Provocări tehnice în construirea solare

După cum a prezis FAA cu câțiva ani în urmă, vânzările de drone în scopuri comerciale au crescut dramatic, la fel și capacitatea globală de energie solară. Aceste două tehnologii împreună au ridicat speranța de a vedea drone cu energie solară zburând sus pe cer. Multe companii private mici, mari giganți de tehnologie și aviație precum Airbus, Boeing, Google, AeroVironment, Sunbirds SAS, Sunlight Aerospace etc. sunt deja pe piață de ceva timp și lucrează intens pentru dezvoltarea dronelor cu energie solară.

Se anticipează că accentul pe o mai mare utilizare a surselor regenerabile de energie va spori creșterea pieței într-o măsură mai mare, iar aplicarea dronelor în fotografia aeriană, agricultura solară, colectarea datelor, agricultura agricolă, mineritul etc., determină creșterea piața dronelor cu energie solară. Potrivit raportului Global-202024 al pieței UAV cu energie solară, se așteaptă ca piața UAV cu energie solară să crească cu 485,46 milioane de dolari până în 2024, progresând la un CAGR de 10%.

Fără îndoială, UAV-urile cu energie solară au demonstrat capacități interesante pentru înălțimi mari și rezistență îndelungată, dar UAV-urile cu energie solară actuale sunt extrem de ușoare și fragile și au sarcini utile mici. În ceea ce privește greutatea și energia captată, panourile solare devin din ce în ce mai eficiente, dar întrebarea care rămâne de răspuns este - Cât de fezabile sunt dronele cu energie solară și care sunt problemele tehnice cu care se confruntă companiile de aviație? Am vorbit în detaliu despre UAV - uri, tipurile lor și aplicarea lor într-unul din articolele noastre. Astăzi, am decis să aruncăm lumină asupra dronelor alimentate cu energie solară, fezabilitatea lor și dificultăți tehnice.

Care este fezabilitatea dronelor cu energie solară?

Dependența de vreme, absența reglementărilor stricte, incidentele în creștere ale UAV etc. sunt factorii majori care au scăzut fezabilitatea UAV-urilor cu energie solară. Din punct de vedere tehnic, soarele furnizează 100% energie și pentru ca o dronă să stocheze și să utilizeze energia solară, este necesară o zonă vastă pe care pot fi instalate panouri solare. În plus, panourile solare trebuie să fie 100% eficiente. Să vorbim despre dificultățile / provocările care trebuie rezolvate pentru ca o dronă cu energie solară să maximizeze colectarea de energie solară.

Suprafață mare necesară pentru panourile solare

Dronele cu energie solară au costuri de întreținere reduse și asigură reducerea amprentei de carbon pe scară largă, dar pentru a asigura o eficiență ridicată, este necesară o suprafață mare pentru instalarea panourilor solare. Panourile solare din dronele alimentate de soare sunt instalate pe aripi fixe. Cu cât sunt mai mari panourile, cu atât este mai mare puterea pe care o aspiră de la soare. Creșterea extraordinară a dimensiunii dronei poate ajuta la utilizarea optimă a energiei solare și acolo se află problema. Panourile solare voluminoase nu sunt deloc fezabile pentru aplicațiile cu drone. Această problemă este abordată de diverse companii care lucrează la panouri solare flexibile, subțiri și ușoare de tipul următoarei generații, care sunt utilizate pe scară largă.

Colectarea și utilizarea energiei solare

Deoarece energia solară recoltată variază semnificativ în timp, întreruperea de energie a UAV-ului cu energie solară variază în consecință. Probabilitatea unei întreruperi de energie este mare dimineața din cauza puterii recoltate mai mici și continuă să crească până la prânz. După amiază, puterea recoltată se reduce și pierde și energia. În timpul prânzului, energia solară recoltată este relativ mai mare. Prin urmare, timpul de încărcare a bateriei la același nivel se reduce.

Care este soluția atunci?

Datorită creșterii capacității de generare a energiei solare, au loc mai multe progrese pe piața dronelor cu energie solară la nivel global. În plus, organizațiile explorează noi posibilități pentru utilizarea UAV-urilor cu energie solară în diverse scopuri și pentru abordarea problemelor la scară globală. Cu această aplicație a dronelor în diferite industrii, se desfășoară cercetări în desfășurare pentru înlocuirea componentelor structurale ale UAV-urilor cu dispozitive de stocare a energiei și de generare a energiei pentru a îmbunătăți rezistența la zbor și capacitățile de performanță ale UAV-urilor cu energie solară.

Amplasarea celulelor solare pe drone nu este singura tehnologie a dronelor în care au loc cercetări și dezvoltări. Companiile de aviație se străduiesc să reducă greutatea parazitară ridicată din cauza sistemelor de alimentare necesare la bord. De asemenea, se depun eforturi pentru a include baterii litiu-polimer și dispozitive de generare a energiei, cum ar fi celulele solare. Diverse dispozitive gratuite de generare a energiei și anume. dispozitivele de stocare a energiei structurale, generatoarele termoelectrice celule solare structurale etc. sunt utilizate pentru a face drona să zboare eficient. Mai mult, se fac eforturi pentru îmbunătățirea raportului putere-greutate al aeronavei și pentru a permite unei structuri să reziste la diferite condiții de încărcare aerodinamice nominale și off-nominale pe care le-ar putea întâmpina în timpul zborului.

Arborele solar și încărcătoarele EV sunt dezvoltate de companii precum Envision Solar. Această companie din California a proiectat, de asemenea, EV ARC (care acționează ca un încărcător de drone) pentru a aborda problemele legate de distanță și autonomie. UAV ARC este complet în afara rețelei și este echipat cu baterii de a face produsul mult mai scalabilă. Dispozitivul nu este destinat doar să fie utilizat pentru încărcarea flotelor de drone, ci și pentru a aduna informații despre dronele solare și pentru a oferi informații despre performanță.

Am avut ocazia să discutăm cu Shweta Patil, specialist în tehnologie la ISPAGRO Robotics și am înțeles câteva aspecte tehnologice în proiectarea dronelor cu energie solară și, de asemenea, despre fezabilitatea acestora. Iată ce a spus ea:

Progrese recente care au avut loc în dronele cu energie solară

Din anul 2017, când drona cu energie solară a Facebook-ului, cu anvergura aripilor unui Boeing 737, a luat un zbor către anul 2019, când drona chineză cu energie solară - Meiying a zburat pe o rază lungă de 10 ore în iarna slab luminată; mai multe drone cu energie solară au efectuat zboruri de testare. În timp ce unii s-au dovedit a avea succes, unii au nevoie de îmbunătățiri pe diverse fronturi. Recent, drona cu energie solară SB4 Phoenix de la Sunbirds a luat zborul și a traversat de două ori Canalul Mânecii, făcând o călătorie dus-întors de la Sangatte la Dover. Să aruncăm o privire mai atentă la unele dintre dronele cu energie solară care au luat zborul recent.

HAWK30 - Pseudo-sateliți de înaltă altitudine (HAPS)

Acesta este un UAV fără pilot, cu rezistență lungă, alimentat cu energie solară, dezvoltat în parteneriat între filiala SoftBank din Tokyo, HAPSMobile și contractorul american de apărare AeroVironment. HAWK30 a finalizat un zbor de testare la un centru de cercetare NASA din California în septembrie 2019 și este în curs de a furniza servicii bazate pe HAPS până în 2023. Drona este construită din materiale ușoare, are 10 elice și o anvergură de 256 de picioare. Panourile solare sunt instalate pe suprafața aripii pentru a alimenta o baterie litiu-ion cu densitate mare de energie, permițând UAV-ului să continue să zboare și să transmită chiar și după apusul soarelui.

SB4 Phoenix

Această dronă cu energie solară complet autonomă de la Sunbirds a luat zborul pe 14 septembrie 2020, traversând de două ori Canalul Mânecii, făcând o călătorie dus-întors de la Sangatte la Dover. Această dronă ușoară cu energie solară a realizat 100 km și 2 h 21 min. zbor peste mare dintr-o țară în alta cu baterii 100% încărcate la sosire.

Drona cu energie solară din Coreea EAV3

Recent, EAV3 realizat de Korea Aerospace Research Institute (KARI) și-a finalizat cel mai lung zbor continuu de 53 de ore la o altitudine mare în care aerul era insuficient. Acest UAV alimentat cu energie solară este echipat cu celule ultra-energetice, are o lungime de 9 m, o anvergură a aripilor de 20 m și cântărește în jur de 21 kg (46 lbs). A zburat la o înălțime de 12-18 kilometri în stratosferă timp de 16 ore și a doborât recordul unei drone cu energie solară care a finalizat un zbor de 90 de minute la o altitudine de 18 kilometri în 2016.

Google / Titan Aerospace: Solara 50 Boeing / DARPA: SolarEagle, Aurora Științe de zbor: Odiseu, BAE Sisteme: PHASA-35, Academia Chineză de Aerodinamică Aerospațială (CAAA): Caihong (Rainbow) T-4, Facebook / Ascenta: Aquila, Airbus: Zephyr-S sunt unele dintre celelalte drone UAV cu energie solară care au fost proiectate și dezvoltate în ultimii ani.

Văzând soluțiile și asistând la din ce în ce mai multe companii care se alătură benzii, este greu să nu prezicem perspectivele strălucitoare pe care le așteaptă UAV-urile cu energie solară. În întreaga lume se desfășoară activ eforturi pentru a dezvolta această tehnologie care să fie aplicată aeronavelor, în primul rând pentru că poate îndeplini sarcini într-un mod ecologic la un cost mai mic. De la ajutorul la diverse operațiuni militare, colectarea datelor și livrarea pe bază de drone pentru ajutorarea dezastrelor și comercianții cu amănuntul, UAV-urile cu energie solară au făcut ca lucrurile să fie mult mai eficiente și mai economice. Nu vom greși când sunăm UAV-urile cu energie solară și următorul lucru important!