Wyzwania techniczne w budowie energii słonecznej

Jak przewidziała FAA kilka lat temu, sprzedaż dronów do celów komercyjnych wzrosła dramatycznie, podobnie jak globalna pojemność energii słonecznej. Te dwie technologie razem dały nadzieję na zobaczenie dronów zasilanych energią słoneczną latających wysoko na niebie. Wiele małych prywatnych firm, dużych gigantów technologicznych i lotniczych, takich jak Airbus, Boeing, Google, AeroVironment, Sunbirds SAS, Sunlight Aerospace itp. Jest już na rynku od dłuższego czasu i intensywnie pracuje nad rozwojem dronów zasilanych energią słoneczną..

Przewiduje się, że skupienie się na większym wykorzystaniu odnawialnych źródeł energii w większym stopniu pobudzi wzrost rynku, a zastosowanie dronów w fotografii lotniczej, rolnictwie słonecznym, gromadzeniu danych, rolnictwie, górnictwie itp. Napędza wzrost rynek dronów zasilanych energią słoneczną. Według raportu Global Solar-powered UAV Market 2020-2024, oczekuje się, że rynek UAV zasilanych energią słoneczną wzrośnie o 485,46 mln USD do 2024 r., Osiągając CAGR na poziomie 10%.

Niewątpliwie UAV zasilane energią słoneczną wykazały interesujące możliwości w zakresie dużych wysokości i długiej żywotności, ale obecne UAV zasilane energią słoneczną są niezwykle lekkie i delikatne oraz mają niewielkie obciążenia. Pod względem masy i przechwyconej energii panele słoneczne stają się coraz bardziej wydajne, ale pozostaje pytanie, na które pozostaje odpowiedź: na ile wykonalne są drony zasilane energią słoneczną i jakie problemy techniczne stoją przed firmami lotniczymi? Szczegółowo omawialiśmy UAV, ich typy i zastosowanie w jednym z naszych artykułów. Dziś postanowiliśmy rzucić nieco światła na drony zasilane energią słoneczną, ich wykonalność i trudności techniczne.

Jaka jest wykonalność dronów zasilanych energią słoneczną?

Zależność od pogody, brak surowych przepisów, rosnąca liczba przypadków UAV itp. To główne czynniki, które zmniejszają wykonalność UAV zasilanych energią słoneczną. Z technicznego punktu widzenia słońce dostarcza 100% energii, a aby dron mógł przechowywać i wykorzystywać energię słoneczną, potrzebny jest rozległy obszar, na którym można zainstalować panele słoneczne. Dodatkowo panele słoneczne muszą być w 100% wydajne. Porozmawiajmy o trudnościach / wyzwaniach, które muszą zostać rozwiązane, aby dron zasilany energią słoneczną zmaksymalizował gromadzenie energii słonecznej.

Panele słoneczne wymagają dużej powierzchni

Drony zasilane energią słoneczną mają niskie koszty utrzymania i zapewniają zmniejszenie śladu węglowego na dużą skalę, ale aby zapewnić wysoką wydajność, wymagany jest duży obszar do zainstalowania paneli słonecznych. Panele słoneczne w dronach zasilanych słońcem są instalowane na stałych skrzydłach. Im większe panele, tym więcej energii zasysają ze słońca. Zwiększenie rozmiaru drona może ogromnie pomóc w optymalnym wykorzystaniu energii słonecznej i na tym polega problem. Nieporęczne panele słoneczne w ogóle nie nadają się do zastosowań dronów. Problemem tym zajmują się różne firmy pracujące nad elastycznymi, cienkimi i lekkimi panelami słonecznymi nowej generacji, które są szeroko stosowane.

Gromadzenie i wykorzystanie energii słonecznej

Ponieważ gromadzona energia słoneczna zmienia się znacznie w czasie, przerwy w dostawie energii w zasilanym energią słoneczną UAV odpowiednio się zmieniają. Prawdopodobieństwo przerwy w dostawie energii jest wysokie rano ze względu na mniejszą moc pobieraną i rośnie aż do południa. Po południu zbierana moc spada, a przerwy w dostawie energii również się zmniejszają. W południe zebrana energia słoneczna jest stosunkowo wyższa. Dlatego czas ładowania akumulatora do tego samego poziomu ulega skróceniu.

Jakie jest zatem rozwiązanie?

Ze względu na wzrost zdolności wytwarzania energii z energii słonecznej na globalnym rynku dronów zasilanych energią słoneczną ma miejsce kilka postępów. Ponadto organizacje badają nowe możliwości wykorzystania UAV zasilanych energią słoneczną do różnych celów i rozwiązywania problemów w skali globalnej. Przy takim zastosowaniu dronów w różnych gałęziach przemysłu trwają badania nad zastąpieniem elementów konstrukcyjnych UAV urządzeniami magazynującymi i wytwarzającymi energię w celu poprawy wytrzymałości lotu i wydajności UAV zasilanych energią słoneczną.

Umieszczanie ogniw słonecznych na dronach nie jest jedyną technologią dronów, w której prowadzone są badania i rozwój. Firmy lotnicze pracują nad zmniejszeniem ciężaru pasożytniczego, który jest wysoki ze względu na wymagane systemy zasilania na pokładzie. Podejmowane są również wysiłki, aby uwzględnić baterie litowo-polimerowe i urządzenia do wytwarzania energii, takie jak ogniwa słoneczne. Różne urządzenia wytwarzające darmową energię, a mianowicie. strukturalne urządzenia do magazynowania energii, generatory termoelektryczne, strukturalne ogniwa słoneczne itp. są wykorzystywane do sprawnego latania dronów. Ponadto podejmowane są wysiłki w celu poprawy stosunku mocy do masy samolotu i umożliwienia konstrukcji wytrzymania różnych nominalnych i nietypowych warunków obciążenia aerodynamicznego, które może wystąpić podczas lotu.

Firmy takie jak Envision Solar opracowują ładowarki solarne i ładowarki do pojazdów elektrycznych. Ta kalifornijska firma zaprojektowała również EV ARC (która działa jako ładowarka dronów), aby rozwiązać problemy związane z odległością i zasięgiem. UAV ARC jest całkowicie off-grid i jest wyposażony w baterie wytwarzania produktu znacznie bardziej skalowalne. Urządzenie jest przeznaczone nie tylko do ładowania flot dronów, ale także do zbierania informacji o dronach słonecznych i dostarczania informacji o wydajności.

Mieliśmy okazję porozmawiać ze Shwetą Patil, specjalistą ds. Technologii w ISPAGRO Robotics, i zrozumieliśmy niektóre aspekty technologiczne projektowania dronów zasilanych energią słoneczną, a także ich wykonalność. Oto, co powiedziała:

Ostatnie postępy, które miały miejsce w dronach zasilanych energią słoneczną

Od 2017 roku, kiedy zasilany energią słoneczną dron Facebooka o rozpiętości skrzydeł Boeinga 737 odbył lot do roku 2019, kiedy chiński dron zasilany energią słoneczną - Meiying leciał na 10-godzinny rejs w słabo oświetlonej zimie; kilka dronów zasilanych energią słoneczną wykonało loty testowe. Chociaż niektórym się udało, niektóre wymagają ulepszeń na różnych frontach. Niedawno zasilany energią słoneczną dron firmy Sunbirds SB4 Phoenix wzbił się w powietrze i dwukrotnie przekroczył kanał La Manche, wykonując podróż w obie strony z Sangatte do Dover. Przyjrzyjmy się bliżej niektórym dronom zasilanym energią słoneczną, które niedawno latały.

HAWK30 - pseudosatelity o dużej wysokości (HAPS)

Jest to bezzałogowy UAV o długiej żywotności, zasilany energią słoneczną, opracowany we współpracy między spółką zależną SoftBank z Tokio, HAPSMobile, a amerykańskim dostawcą sprzętu obronnego AeroVironment. HAWK30 ukończył lot testowy w centrum badawczym NASA w Kalifornii we wrześniu 2019 roku i jest w trakcie świadczenia usług opartych na HAPS do 2023 roku. Dron jest zbudowany z lekkich materiałów, ma 10 śmigieł i 256-stopowy rozpiętość skrzydeł. Panele słoneczne są zainstalowane na powierzchni skrzydła, aby zasilać akumulator litowo-jonowy o wysokiej gęstości energii, umożliwiając UAV kontynuowanie lotu i nadawania nawet po zachodzie słońca.

SB4 Phoenix

Ten w pełni autonomiczny dron zasilany energią słoneczną firmy Sunbirds wzbił się w powietrze 14 września 2020 r., Dwukrotnie przekraczając kanał La Manche, wykonując podróż w obie strony z Sangatte do Dover. Ten lekki dron zasilany energią słoneczną pokonał dystans 100 km i 2 h 21 min. lot nad morzem z jednego kraju do drugiego z akumulatorami naładowanymi w 100% po przylocie.

Koreański dron zasilany energią słoneczną EAV3

Niedawno EAV3 wyprodukowany przez Korea Aerospace Research Institute (KARI) zakończył swój najdłuższy ciągły lot trwający 53 godziny na dużej wysokości, gdzie powietrze było niewystarczające. Ten UAV zasilany energią słoneczną jest wyposażony w ogniwa o bardzo dużej gęstości energii, ma 9 m długości, 20 m rozpiętości skrzydeł i waży około 21 kg (46 funtów). Leciał na wysokości 12-18 kilometrów w stratosferze przez 16 godzin i pobił rekord drona zasilanego energią słoneczną, który wykonał 90-minutowy lot na wysokości 18 kilometrów w 2016 roku.

Google / Titan Aerospace: Solara 50 Boeing / DARPA: SolarEagle, Aurora Flight Sciences: Odysseus, BAE Systems: PHASA-35, Chinese Academy of Aerospace Aerodynamics (CAAA): Caihong (Rainbow) T-4, Facebook / Ascenta: Aquila, Airbus: Zephyr-S to tylko niektóre z innych dronów UAV zasilanych energią słoneczną, które zostały zaprojektowane i opracowane w ciągu ostatnich kilku lat.

Widząc rozwiązania i obserwując, jak coraz więcej firm włącza się w modę, trudno nie przewidzieć jasnych perspektyw, jakie czekają UAV zasilane energią słoneczną. Na całym świecie trwają aktywnie wysiłki zmierzające do opracowania tej technologii do zastosowania w samolotach, przede wszystkim dlatego, że może ona wykonywać zadania w sposób przyjazny dla środowiska po niższych kosztach. Pomagając w różnych operacjach wojskowych, gromadzeniu danych i dostarczaniu za pomocą dronów dla pomocy w przypadku katastrof i sprzedawcom komercyjnym, UAV zasilane energią słoneczną sprawiły, że wykonywanie zadań jest znacznie bardziej wydajne i ekonomiczne. Nie pomylimy się, nazywając UAV zasilane energią słoneczną i kolejną wielką rzeczą!