Sfide tecniche nella costruzione di energia solare

Come previsto dalla FAA alcuni anni fa, le vendite di droni per scopi commerciali sono aumentate notevolmente, così come la capacità globale di energia solare. Queste due tecnologie insieme hanno sollevato la speranza di vedere i droni a energia solare volare in alto nel cielo. Molte piccole aziende private, grandi giganti della tecnologia e dell'aviazione come Airbus, Boeing, Google, AeroVironment, Sunbirds SAS, Sunlight Aerospace, ecc.Sono già sul mercato da un po 'di tempo e stanno lavorando intensamente allo sviluppo di droni a energia solare.

Si prevede che l'attenzione su un maggiore utilizzo di fonti di energia rinnovabili aumenterà la crescita del mercato in misura maggiore e l'applicazione di droni nella fotografia aerea, nell'agricoltura solare, nella raccolta di dati, nell'agricoltura, nell'estrazione mineraria, ecc. il mercato dei droni a energia solare. Secondo il rapporto sul mercato degli UAV a energia solare 2020-2024, il mercato degli UAV a energia solare dovrebbe crescere di 485,46 milioni di dollari entro il 2024, con un CAGR del 10%.

Indubbiamente, gli UAV a energia solare hanno dimostrato capacità interessanti per l'alta quota e la lunga durata, ma gli attuali UAV a energia solare sono estremamente leggeri e fragili e hanno piccoli carichi utili. In termini di peso e di energia catturata, i pannelli solari stanno diventando sempre più efficienti ma la domanda a cui resta da rispondere è: quanto sono fattibili i droni ad energia solare e quali sono i problemi tecnici che le compagnie aeree devono affrontare? Abbiamo parlato in dettaglio degli UAV, dei loro tipi e della loro applicazione in uno dei nostri articoli. Oggi abbiamo deciso di fare luce sui droni ad energia solare, sulla loro fattibilità e sulle difficoltà tecniche.

Qual è la fattibilità dei droni ad energia solare?

La dipendenza dalle condizioni meteorologiche, l'assenza di normative severe, l'aumento degli incidenti UAV, ecc. Sono i principali fattori che hanno diminuito la fattibilità degli UAV a energia solare. Tecnicamente parlando, il sole fornisce il 100% di energia e perché un drone possa immagazzinare e utilizzare l'energia solare, è necessaria una vasta area su cui installare i pannelli solari. Inoltre, i pannelli solari devono essere efficienti al 100%. Parliamo delle difficoltà / sfide che devono essere risolte per un drone a energia solare per massimizzare la raccolta di energia solare.

Grande superficie richiesta per i pannelli solari

I droni ad energia solare hanno bassi costi di manutenzione e garantiscono di ridurre l'impronta di carbonio su larga scala ma per garantire un'elevata efficienza, è necessaria un'ampia area per l'installazione dei pannelli solari. I pannelli solari nei droni alimentati dal sole sono installati su ali fisse. Più grandi sono i pannelli, maggiore è la potenza che assorbono dal sole. Aumentare enormemente le dimensioni del drone può aiutare a fare un utilizzo ottimale dell'energia solare ed è qui che risiede il problema. I pannelli solari ingombranti non sono affatto fattibili per applicazioni con droni. Questo problema viene affrontato da varie aziende che lavorano su pannelli solari flessibili, sottili e leggeri di nuova generazione che vengono ampiamente utilizzati.

Raccolta e utilizzo dell'energia solare

Poiché l' energia solare raccolta varia in modo significativo nel tempo, l'interruzione di energia del drone a energia solare varia di conseguenza. La probabilità di un'interruzione energetica è alta al mattino a causa della minore potenza raccolta e continua ad aumentare fino a mezzogiorno. Dopo mezzogiorno, la potenza raccolta si riduce e si riduce anche l'interruzione di energia. Durante il mezzogiorno, l'energia solare raccolta è relativamente più alta. Pertanto, il tempo necessario per caricare la batteria allo stesso livello si riduce.

Qual è la soluzione allora?

A causa dell'aumento della capacità di generazione di energia dall'energia solare, si stanno verificando diversi progressi nel mercato globale dei droni a energia solare. Inoltre, le organizzazioni stanno esplorando nuove possibilità per l'utilizzo di UAV a energia solare per vari scopi e per affrontare i problemi su scala globale. Con questa applicazione di droni in vari settori, sono in corso ricerche per la sostituzione di componenti strutturali degli UAV con dispositivi di accumulo e generazione di energia per migliorare la durata del volo e le capacità di prestazione degli UAV a energia solare.

Il posizionamento di celle solari sui droni non è l'unica tecnologia dei droni in cui si stanno svolgendo ricerca e sviluppo. Le compagnie aeree stanno lavorando per ridurre il peso parassita che è elevato a causa dei sistemi di alimentazione richiesti a bordo. Inoltre, si stanno compiendo sforzi per includere batterie ai polimeri di litio e dispositivi di generazione di energia come le celle solari. Vari dispositivi di generazione di energia libera vale a dire. dispositivi di accumulo di energia strutturale, generatori termoelettrici celle solari strutturali, ecc. vengono utilizzati per far volare il drone in modo efficiente. Inoltre, si stanno compiendo sforzi per migliorare il rapporto peso / potenza dell'aeromobile e consentire a una struttura di resistere a varie condizioni di carico aerodinamico nominali e non nominali che potrebbe subire durante il volo.

L'albero solare e i caricatori per veicoli elettrici sono stati sviluppati da aziende come Envision Solar. Questa azienda con sede in California ha anche progettato EV ARC (che funge da caricabatterie per droni) per affrontare i problemi relativi alla distanza e alla portata. L' UAV ARC è completamente off-grid ed è dotato di batterie che rendono il prodotto molto più scalabile. Il dispositivo non è solo destinato a essere utilizzato per caricare flotte di droni, ma anche per raccogliere informazioni sui droni solari e fornire informazioni sulle prestazioni dei rapporti.

Abbiamo avuto l'opportunità di parlare con Shweta Patil, Technology Specialist presso ISPAGRO Robotics, e abbiamo compreso alcuni aspetti tecnologici nella progettazione di droni a energia solare e anche la loro fattibilità. Ecco cosa ha detto:

I recenti progressi che hanno avuto luogo nei droni ad energia solare

Dall'anno 2017, quando il drone a energia solare di Facebook con un'apertura alare di un Boeing 737 ha preso un volo fino al 2019, quando il drone cinese a energia solare Meiying ha volato per 10 ore a lungo raggio in un inverno poco illuminato; diversi droni a energia solare hanno effettuato voli di prova. Mentre alcuni hanno avuto successo, alcuni necessitano di miglioramenti su vari fronti. Recentemente, il drone SB4 Phoenix a energia solare di Sunbirds ha preso il volo e ha attraversato due volte il Canale della Manica, facendo un viaggio di andata e ritorno da Sangatte a Dover. Diamo uno sguardo più da vicino ad alcuni dei droni a energia solare che hanno recentemente preso il volo.

HAWK30 - Pseudo-satelliti ad alta quota (HAPS)

Si tratta di un UAV a energia solare senza pilota e di lunga durata sviluppato in collaborazione tra la controllata SoftBank di Tokyo HAPSMobile e l'appaltatore statunitense per la difesa AeroVironment. HAWK30 ha completato un volo di prova presso un centro di ricerca della NASA in California nel settembre 2019 ed è in corso per iniziare a fornire servizi basati su HAPS entro il 2023. Il drone è costruito con materiali leggeri, ha 10 eliche e un'apertura alare di 256 piedi. I pannelli solari sono installati sulla superficie dell'ala per alimentare una batteria agli ioni di litio ad alta densità di energia che consente all'UAV di continuare a volare e trasmettere anche dopo il tramonto.

SB4 Phoenix

Questo drone completamente autonomo a energia solare di Sunbirds ha preso il volo il 14 settembre 2020, attraversando due volte il Canale della Manica, facendo un viaggio di andata e ritorno da Sangatte a Dover. Questo leggero drone a energia solare ha raggiunto 100 km e 2 h 21 min. volo sul mare da un paese all'altro con batterie cariche al 100% all'arrivo.

Il drone a energia solare coreano EAV3

Recentemente, l'EAV3 realizzato dal Korea Aerospace Research Institute (KARI) ha completato il suo volo continuo più lungo di 53 ore ad alta quota dove l'aria era insufficiente. Questo UAV a energia solare è dotato di celle ad alta densità energetica, è lungo 9 metri, con un'apertura alare di 20 metri e pesa circa 21 kg (46 libbre). Ha volato ad un'altezza di 12-18 chilometri nella stratosfera per 16 ore e ha battuto il record di un drone a energia solare che ha completato un volo di 90 minuti a un'altitudine di 18 chilometri nel 2016.

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 sono alcuni degli altri droni UAV a energia solare che sono stati progettati e sviluppati negli ultimi anni.

Vedendo le soluzioni e assistendo a un numero sempre maggiore di aziende che si uniscono al carrozzone, è difficile non prevedere le brillanti prospettive che si prospettano per gli UAV a energia solare. Sono in corso attivamente sforzi in tutto il mondo per sviluppare questa tecnologia da applicare agli aerei, principalmente perché può svolgere compiti in modo ecologico a un costo inferiore. Dall'aiuto in varie operazioni militari, raccolta dati e consegna basata su droni per soccorsi in caso di catastrofi e rivenditori commerciali, gli UAV a energia solare hanno reso notevolmente più efficiente ed economico portare a termine le cose. Non sbaglieremo nel chiamare gli UAV a energia solare e la prossima grande cosa!