I SS N:  2 5 0 2 - 4 7 5 2 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijeecs.v 42 .i 3 . pp 649 - 6 6 5          649       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ee cs.ia esco r e. co m   Ev a lua tion o a erod y na mic a nd str uctural desig n  t o   enha nce  so la r ener g y  abs o rption for  e - Ca rs       M o ha m ed  Abub a k M a hg o ub   H a s s a n 1 ,   B ela l A hm ed  H a m ida 1 ,   E l Sa y ed  So lim a n 2   M uh a m m ed  Z a ha ra deen  Ah m ed 3, 4, 5   1 D e p a r t me n t   o f   El e c t r i c a l   a n d   C o m p u t e r   E n g i n e e r i n g ,   I n t e r n a t i o n a l   I sl a mi c   U n i v e r si t y   M a l a y si a ,   K u a l a   Lu m p u r ,   M a l a y si a   2 D e p a r t me n t   P o w e r   E l e c t r o n i c s,   A L - A z h a r   U n i v e r si t y ,   C a i r o ,   E g y p t   3 D e p a r t me n t   o f   C y b e r se c u r i t y ,   C o l l a g e   o f   S c i e n c e   a n d   I n f o r mat i o n   a n d   C o mm u n i c a t i o n   Te c h n o l o g y ,   A l - A n s a r   U n i v e r si y   M a i d u g u r i ,   M a i d u g u r i N i g e r i a   4 D e p t a r t m e n t   o f   M a t h e ma t i c s a n d   C o mp u t e r   S c i e n c e ,   U n i v e r si t y   o f   Te c h n o l o g y   a n d   A r t o f   B y u m b a ,   G i c u m b i   D i st r i c t ,   R w a n d a   5 C e n t e r   f o r   Te c h n i c a l   R e a s e a r h   a n d   I C T,   D e e T e c h   A c a d e m i c   Li m i t e d ,   M a i d u g u r i ,   N i g e r i a       Art icle  I nfo     AB S T RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Sep   2 3 ,   2 0 2 5   R ev is ed   Ap r   8 ,   2 0 2 6   Acc ep ted   Ma y   2 6 ,   2 0 2 6       Th e   i n teg ra ti o n   o f   p h o t o v o lt a ic  (P V)  sy ste m i n to   e lec tri c   v e h icle (EVs)   o ffe rs  a   p ro m isin g   so l u ti o n   f o e x ten d i n g   d r iv i n g   ra n g e   a n d   re d u c in g   d e p e n d e n c e   o n   g ri d - b a se d   c h a rg in g .   Ho we v e r,   v e h icle - i n teg ra ted   P V   sy ste m a re   li m it e d   b y   a e ro d y n a m ic  d ra g ,   stru c t u ra i n teg ra ti o n   c h a ll e n g e s,   th e rm a lo ss e s,  a n d   in e fficie n t   e n e rg y   m a n a g e m e n t.   Th is   stu d y   p re se n ts  a   m u lt id isc ip li n a r y   sim u latio n   fr a m e wo rk   to   e v a lu a te  a e ro d y n a m ic  a n d   stru c tu ra o p ti m iza ti o n   stra teg ies   fo e n h a n c in g   so lar  e n e rg y   a b so rp ti o n   i n   EVs.  Co m p u t a ti o n a fl u id   d y n a m ics   (CF D)  wa u se d   to   a n a ly z e   a irfl o a n d   re d u c e   a e ro d y n a m ic  d ra g ,   wh il e   fin it e   e lem e n a n a ly sis  (F EA a ss e ss e d   stru c tu ra i n teg ri ty   a n d   we ig h t   o p ti m iza ti o n   a fter  P i n teg ra ti o n .   P V   e n e rg y - flo a n d   th e rm a m o d e ls  we re   a lso   d e v e lo p e d   t o   e v a l u a te  p o we g e n e ra ti o n ,   b a tt e ry   c h a rg in g   b e h a v io r,   a n d   te m p e ra tu re - d e p e n d e n e fficie n c y   l o ss e s.   Th e   o p ti m ize d   d e sig n   re d u c e d   th e   d ra g   c o e fficie n fr o m   0 . 3 1 0   to   0 . 2 3 6 ,   a   2 3 . 7 %   imp ro v e m e n t,   w h il e   m a in tain in g   a   stru c tu ra sa fe ty   fa c to a b o v e   1 . 7 5   th ro u g h   li g h twe i g h c o m p o site  m a teria ls.  Th e   o p ti m ize d   P c o n fig u ra ti o n   in c re a se d   so lar  c o n v e rsi o n   e fficie n c y   fr o m   1 7 . 6 %   t o   2 2 . 3 %   a n d   d a i ly   e n e r g y   g e n e ra ti o n   fro m   2 . 9 1   k W h /d a y   t o   3 . 7 5   k Wh /d a y ,   c o rre sp o n d in g   t o   a   2 8 . 9 %   in c re a se   in   h a r v e ste d   e n e rg y .   Th e rm a m a n a g e m e n stra teg ies   lo we re d   a v e ra g e   P o p e ra ti n g   tem p e ra tu r e   b y   a b o u t   1 2   °C,   imp r o v i n g   e ffi c ien c y   b y   a n   a d d it i o n a l   5 % 7%.   Un li k e   e x isti n g   st u d ies   th a t   e x a m in e   a e ro d y n a m ic,   stru c tu ra l,   o PV   p e rfo rm a n c e   se p a ra tely ,   th is  wo r k   p r o v i d e a   u n ifi e d   fra m e wo rk   th a e v a lu a tes   t h e ir  c o m b in e d   imp a c o n   so lar  e n e rg y   h a rv e stin g   in   EVs.  T h e   p ro p o se d   in teg r a ted   d e sig n   a p p r o a c h   d e m o n st ra tes   th a c o o rd i n a ted   a e ro d y n a m ic,  stru c tu ra l,   th e rm a l,   a n d   e n e rg y - m a n a g e m e n o p ti m iza ti o n   c a n   su b sta n ti a ll y   imp ro v e   t h e   p ra c ti c a li ty   a n d   e n e rg y   c o n tri b u ti o n   o s o lar - a ss isted   EV s in   h ig h - irrad ia n c e   e n v ir o n m e n ts.   K ey w o r d s :   Aer o d y n a m ic  o p tim izatio n   C o m p u tatio n al  f lu id   d y n am ics   Fin ite  elem en t a n aly s is   Ph o to v o ltaic  in teg r ati o n   So lar - ass is ted   elec tr ic  v eh icles   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Mo h am ed   Ab u b ak r   Ma h g o u b   Hass an   Dep ar tm en t o f   E lectr ical  an d   C o m p u ter   E n g in ee r in g ,   Ku lliy o f   E n g in ee r in g   I n ter n atio n al  I s lam ic  Un iv er s ity   Ma lay s ia,   Ku ala  L u m p u r   M alay s ia   Go m b ak ,   Ku ala  L u m p u r ,   5 3 1 0 0 ,   Ma lay s ia       1.   I NT RO D UCT I O N   T h g lo b al  tr a n s itio n   to war d   s u s tain ab le  tr an s p o r tatio n   h as  ac ce ler ated   th ad o p tio n   o f   elec tr ic  v eh icles  ( E Vs)  as  v iab le  alter n ativ to   co n v en tio n al  in te r n al  co m b u s tio n   en g i n v eh i cles.  Desp ite  th eir   en v ir o n m en tal  b en e f its ,   E Vs  r em ain   d ep e n d en o n   g r id - b ase d   ch ar g i n g   in f r astru ctu r e,   w h ich   m ay   s till   r ely   o n   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  42 ,   No .   3 ,   J u n e   20 26 6 4 9 - 6 6 5   650   f o s s il - f u el - g en er ated   elec tr icit y   in   m an y   r e g io n s .   As  r esu lt,  in teg r atin g   r e n ewa b le  e n er g y   s o u r ce s   d ir ec tly   in to   E p latf o r m s   h as  attr ac ted   g r o win g   r esear ch   in te r est.  Am o n g   th ese  o p tio n s ,   v eh icle - in t eg r ated   p h o to v o ltaic  ( PV)   s y s tem s   r ep r esen p r o m is in g   a p p r o ac h   f o r   s u p p lem en tin g   o n b o ar d   en er g y ,   e x ten d in g   d r iv in g   r an g e,   a n d   r ed u cin g   life cy cle  ca r b o n   em is s io n s   [ 1 ] .   Ad v a n ce s   in   lig h tweig h P tech n o lo g ies  an d   f lex ib le  s o lar   m o d u les  h a v i m p r o v e d   t h f e asib ilit y   o f   m o u n tin g   s o lar   p an els  o n   E V   s u r f ac es  s u ch   as   r o o f s ,   h o o d s ,   an d   s id p an els.  Ho wev er ,   th p r ac tical  en er g y   co n tr ib u tio n   o f   v e h icle - m o u n ted   PV  s y s tem s   r em ain s   lim ited   d u e   to   c o n s tr ain ed   s u r f ac ar ea ,   ae r o d y n am ic  p e n a lties ,   s tr u ctu r al  co n s tr ain ts ,   s h ad in g   ef f ec ts ,   a n d   tem p er atu r e - in d u ce d   ef f icien c y   d eg r ad atio n .   I n   p a r ticu lar ,   ae r o d y n am ic  d r ag   p lay s   c r itical  r o le  in   o v er al l   v eh icle  en er g y   c o n s u m p tio n ,   wh er ev en   s m all  in cr ea s es  in   d r a g   co e f f icien ca n   o f f s et  th en er g y   g ai n e d   f r o m   s o lar   h a r v esti n g .   E x is tin g   s tu d ies  h a v ex p lo r e d   ae r o d y n am ic  o p tim izatio n ,   lig h twei g h m ater ials ,   a n d   PV  in teg r atio n   in d e p en d en tl y   [ 2 ] .   Ho wev er ,   f ewe r   w o r k s   ad d r ess   th c o u p led   in ter ac tio n   b etwe en   ae r o d y n am ic  p er f o r m an ce ,   s tr u ctu r al  in teg r ity ,   an d   s o lar   en er g y   h a r v esti n g   ef f icien c y   with in   u n if ied   f r am ewo r k .   T h is   g ap   m o tiv a tes  th p r esen s tu d y ,   wh ic h   ev alu ates  h o co o r d in ate d   ae r o d y n am ic  an d   s tr u ctu r al  d esig n   ch o ices in f lu en ce   s o lar   en er g y   ab s o r p tio n   a n d   o v e r all  E p er f o r m a n ce .   T h p r im ar y   o b jectiv o f   th is   wo r k   is   to   p r o v id s im u latio n - b ased   ass ess m en o f   d esig n   tr ad e - o f f s   b etwe en   ae r o d y n am ic  ef f ici en cy   an d   s o lar   en er g y   h ar v esti n g   ca p ab ilit y .   B y   co m b in in g   C FD - b ased   ae r o d y n am ic  an aly s is ,   FEA - b ased   s tr u ctu r al  ev alu atio n ,   a n d   PV  en er g y   f lo w   m o d elin g ,   th s tu d y   aim s   to   id en tify   d esig n   s tr ateg ies  th a en h an ce   s o lar   en e r g y   u tili za tio n   wh ile  m ain tain in g   m ec h an ical  s af ety   an d   v eh icle  ef f icien cy .   Gr ee n   m o b ilit y   is   g ain in g   a n   i n cr ea s in g   im p o r tan ce lo ts   p r o to ty p es  o f   elec tr ic,   h y b r id   v eh icles  h av b ee n   d ev elo p e d .   also ,   atten tio n   o n   th e   in teg r atio n   o f   PV   p a n els  in   r o ad   v eh icles,  t o   p r o d u ce   elec tr icity ,   h as   b ee n   g iv e n   d u t o   m an y   r ea s o n s .   T h d eg r ee   o f   v eh icle  elec tr if icatio n   is   ex p ec ted   to   in c r e ase  s ig n if ican tly   in   th co m in g   y ea r s   as  EV s   o cc u p y   a   lar g e r   s h ar e   o f   g l o b al  tr an s p o r tatio n   f leets.  C o n s id er a b le  im p r o v em en t   in   s o lar   p an el  ef f icien c y   h as  b ee n   attain ed .   Sig n if ican r ed u cti o n   in   th eir   co s ts   h as  b ee n   ac h iev ed ,   d u to   th ei r   f ast - in cr ea s in g   d if f u s io n   [ 3 ] .     T h is   s tu d y   m ak es th f o llo win g   s cien tific   an d   en g in ee r in g   co n tr ib u tio n s :   a)   Dev elo p m en o f   an   in teg r ate d   C FD FEA PV  s im u latio n   f r am ewo r k   f o r   e v alu atin g   s o l ar - ass is ted   E V s   p er f o r m an ce .   b)   I n v esti g atio n   o f   th e   co m b in e d   in f lu e n ce   o f   ae r o d y n am ic  o p tim izatio n   an d   s tr u ctu r al  in teg r atio n   o n   PV   en er g y   h ar v esti n g .   c)   Qu an titativ e   ev alu atio n   o f   th er m al  m an ag em e n t stra teg ies f o r   r ed u ci n g   PV  ef f icien c y   lo s s es.   d)   C o m p ar ativ s tatis tical  an al y s is   d em o n s tr atin g   im p r o v e m en ts   in   d r ag   co ef f icien t,  s o lar   co n v er s io n   ef f icien cy ,   d aily   en er g y   g en er atio n ,   an d   d r iv in g   r a n g e.   T h n o v elty   o f   th is   wo r k   l ies  in   th d e v elo p m e n o f   u n if ied   m u ltid is cip lin ar y   s im u latio n   f r am ewo r k   th at  s im u ltan e o u s ly   ev alu ates  ae r o d y n am ic  d r ag   r ed u ctio n ,   PV   s tr u ctu r al   in teg r atio n ,   th er m al   r eg u latio n ,   an d   en er g y - f lo m an ag em en t   f o r   s o lar - ass is ted   E Vs .   Un lik e   ex is tin g   s tu d i e s   th at  an aly ze   th ese  f ac to r s   in d e p en d e n tly ,   t h p r o p o s ed   f r am ew o r k   q u a n tifie s   th eir   co m b in ed   in f lu e n ce   o n   s o lar   e n er g y   h ar v esti n g   ca p a b ilit y ,   v eh icl ef f icien cy ,   a n d   d r iv in g - r a n g en h a n ce m en t.   T h is   in te g r ated   ass ess m en t   p r o v id es a   m o r r ea lis tic  b asis   f o r   o p tim izin g   f u tu r s o lar - ass is ted   E ar ch itectu r es.       2.   L I T E R AT U RE   R E VI E W   T h d e v elo p m e n o f   s o lar - a s s is ted   E Vs   h as  attr ac ted   s ig n if ican r esear ch   i n ter est  d u to   th e   in cr ea s in g   d em an d   f o r   s u s tain ab le  tr an s p o r tatio n   s y s tem s   an d   th g r o win g   ef f icien cy   o f   P V   tech n o lo g ies  [ 4 ] .   T h in teg r atio n   o f   s o lar   p an e ls   in to   E p latf o r m s   p r o v id e s   an   o p p o r tu n ity   to   s u p p lem e n b att er y   en er g y ,   ex ten d   d r i v in g   r a n g e,   an d   r e d u ce   d ep e n d en ce   o n   ch a r g in g   in f r astru ctu r e .   Ho wev er ,   th ef f ec tiv en ess   o f   v eh icle - in teg r ated   PV  s y s tem s   is   in f lu en ce d   b y   m u lti p le  in ter ac tin g   f ac to r s   in clu d in g   ae r o d y n a m ic  p er f o r m an ce ,   s tr u ctu r al   in teg r atio n ,   e n er g y   c o n v e r s io n   ef f icien cy ,   t h er m al  b eh av i o r ,   an d   e n v ir o n m en tal   o p er atin g   co n d itio n s   [ 5 ] .   T h i s   s ec tio n   r ev iews  ex i s tin g   s t u d ies  r elate d   to   th ese  f ac to r s   an d   id en tifie s   th e   r esear ch   g ap   a d d r ess ed   in   t h is   wo r k .     2 . 1 .     So la r - a s s is t ed  E t ec hn o lo g ies     So lar - ass is ted   E Vs   co m b in e   PV   en er g y   h ar v esti n g   s y s tem s   with   co n v en tio n al  b atte r y - p o we r ed   p r o p u ls io n   s y s tem s   to   im p r o v o v er all  en e r g y   ef f icien c y   an d   v eh icle   au to n o m y .   T h e   co n ce p in v o lv es  m o u n tin g   s o lar   p an els  o n   v eh i cle  s u r f ac es  s u ch   as   r o o f s ,   h o o d s ,   tr u n k s ,   an d   s id p an els,  wh er s o lar   r ad iatio n   ca n   b co n v er ted   in to   elec t r ical  en er g y   a n d   s to r e d   in   o n b o a r d   b atter ies  [ 6 ] .   R ec en d ev elo p m e n ts   in   m o n o cr y s tallin s ilico n ,   th in - f ilm ,   an d   f le x ib le  PV   tech n o l o g ies  h av im p r o v e d   th p r ac ticality   o f   v eh icle - in teg r ated   s o lar   s y s tem s .   Mo n o cr y s tallin s ilico n   p a n els  r e m ain   th m o s wid ely   a d o p te d   d u e   to   th eir   h ig h   co n v er s io n   ef f icien cies  ex ce ed in g   2 2 %,  wh ile  f lex ib le  th i n - f ilm   tech n o l o g ies  o f f er   ad v an tag es  in   weig h t   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2       E va lu a tio n   o f a ero d y n a mic  a n d   s tr u ctu r a l d esig n   to   en h a n ce   s o la r   … ( Mo h a med   A b u b a kr Ma h g o u b   Ha s s a n )   651   r ed u ctio n   an d   g eo m etr ic  ad ap tab ilit y   [ 7 ] .   E m er g in g   tec h n o lo g ies  s u ch   as  p er o v s k it s o lar   ce lls   h av e   d em o n s tr ated   lab o r ato r y   ef f ici en cies a b o v 2 5 % a n d   ar b ei n g   in v esti g ated   f o r   f u tu r au t o m o tiv ap p licatio n s   d u to   th eir   lig h tweig h t c h ar ac ter is tics   an d   m an u f ac tu r in g   f le x ib ilit y .   Sev er al  co m m er cial  p r o to ty p es  h av d em o n s tr ated   th f ea s ib ilit y   o f   s o lar - ass is ted   tr an s p o r tatio n .   Veh icles  s u ch   a s   th lig h ty ea r   o n e,   s o n o   s io n ,   a n d   a p ter u tili ze   in teg r ated   PV  m o d u les  to   p r o v id e   s u p p lem en tar y   ch ar g in g   d u r in g   v eh icle  o p er atio n   an d   p ar k i n g   p er i o d s   [ 8 ] .   Stu d ies  in d i ca t th at  s o lar - ass is ted   E Vs  ca n   ac h iev d aily   en e r g y   g ain s   r an g in g   f r o m   2 0   k m   to   7 0   k m   d ep e n d in g   o n   clim atic  co n d itio n s ,   av ailab le  p an el   ar ea ,   an d   s o lar   ir r ad ian ce   lev els.  Desp ite  th e s ad v an ce s ,   t h lim ited   s u r f a ce   ar ea   a v ailab le  o n   p ass en g er   v eh icles  r e m ain s   m ajo r   co n s tr ain o n   to tal  en er g y   g en er atio n   ca p ab ilit y   [ 9 ] .   Fig u r 1   illu s tr ates   th en er g y   c o n v er s io n   p ath w ay   with in   th e   p r o p o s ed   s o lar - ass is ted   E V.   So lar   en e r g y   h a r v ested   b y   th PV   m o d u les is   p r o ce s s ed   th r o u g h   th MPPT  co n tr o ller ,   s to r ed   in   th b atter y   s y s tem ,   an d   d is tr i b u ted   to   p r o p u ls io n   an d   au x iliar y   v eh icle  l o ad s .           Fig u r 1 .   Ar c h itectu r o f   s o lar - ass is ted   EV       2 . 2 .     Aer o dy na m ic  des ig n o ptim iza t io n in  E Vs   Aer o d y n a m ic  p er f o r m a n ce   is   o n o f   th m o s cr itical  d eter m in an ts   o f   e n er g y   co n s u m p ti o n   in   E Vs p ar ticu lar ly   at  m ed iu m   an d   h i g h   d r iv in g   s p ee d s   [ 1 0 ] .   T h ae r o d y n am ic  d r ag   f o r ce   ex p e r ie n ce d   b y   v eh icle  is   p r o p o r tio n al  t o   th e   d r a g   co e f f icien t,  f r o n tal  ar ea ,   a n d   s q u ar o f   v e h icle  v elo city .   C o n s eq u en tly ,   s m all  r ed u ctio n s   in   d r ag   c o ef f icien ca n   p r o d u ce   s u b s tan tial  im p r o v em en ts   in   v eh icle  r a n g an d   en er g y   e f f icien cy .   R esear ch   u s in g   c o m p u tatio n a f lu id   d y n am ics  ( C FD)   h as   d em o n s tr ated   th at  s tr ea m lin e d   b o d y   g e o m etr i es,  o p tim ized   r o o f   cu r v atu r e,   r e d u ce d   f lo s ep ar atio n ,   an d   co n tr o lled   wak f o r m atio n   s ig n if ican tly   r ed u ce   ae r o d y n am ic  d r ag .   Mo d er n   E Vs   co m m o n ly   ac h iev e   d r a g   co ef f icien ts   b etwe en   0 . 2 0   an d   0 . 3 0   th r o u g h   ex ten s iv ae r o d y n am ic  o p tim izatio n   [ 1 1 ] .   Fo r   s o lar - ass is ted   E Vs,  ae r o d y n am ic  d esig n   p r esen ts   ad d itio n al  ch allen g es  b ec au s PV   m o d u les  m ay   alter   air f lo p atter n s   an d   in cr ea s s u r f ac r o u g h n ess .   Stu d ies  h av s h o wn   th at  p o o r ly   in te g r ated   s o lar   p an els  ca n   in cr ea s d r a g   b y   c r ea tin g   lo ca lized   tu r b u len ce   an d   b o u n d ar y   lay er   d is tu r b an ce s .   C o n v er s el y ,   f lu s h - m o u n ted   PV  s y s tem s   in teg r ated   d ir ec tly   in to   th v eh icle  b o d y   ca n   m in im ize  ae r o d y n am ic  p e n alties  wh ile  m ain tain in g   s o lar   en er g y   h ar v esti n g   ca p ab ilit y .   Activ ae r o d y n am ic   s y s tem s   s u ch   as  ad ju s tab le  s p o iler s ,   ad ap tiv v e n ts ,   an d   v a r iab le  g eo m etr y   p an els  h av e   also   b ee n   p r o p o s ed   t o   d y n am ically   o p tim ize  air f lo w   u n d er   ch an g in g   d r i v in g   co n d itio n s .   T h ese  tech n o lo g ies  ca n   s im u ltan eo u s ly   im p r o v v eh icle  s tab ilit y ,   r ed u ce   d r ag ,   a n d   e n h an ce   c o o lin g   air f lo ar o u n d   PV   s u r f ac es [ 1 2 ] .     2 . 3 .     Str uct ura inte g r a t io n o f   PV m o du les   T h s u cc ess f u im p lem en tatio n   o f   s o lar - ass is ted   E Vs  d ep en d s   n o o n ly   o n   e n er g y   g en er atio n   ca p ab ilit y   b u t a ls o   o n   ef f ec tiv s tr u ctu r al  in teg r atio n   o f   PV   m o d u les with in   th v eh icle  b o d y .   T r a d itio n al  r ig id   PV   p an els  in tr o d u ce   ad d itio n al  m ass   an d   m ay   a f f ec s tr u c tu r al  in teg r ity   if   n o p r o p er ly   in co r p o r ated   i n to   v eh icle  d esig n .   T o   a d d r ess   th ese  ch allen g es,  r esear ch er s   h av in v esti g ated   lig h tweig h t   co m p o s ite  m ater ials   s u ch   as  ca r b o n   f i b er   r ein f o r ce d   p o l y m er s   ( C FR P),   g las s   f ib er   co m p o s ites ,   alu m in u m   h o n ey co m b   s tr u ctu r es,  an d   s an d wich   p a n el  co n f i g u r a tio n s   [ 1 3 ] .   T h ese  m ater ials   o f f er   h ig h   s tr en g th - to - weig h r a tio s   an d   en ab le  th e   in teg r atio n   o f   s o lar   m o d u les  with o u s ig n if ican tly   in cr ea s in g   v eh icle  m ass .   Flex ib le  PV   tech n o lo g ies  h av e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  42 ,   No .   3 ,   J u n e   20 26 6 4 9 - 6 6 5   652   f u r th er   ex p an d e d   in te g r atio n   p o s s ib ilit ies  b y   allo win g   s o lar   p a n els  to   c o n f o r m   to   cu r v e d   v e h icle  s u r f ac es.   T h is   ca p ab ilit y   in cr ea s es  th ef f ec tiv e   s o lar   co llectio n   ar ea   wh ile  m ain tain in g   d esi r ab le  ae r o d y n am ic  ch ar ac ter is tics .   Stru ctu r al  p e r f o r m an c e   ass ess m en ts   u s in g   f i n ite  elem en a n aly s is   ( FEA)   h av d em o n s tr ated   th at  ap p r o p r iately   d esig n e d   c o m p o s ite  s tr u ctu r es   ca n   with s tan d   o p e r atio n al  l o ad s   in clu d in g   ae r o d y n am i c   p r ess u r e,   v ib r atio n ,   th er m al  ex p an s io n ,   an d   im p ac f o r ce s .   T h u s o f   r ein f o r ce d   s u p p o r s tr u ctu r es  an d   o p tim ized   m o u n tin g   m ec h an is m s   f u r th er   e n h an ce s   d u r a b ilit y   an d   r eliab ilit y   u n d er   r e al - wo r ld   o p er atin g   co n d itio n s   [ 1 4 ] .   T ab le  1   co m p ar es  co m m o n l y   u s ed   s tr u ctu r al   m ater ials   f o r   PV  in teg r atio n   a n d   h ig h lig h ts   th eir   s u itab ilit y   f o r   lig h tweig h t   E Vs   ap p licatio n s .       T ab le  1 .   C o m p a r is o n   o f   m ater ials   u s ed   f o r   PV  in teg r atio n     M a t e r i a l   D e n si t y   ( k g / )   S t r e n g t h - to - w e i g h t   r a t i o   S u i t a b i l i t y   A l u m i n u a l l o y   Lo w   M o d e r a t e   G o o d   C F R P   V e r y   l o w   H i g h   Ex c e l l e n t   G F R P   Lo w   M o d e r a t e   G o o d   H o n e y c o m b   c o mp o s i t e   V e r y   l o w   H i g h   Ex c e l l e n t       2 . 4 .     PV   ener g y   co nv er s io a nd   M P P T   t ec hn iq ues   E f f icien u tili za tio n   o f   s o lar   e n er g y   in   E a p p licatio n s   d e p en d s   h ea v ily   o n   PV   en er g y   c o n v er s io n   ef f icien cy   a n d   p o wer   ex tr ac ti o n   s tr ateg ies.  T h elec tr ical   o u tp u t   o f   PV  m o d u les  v a r ies  co n tin u o u s ly   with   s o lar   ir r ad ian ce ,   tem p er atu r e,   s h ad in g   co n d itio n s ,   an d   p an el  o r ien tatio n   [ 1 5 ] .   Ma x im u m   p o wer   p o in tr ac k in g   ( MPPT)   tech n iq u es  ar th e r e f o r em p lo y ed   to   m ax im ize  en er g y   e x tr ac tio n   f r o m   PV  ar r ay s .   C o n v en ti o n al   MPPT  alg o r ith m s   in clu d p er t u r b   an d   o b s er v ( P& O) ,   in c r e m en tal  co n d u ctan ce   ( I NC ) ,   f r a ctio n al  o p en   ci r cu it  v o ltag e,   an d   f r ac tio n al  s h o r cir cu it  cu r r en m eth o d s .   Am o n g   th ese,   P& an I NC   r em ain   th m o s wid ely   u s ed   d u to   th eir   s im p licity   an d   r eliab ilit y .   R ec en r esear ch   h as  in tr o d u ce d   i n tellig en MPPT  ap p r o ac h es   b ased   o n   f u zz y   l o g ic,   ar tifi cial  n eu r al  n etwo r k s ,   p ar ticl s war m   o p tim izatio n ,   a n d   m ac h in lear n in g   alg o r ith m s   [ 1 6 ] .   T h ese  m eth o d s   o f f er   im p r o v ed   t r ac k in g   ac cu r ac y   u n d e r   r a p id ly   ch an g in g   e n v ir o n m en tal   co n d itio n s   an d   p ar tial  s h ad in g   s ce n ar io s .   I n   s o lar - ass is ted   E s y s tem s ,   MP PT  p er f o r m an ce   d ir ec tly   in f lu en ce s   b atter y   ch a r g in g   ef f icien cy   a n d   o v er all  v eh icl en er g y   g ai n .   C o n s eq u e n tly ,   ad v a n ce d   MPPT  s tr ateg ies ar ess en tial f o r   m ax im izin g   th c o n tr ib u ti o n   o f   v eh icle - m o u n te d   PV  s y s tem s   [ 1 7 ] .     2 . 5 .     T herm a e f f ec t s   o n v ehi cle - inte g ra t ed  P s y s t em s   T em p er atu r is   cr itical  f ac to r   in f lu en cin g   PV  p er f o r m a n ce .   As  PV   ce ll  tem p er atu r in cr ea s es,   s em ico n d u cto r   ch a r ac ter is tics   ch an g e,   r esu ltin g   in   r ed u ce d   o p en - cir cu it   v o ltag e   an d   d ec r ea s ed   p o wer   o u tp u t.   E x p er im en tal  s tu d ies  in d icate   th at  PV  ef f icien cy   d ec r ea s e s   b y   ap p r o x im ately   0 . 3 % 0 . 5 f o r   ev er y   1   °C   in cr ea s ab o v e   s tan d ar d   o p er atin g   tem p er atu r co n d itio n s .   Veh icle - m o u n ted   s o lar   p an e ls   ar p ar ticu lar ly   s u s ce p tib le  to   th er m al  ef f ec t s   b ec au s th ey   ar ex p o s ed   to   b o th   s o lar   r ad iatio n   an d   h ea g en er ated   b y   s u r r o u n d in g   v eh icle  s u r f ac es.  Du r in g   p r o lo n g ed   o p er atio n   in   h o clim ates,  p an el  tem p e r atu r es  m ay   ex ce ed   7 0   °C ,   lead in g   to   s u b s tan tial  ef f i cien cy   lo s s es.   Var io u s   th er m al  m an ag em en ap p r o ac h es  h av b ee n   p r o p o s ed   to   m itig ate  th ese  ef f ec ts ,   in clu d in g   p ass iv air f lo w   co o lin g ,   v en tilated   m o u n tin g   s tr u ctu r e s ,   h ea s p r ea d er s ,   p h ase - ch an g m ater ials ,   an d   a ctiv co o lin g   s y s tem s .   Am o n g   th ese  m eth o d s ,   ae r o d y n am ic  air f lo w   m an ag em en t   is   p ar ticu lar ly   attr ac tiv b ec au s it  s im u lta n eo u s ly   r e d u ce s   d r ag   a n d   en h an ce s   PV  co o lin g   p er f o r m an ce   [ 1 8 ] .     2 . 6 .     CF a nd   F E a pp lica t i o ns   in s o la v ehicle  des ig n   C FD   an d   FEA   h av b ec o m e   in d is p en s ab le  to o ls   in   th d esig n   an d   o p tim izatio n   o f   s o l ar - ass is te d     E Vs   [ 1 9 ] .   C FD  en ab les  d etailed   in v esti g atio n   o f   air f lo b e h av io r ,   p r ess u r d is tr ib u tio n ,   tu r b u len ce   i n ten s ity ,   d r ag   f o r ce s ,   an d   th er m al  f lo w   ch ar ac ter is tics   ar o u n d   v eh icl b o d ies.  Sev er al  s tu d ies  h av em p lo y ed   C FD  to   ev alu ate  alter n ativ b o d y   g eo m etr ies,  ae r o d y n am ic  attac h m en ts ,   co o lin g   c h an n els,  an d   s o lar   p an el  p lace m e n s tr ateg ies  [ 2 0 ] .   T h ese  in v esti g atio n s   h av d em o n s tr ated   s ig n if ican im p r o v em e n ts   in   ae r o d y n am ic  ef f icien cy   th r o u g h   o p tim izatio n   o f   air f l o p atter n s   an d   r ed u ctio n   o f   w ak r eg io n s .   Similar ly ,   FE is   ex ten s iv ely   u s ed   to   ev alu ate  s tr u ctu r al  in teg r ity ,   s tr ess   d i s tr ib u tio n ,   d ef o r m atio n   ch ar ac ter is tics ,   f atig u p er f o r m an ce ,   an d   v ib r atio n   b eh a v io r   o f   v e h icle - in teg r ated   PV   s y s tem s .   Stru ctu r al  s im u latio n s   allo d esi g n er s   to   ass es s   th e   ef f ec ts   o f   ae r o d y n a m ic  lo a d in g ,   th e r m al  ex p an s io n ,   r o ad   v ib r atio n s ,   a n d   im p ac f o r c es  b ef o r p h y s ical   p r o t o t y p i n g .   T h e   i n t e g r a t i o n   o f   C F D   a n d   F E A   p r o v i d e s   a   c o m p r e h e n s i v e   m u l t i d i s ci p l i n a r y   f r a m e w o r k   c a p a b l o f   s i m u l t a n e o u s l y   a d d r e s s i n g   a e r o d y n a m i c ,   t h e r m a l ,   s t r u c t u r a l ,   a n d   e n e r g y   p e r f o r m a n c e   c o n s i d e r a t i o n s .   T h is   i n t e g r a t e d   a p p r o a c h   is   i n c r e as in g l y   r e c o g n i z e d   a s   es s e n ti a l   f o r   n e x t - g e n e r a t i o n   s o l a r   v e h i cl e   d e v e l o p m e n t   [ 2 1 ] .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2       E va lu a tio n   o f a ero d y n a mic  a n d   s tr u ctu r a l d esig n   to   en h a n ce   s o la r   … ( Mo h a med   A b u b a kr Ma h g o u b   Ha s s a n )   653   2 . 7 .     Resea rc g a p a na ly s is   T h liter atu r e   d em o n s tr ates  co n s id er ab le   p r o g r ess   in   ae r o d y n am ic  o p tim izatio n ,   PV  en er g y   h ar v esti n g ,   s tr u ctu r al  lig h twe ig h tin g ,   a n d   th e r m al  m an a g e m en f o r   E Vs .   Ho wev er ,   m o s ex is tin g   s tu d ies   in v esti g ate  th ese  f ac to r s   in d e p en d en tly   r ath er   th an   c o n s id er in g   t h eir   co m b i n ed   in f lu en ce   o n   s o lar   en er g y   ab s o r p tio n   a n d   o v er all  v eh icle   p er f o r m an ce .   Aer o d y n am ic  s tu d ies  p r im ar ily   f o c u s   o n   d r ag   r ed u ctio n   with o u t   ex p licitly   ev alu atin g   h o air f lo m o d if icatio n s   in f lu e n ce   PV   en er g y   g en e r atio n   an d   th e r m al  b eh av io r   [ 2 2 ] .   Simi lar ly ,   s tr u ctu r al  in v esti g atio n s   em p h asize  m ec h an ica in teg r ity   an d   weig h r ed u ctio n   wh ile  o f ten   n eg lectin g   ae r o d y n am ic  im p licatio n s   an d   en er g y   c o n v e r s io n   ef f icien cy   [ 2 3 ] .   R esear ch   o n   PV s y s tem s   g en er ally   co n ce n tr ates  o n   M PP T   alg o r ith m s   an d   p an el   tech n o lo g i es  with o u f u lly   ac c o u n tin g   f o r   v eh icle - s p ec if ic  s tr u ctu r al  an d   ae r o d y n am ic  co n s tr ain ts   [ 2 4 ] .   Fu r th er m o r e ,   lim ited   s tu d ies  e m p lo y   an   i n teg r ated   C FD FEA PV  s im u latio n   f r a m ewo r k   ca p ab le  o f   s im u ltan eo u s ly   ev alu atin g   ae r o d y n am ic  p er f o r m an ce ,   s tr u ctu r al  r eliab i lity ,   th er m al  ef f ec ts ,   an d   en er g y   h ar v esti n g   e f f icien cy   with in   a   u n if ied   d esig n   en v ir o n m e n [ 2 5 ] .   T h er ef o r e,   th is   s tu d y   ad d r ess es  th id en tifie d   r esear ch   g ap   b y   d ev el o p in g   m u ltid is cip lin ar y   s im u latio n   f r am ewo r k   th at  co m b in es  ae r o d y n a m ic  an aly s is ,   s tr u ctu r al  ass ess m en t,  PV   en er g y   f lo m o d elin g ,   an d   t h er m al  p e r f o r m an ce   e v alu atio n .   T h p r o p o s ed   ap p r o ac h   en ab les  c o m p r e h e n s iv ass ess m en o f   h o co o r d in ated   ae r o d y n am ic  a n d   s tr u ctu r al  o p tim izatio n   s tr ateg ies  ca n   en h an ce   s o lar   en er g y   ab s o r p tio n   in   E Vs   wh ile  m ain tain in g   m ec h an ica s af ety   an d   o p er atio n al   ef f icien cy .       3.   M E T H O D   T h is   s tu d y   ad o p ts   m u ltid is cip lin ar y   s im u latio n - b ased   m eth o d o lo g y   to   ev alu ate  th in f lu en ce   o f   ae r o d y n am ic  an d   s tr u ctu r al  d esig n   o n   s o lar   en er g y   a b s o r p tio n   in   E Vs .   T h f r am ewo r k   in teg r ates  C FD   FEA PV   en er g y   m o d elin g ,   th er m al  an aly s is ,   an d   en er g y   f lo m an ag em en to   ass ess   th o v er all  p er f o r m an ce   o f   s o lar - ass is ted   E Vs.  T h m eth o d o l o g y   is   d esig n e d   to   in v esti g ate  th in ter ac tio n   b e twee n   ae r o d y n am ic   ef f icien cy ,   s tr u ctu r al  i n t e g r i ty ,   P V   e n e r g y   g e n e r a t i o n ,   an d   t h e r m a l   b e h a v i o r   u n d e r   r e a l i s t i c   o p e r at i n g     c o n d i t i o n s   [ 1 9 ] ,   [ 2 0 ] .   T h o v er all  m eth o d o lo g ical  f r am ewo r k   c o n s is ts   o f   f o u r   m ajo r   s tag es.  First,  ae r o d y n am ic   s im u latio n s   ar co n d u cted   to   a n aly ze   a ir f lo b eh a v io r   ar o u n d   th e   v eh icle  b o d y   an d   d ete r m i n d r a g   r e d u ctio n   o p p o r tu n ities .   Seco n d ,   s tr u ct u r al  s im u latio n s   ar p er f o r m ed   to   ev alu ate  th m ec h a n ical  f ea s ib ilit y   o f   in teg r atin g   PV  m o d u les  in to   v eh icle  s u r f ac es.  T h ir d ,   en er g y   f lo m o d elin g   is   im p lem en te d   to   q u an tify   s o lar   p o wer   g e n er atio n ,   c o n v e r s io n ,   s to r ag e ,   an d   u tili za tio n .   Fin ally ,   th er m al  s im u latio n s   ar ca r r ied   o u t to   e x am in e   tem p er atu r e - in d u ce d   ef f icien c y   d e g r ad atio n   a n d   co o lin g   ef f ec tiv en ess .   Fig u r e   2   p r esen t s   th s eq u e n ce   o f   s im u latio n   ac tiv ities   p er f o r m e d   in   th is   s tu d y .   T h m eth o d o lo g y   in te g r ates  ae r o d y n am ic   an aly s is ,   s tr u ctu r al  ev alu atio n ,   PV  en er g y   m o d e lin g ,   a n d   t h er m al   ass ess m en t   to   d eter m in e   th e   co m b in ed   im p ac t   o f   d esig n   o p tim izatio n   o n   s o lar   en er g y   a b s o r p tio n   a n d   v e h icle  ef f icien cy .           Fig u r 2 .   R esear ch   m eth o d o l o g y   f r a m ewo r k   o f   p r o p o s ed   s o l ar - ass is ted   EV     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  42 ,   No .   3 ,   J u n e   20 26 6 4 9 - 6 6 5   654   3 . 1 .     Sim ula t i o env iro nm en t   a nd   des ig n a s s um ptio n s   T h p r o p o s ed   s o lar - ass is ted   E m o d el  is   d ev elo p ed   u s in g   co m b in atio n   o f   C FD,  FEA,   an d   MA T L AB /S im u lin k   s im u latio n   to o ls .   r ep r esen tativ p ass en g er   EV   eq u ip p ed   with   r o o f - m o u n te d   PV  m o d u les  is   co n s id er ed   as  th b aselin co n f ig u r atio n .   T h s o lar   m o d u les  ar ass u m ed   t o   co n s is o f   h ig h - ef f icien cy   m o n o cr y s tallin s ilico n   ce lls   d u to   th eir   wid esp r ea d   ad o p tio n   in   v eh icle - in te g r ated   PV   s y s tem s .   T o   en s u r e   co n s is ten cy   ac r o s s   s im u latio n s ,   th f o llo win g   ass u m p tio n s   a r ad o p ted   as  in   T a b le  2 .   W in d   ef f ec ts   ar co n s id er e d   s tead y - s tate.   T h ese  ass u m p tio n s   en ab le   r ea lis tic  ev alu atio n   o f   v e h icle  o p e r atio n   in   u r b a n   a n d   h ig h way   en v ir o n m en ts .       T ab le  2 Simu latio n   p ar am eter s   an d   ass u m p tio n s   P a r a me t e r   V a l u e   V e h i c l e   s p e e d   30 1 0 0   k m / h   S o l a r   i r r a d i a n c e   6 0 0 1 0 0 0   W /   A mb i e n t   t e m p e r a t u r e   25 45   °C   A i r   d e n s i t y   1 . 2 2 5   k g /   P V   e f f i c i e n c y   2 2 %   P a n e l   a r e a   2         3 . 2 .     Aer o dy na m ic  f lo a na l y s is   us i ng   CF D   Aer o d y n a m ic  p e r f o r m an ce   d ir ec tly   af f ec ts   v e h icle  en e r g y   co n s u m p tio n   an d   in f l u en c es  air f lo d is tr ib u tio n   o v e r   th PV  m o d u les.  C FD   s im u latio n s   ar co n d u cted   to   e v alu ate  air f lo b eh av io r   ar o u n d   th e   v eh icle  b o d y   an d   d eter m in o p p o r tu n ities   f o r   d r a g   r ed u ctio n .   T h g o v er n in g   eq u atio n s   ar th in co m p r ess ib le   r ey n o ld s - a v er ag e d   n av ier s to k es  ( R ANS)   th co n tin u ity   eq u atio n   is   g iv en   b y :       . ν 0     Mo m en tu m   e q u atio n   is   p r esen ted   as in   ( 1 ) .     ρ ( ν   . ) ν   Δ P +   μΔ + ρ g   ( 1 )     W h er ρ   air   d en s ity ,   ν   v el o city   v ec to r ,   p r ess u r e,   a n d   μ   d y n am ic  v is co s ity .   T h s tan d ar d   k -   tu r b u len ce   m o d el  is   a d o p ted   b ec au s o f   its   p r o v e n   ef f ec tiv en ess   in   ex ter n al  v eh icle  ae r o d y n am ics.  T h d r ag   co ef f icien t is d eter m in e d   u s in g   ( 2 ) .        ( 2 )     W h er d r ag   f o r ce ,   f r o n t al  ar ea   an d   V=   v eh icle  v elo city .   Similar ly ,   th lift  co ef f icien is   co m p u ted   as   in   ( 3 ).     2    ( 3 )     W h er lift  f o r ce   Fig u r 3   illu s tr ates  th air f lo s im u latio n   en v ir o n m en e m p lo y ed   in   th C FD  an aly s is .   B o u n d ar y   co n d itio n s   i n clu d e   v elo city   in let,   p r ess u r e   o u tlet,   an d   n o - s lip   wall  c o n d itio n s   to   ac cu r ately   e v alu ate  ae r o d y n am ic  d r a g   an d   f lo s e p ar atio n .     3 . 2 . 1 .   Aer o dy na m ic  des ig n c o nfig ura t io ns   T h r ee   v e h icle  co n f ig u r atio n s   a r an aly ze d :     B aselin E with o u t PV  o p tim izatio n .       E with   r o o f - m o u n ted   PV in t eg r atio n .       Aer o d y n a m ically   o p tim ized   s o lar - ass is ted   E V.     T h o p tim ized   d esig n   in c o r p o r ates  s tr ea m lin ed   r o o f   g e o m etr y ,   r ed u ce d   f r o n tal  s tag n atio n   r eg io n s ,   in teg r ated   r ea r   d if f u s er ,   an d   s m o o th   PV  s u r f ac tr a n s itio n s .   T h o b jectiv is   to   m in im ize   ae r o d y n am ic  d r ag   wh ile  m ax im izin g   s o lar   e x p o s u r e.     3 . 3 .     Str uct ura l a na l y s i s   us i n g   F E A   T h s tr u ctu r al  e v alu atio n   in v e s tig ates  th m ec h an ical  im p ac o f   in te g r atin g   PV   m o d u les  in to   th E V   b o d y   s tr u ctu r e.   L ig h tweig h co m p o s ite  m ater ials   s u ch   as  ca r b o n   f ib er   r ein f o r ce d   p o l y m er   ( C FR P)  an d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2       E va lu a tio n   o f a ero d y n a mic  a n d   s tr u ctu r a l d esig n   to   en h a n ce   s o la r   … ( Mo h a med   A b u b a kr Ma h g o u b   Ha s s a n )   655   alu m in u m   allo y s   ar co n s id er ed   d u to   th eir   f av o r ab le  s tr en g th - to - weig h r atio s .   T h s tr es s - s tr ain   r elatio n s h ip   f o llo ws Ho o k e' s   L aw  as in   ( 4 ) .           ( 4 )     wh er σ   s tr ess ,   E   =   y o u n g s   m o d u lu s   an d     =   s tr ain .   T h v o n   Mises   s tr ess   cr iter io n   is   u s ed   to   ass ess   s tr u ctu r al  s af ety :     σ   ( σ 1 σ 2 ) 2 +   ( σ 2 σ 3 ) 2 + ( σ 3 σ 1 ) 2       ( 5 )     W h er σ 1 ,   σ 2 ,   σ 3   ar p r in cip al  s tr ess es.   Fig u r 4   p r esen ts   th s tr u ctu r al  co n f ig u r atio n   a d o p ted   f o r   FEA .   Me ch an ical  lo ad s   ass o ciate d   with   ae r o d y n am ic  p r ess u r e,   p an el  weig h t,  an d   o p er atio n al  v ib r ati o n   is   ap p lied   to   ev alu ate  s tr u ct u r al  in teg r ity .           Fig u r 3 .   C FD  co m p u tatio n al  d o m ain   a n d   b o u n d ar y   c o n d itio n s   f o r   ae r o d y n am ic  an aly s is           Fig u r 4 .   Fin ite  elem en t m o d e l sh o win g   PV  m o d u le  in teg r ati o n   an d   ap p lied   s tr u ctu r al  lo ad i n g   co n d itio n s       3 . 3 . 1 .   Str uct ura perf o rma nce  m et rics   T h f o llo win g   s tr u ctu r al  m etr i cs a r ev alu ated   b ased   o n   T a b l 3 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  42 ,   No .   3 ,   J u n e   20 26 6 4 9 - 6 6 5   656   T ab le  3 Stru ctu r al  ev alu atio n   p ar am eter s   P a r a me t e r   D e scri p t i o n   V o n   mi s e s s t r e ss   F a i l u r e   a sses sme n t   To t a l   d e f o r m a t i o n   S t r u c t u r a l   d i sp l a c e m e n t   F a c t o r   o f   s a f e t y   M e c h a n i c a l   r e l i a b i l i t y   N a t u r a l   f r e q u e n c y   V i b r a t i o n   r e s i st a n c e   A d d e d   m a ss   W e i g h t   i mp a c t       3 . 4 .     PV   ener g y   f lo m o delin g   T h PV   s u b s y s tem   co n v er ts   i n cid en s o lar   r ad iatio n   in to   el ec tr ical  en er g y   u s ed   to   c h ar g th E V   b atter y   an d   s u p p ly   au x iliar y   l o ad s .   T h g e n er ated   s o lar   p o we r   is   ca lcu lated   as in   ( 6 ) .      η GA   ( 6 )     W h er η   PV e f f icien cy ,   G=   s o lar   ir r ad ian ce ,   a n d   is   p an el  a r ea .   T h d aily   h ar v ested   en e r g y   is   esti m ated   as   in   ( 7 ) :       X   t     ( 7 )     w h er =   o p e r atin g   tim e.   T h e   MPPT  co n tr o ller   co n tin u o u s l y   tr ac k s   th e   o p tim al  o p e r atin g   p o in t   to   m a x im ize   p o wer   ex tr ac tio n   u n d er   v ar y in g   ir r ad ian ce   co n d itio n s .   Fig u r 5   illu s tr ates  th f lo o f   elec tr ical  e n er g y   f r o m   PV  g en er atio n   th r o u g h   e n er g y   co n d itio n in g   an d   s to r a g s tag es  to   th e   p r o p u ls io n   s y s tem .   T h a r ch itectu r en a b les  ef f icien t   u tili za tio n   o f   h ar v ested   s o lar   en er g y .           Fig u r 5 .   PV   en er g y   f lo an d   p o wer   m an a g em en t a r ch itectu r e       3 . 5 .     B a t t er y   a nd   ener g y   m a na g em ent   m o delin g   T h g e n er ated   s o lar   en e r g y   i s   r o u ted   th r o u g h   an   MPPT  co n tr o ller ,   b atter y   m an a g em e n s y s tem   ( B MS) ,   DC - D C   co n v er ter ,   a n d   elec tr ic  d r iv s y s tem .   T h b a tter y   s tate  o f   ch ar g ( SOC )   is   ca lcu lated   as in   ( 8 ).       0 + 1 ( )    ( 8 )       W h er e    0 in itial  SOC ,   C   b atter y   ca p ac ity   an d   ( )   ch ar g in g   cu r r en t.  T h is   m o d el  en a b les  ev alu atio n   o f   th co n tr ib u tio n   o f   s o lar   en er g y   to   o v er all  b atter y   ch a r g in g   p er f o r m an ce .     3 . 6 .     T herm a a na ly s is   o f   v eh icle - inte g ra t ed  PV   m o du les   T em p er atu r e   s ig n if ican tly   a f f ec ts   PV   p er f o r m an ce   b ec au s in cr ea s in g   ce ll  tem p e r atu r r ed u ce s   co n v er s io n   ef f icien cy .   PV e f f i cien cy   v ar iatio n   with   tem p er at u r is   ex p r ess ed   as in   ( 9 ) :   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:   2502 - 4 7 5 2       E va lu a tio n   o f a ero d y n a mic  a n d   s tr u ctu r a l d esig n   to   en h a n ce   s o la r   … ( Mo h a med   A b u b a kr Ma h g o u b   Ha s s a n )   657    -   [1 - β(T - ) ]   ( 9 )     w h er  r   tem p er atu r e - d ep e n d en e f f iciec n cy ,   r ef er e n ce   ef f icien cy ,   β  =te m p er atu r e   c o ef f icien t,  T   =   o p er atin g   te m p er atu r an d   r ef er en ce   tem p er at u r e.   T h er m al  s im u latio n s   ex am in th s u r f a ce   tem p er atu r e   d is tr ib u tio n ,   an d   its   air f lo co o lin g   ef f ec t s .   I also   ex am in es  th h ea ac cu m u latio n   u n d er   s o lar   ex p o s u r an d   ef f icien cy   d e g r ad atio n   d u to   t em p er atu r r is e.     Fig u r 6   s h o ws  th th er m al  p r o f ile  o f   th PV   s u r f ac e.   E lev a ted   tem p er atu r es  ar o b s er v ed   in   ce n tr al   p an el  r eg io n s ,   h ig h lig h tin g   t h e   im p o r tan ce   o f   th e r m al  m an a g em en t stra teg ies f o r   m ain tain i n g   PV  ef f icien cy .           Fig u r 6 .   Simu lated   tem p er atu r d is tr ib u tio n   ac r o s s   th v eh ic le - in teg r ated   PV   s u r f ac u n d e r   p ea k   s o lar   ir r ad ian ce   co n d itio n s       3 . 7 .     P er f o r m a nce  ev a lua t io n m et rics   T h ef f ec tiv en ess   o f   th p r o p o s ed   s o lar - ass is ted   EV   d esig n   was  ev alu ated   u s in g   s et  o f   ae r o d y n am ic,   s tr u ctu r al,   PV ,   b atter y ,   a n d   th e r m al  p e r f o r m an ce   in d icato r s .   Aer o d y n am i p er f o r m an ce   was  ass es s ed   th r o u g h   d r ag   an d   lif co ef f icien ts ,   wh ich   d eter m in v eh ic le  r esis tan ce   an d   s ta b ilit y   u n d er   v ar y in g   o p er atin g   co n d itio n s .   Stru ctu r al  p er f o r m an ce   was  ev alu ated   u s in g   v o n   Mises   s tr ess ,   m ax im u m   d e f o r m atio n ,   an d   f ac t o r   o f   s af ety   to   en s u r th e   m ec h a n ical  in teg r ity   o f   th s o lar - i n teg r ated   v eh icle  s tr u ctu r e.   PV   p er f o r m a n ce   was  q u an tifie d   th r o u g h   g en e r ated   p o we r   o u tp u an d   h a r v ested   d aily   en e r g y ,   wh ile  b a t t e r y   p e r f o r m a n c e   w a s   as s ess e d   u s i n g   t h e   s t at e - of - c h a r g e   c o n t r i b u t io n   r e s u l t i n g   f r o m   s o l a r   c h a r g i n g   [ 2 0 ] ,   [ 2 1 ] .   T h er m al  p er f o r m an ce   was  ev alu ated   b y   a n aly zin g   PV   c ell  tem p er atu r e   an d   th e   co r r esp o n d in g   ef f icien cy   l o s s   d u t o   tem p er atu r r is e.   T h ese  m etr ics  co ll ec tiv ely   p r o v id e   c o m p r e h en s iv f r am ewo r k   f o r   ass es s in g   th im p ac o f   ae r o d y n am ic  o p tim izatio n ,   s tr u ctu r al  in teg r atio n ,   en e r g y   h ar v est in g   ca p ab ilit y ,   an d   th er m al  m a n ag em en t   o n   th e   o v er all  p e r f o r m an ce   o f   th e   p r o p o s ed   s o lar - ass is ted   E V.   T ab l 4   s u m m ar izes  th e   k ey   p er f o r m a n ce   ev alu ati o n   m etr ics ad o p ted   in   t h is   s tu d y .       T ab le  4 Per f o r m an ce   ev alu ati o n   m etr ics   C a t e g o r y   P a r a me t e r   P u r p o se   A e r o d y n a m i c   D r a g   c o e f f i c i e n t   Ev a l u a t e   a e r o d y n a mi c   r e s i st a n c e     Li f t   c o e f f i c i e n t   A ssess  v e h i c l e   st a b i l i t y   S t r u c t u r a l   V o n   mi s e s s t r e ss   D e t e r m i n e   st r u c t u r a l   safe t y     M a x i m u m   d e f o r ma t i on   Ev a l u a t e   p a n e l   d i s p l a c e me n t     F a c t o r   o f   S a f e t y   V e r i f y   s t r u c t u r a l   r e l i a b i l i t y   P h o t o v o l t a i c   P v   o u t p u t   p o w e r   M e a su r e   g e n e r a t e d   s o l a r   p o w e r     H a r v e s t e d   e n e r g y   Q u a n t i f y   d a i l y   e n e r g y   p r o d u c t i o n   B a t t e r y   S t a t e   o f   C h a r g e   A ssess  b a t t e r y   c h a r g i n g   c o n t r i b u t i o n   Th e r m a l   C e l l   t e m p e r a t u r e   Ev a l u a t e   t h e r mal   b e h a v i o r     Ef f i c i e n c y   l o ss   Q u a n t i f y   t e m p e r a t u r e   e f f e c t s       3 . 8 .     Co m pa ra t iv a s s ess m ent   f ra m ewo rk   Fin ally ,   th p r o p o s ed   o p tim i ze d   d esig n   is   co m p ar e d   a g a in s co n v en tio n al  s o lar - ass is ted   E co n f ig u r atio n .   T h e   co m p ar is o n   f o c u s es  o n   ae r o d y n am ic   ef f i cien cy   im p r o v e m en t,  s tr u ct u r a weig h r e d u ctio n ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4 7 5 2   I n d o n esian   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci ,   Vo l.  42 ,   No .   3 ,   J u n e   20 26 6 4 9 - 6 6 5   658   s o lar   en er g y   a b s o r p tio n   en h a n ce m en t,  th er m al  p e r f o r m an ce   i m p r o v e m en t,  an d   v eh icle  e n er g y   ef f icien c y .   T h is   co m p ar ativ ass ess m en p r o v id es  q u an titativ b asis   f o r   d eter m in in g   t h ef f ec tiv en ess   o f   co o r d in ate d   ae r o d y n am ic  an d   s tr u ctu r al  o p tim izatio n   s tr ateg ies in   en h an c in g   s o lar   en er g y   a b s o r p tio n   f o r   EVs .       4.   RE SU L T   AND  DI SCUS SI O N   T h is   s ec tio n   p r esen ts   th s im u latio n   r esu lts   o b tain ed   f r o m   th in teg r ated   C FD FEA PV   en er g y - f l o w   m o d el,   an d   th e r m al  p er f o r m an ce   ev alu atio n .   T h e   o b jecti v is   to   q u a n tify   th e   im p ac o f   ae r o d y n am ic   o p tim izatio n ,   s tr u ctu r al  in teg r atio n ,   en er g y   m an ag e m en t,  a n d   th er m al  r eg u latio n   o n   th o v er all  s o lar   en e r g y   ab s o r p tio n   ca p ab ilit y   o f   th p r o p o s ed   s o lar - ass is ted   EV .   T h r esu lts   ar d is cu s s ed   in   ter m s   o f   ae r o d y n am ic   ef f icien cy ,   s tr u ctu r al  r eliab ilit y ,   PV   en er g y   g en e r atio n ,   a n d   t em p er atu r e - d ep en d en t p e r f o r m an ce .     4 . 1 .     Aer o dy na m ic  perf o r m a nce  a na ly s is   T h ae r o d y n am ic  p e r f o r m an c o f   th p r o p o s ed   v eh icle  d esi g n   was  ev al u ated   u s in g   C FD  s im u latio n s   u n d er   v eh icle  s p ee d s   r an g i n g   f r o m   3 0   k m /h   t o   1 0 0   k m /h .   T h b aselin v eh icle  g eo m e tr y   was  co m p ar ed   ag ain s th o p tim ized   co n f ig u r atio n   in co r p o r atin g   a   s tr ea m lin ed   r o o f   p r o f ile,   in teg r ate d   PV   m o d u les,  r ea r   d if f u s er ,   an d   m o d if ied   s p o ile r   g eo m etr y .   B ef o r p r esen tin g   th n u m er ical  r esu lts ,   Fig u r 7   illu s tr ates  th air f lo d is tr ib u tio n   a n d   v elo ci ty   co n to u r s   ar o u n d   th e   o p tim iz ed   s o lar - ass is ted   E m o d el.   T h s im u latio n   r e s u lts   in d icate   th at  th o p tim ized   d esig n   ac h iev ed   a   d r a g   co ef f icien r e d u ctio n   f r o m   0 . 3 1 0   to   0 . 2 3 6 ,   r ep r esen tin g   an   im p r o v em e n o f   ap p r o x im ately   2 3 . 7 %.  T h e   r ed u ctio n   i n   d r a g   is   p r im a r ily   attr ib u ted   to   s m o o th er   air f l o attac h m en t a lo n g   th r o o f lin an d   d ela y ed   f l o s ep ar atio n   at  th r ea r   s ec tio n   o f   th v eh icle.   Similar ly ,   th lift  co ef f icien d ec r ea s ed   f r o m   0 . 1 0 5   to   0 . 0 8 4 ,   co r r esp o n d i n g   to   r ed u ctio n   o f   ap p r o x im ately   2 0 %.  L o we r   lift  v alu es  co n tr ib u te  t o   im p r o v e d   v e h icle  s tab ilit y ,   p a r ticu lar ly   at  h i g h er   ope r atin g   s p ee d s .   T h f r o n tal  ar ea   was  also   s lig h tly   r ed u ce d   f r o m   2 . 1 0   m ²  to   2 . 0 3   m ²  d u to   o p tim ized   b o d y   co n to u r s .   T a b le  5   s u m m ar izes   th ae r o d y n am ic  p er f o r m a n ce   co m p ar is o n   b etwe en   t h b aselin an d   o p tim ized   co n f ig u r atio n s .   T h r e d u ctio n   in   d r ag   ar ea   d ir ec t ly   tr a n s lates  in to   lo wer   p r o p u ls io n   en er g y   d em an d .   C o n s eq u en tly ,   th e n er g y   co n s u m ed   b y   th tr ac tio n   m o t o r   d ec r ea s es,  allo win g   a   g r e ater   p r o p o r tio n   o f   h ar v ested   s o lar   en e r g y   t o   co n t r ib u te  to   v e h icle  o p e r atio n   an d   b atter y   ch a r g in g .           Fig u r 7 .   C FD  v elo city   co n to u r   an d   air f lo s tr ea m lin es sh o win g   f lo s ep ar atio n   ch ar ac te r is tics   ar o u n d   th o p tim ized   s o lar - ass is ted   EV       T ab le  5 Aer o d y n am ic  p er f o r m an ce   co m p ar is o n   P a r a me t e r   B a se l i n e   d e si g n   O p t i mi z e d   d e si g n   I mp r o v e m e n t   D r a g   c o e f f i c i e n t   ( C d )   0 . 3 1 0   0 . 2 3 6   2 3 . 7 %   Li f t   c o e f f i c i e n t   ( C l )   0 . 1 0 5   0 . 0 8 4   2 0 . 0 %   F r o n t a l   a r e a   ( )   2 . 1 0   2 . 0 3   3 . 3 %   A e r o d y n a m i c   d r a g   a r e a   ( )   0 . 6 5 1   0 . 4 7 9   2 6 . 4 %     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.