Τεχνικές προκλήσεις στην κατασκευή ηλιακών

Όπως προβλέπει η FAA λίγα χρόνια πριν, οι πωλήσεις drone για εμπορικούς σκοπούς έχουν αυξηθεί δραματικά, όπως και η παγκόσμια χωρητικότητα ηλιακής ενέργειας. Αυτές οι δύο τεχνολογίες μαζί έχουν δημιουργήσει τις ελπίδες να δουν ηλιακά κηφήνες να πετούν ψηλά στον ουρανό. Πολλές μικρές ιδιωτικές εταιρείες, μεγάλοι τεχνολογικοί και αεροπορικοί γίγαντες όπως Airbus, Boeing, Google, AeroVironment, Sunbirds SAS, Sunlight Aerospace κ.λπ. έχουν ήδη κυκλοφορήσει στην αγορά εδώ και αρκετό καιρό και εργάζονται έντονα για την ανάπτυξη ηλιακών κινητήρων..

Η εστίαση στη μεγαλύτερη χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας αναμένεται να ενισχύσει την ανάπτυξη της αγοράς σε μεγαλύτερο βαθμό και η εφαρμογή drone με αεροφωτογράφηση, ηλιακή καλλιέργεια, συλλογή δεδομένων, γεωργική γεωργία, εξόρυξη κ.λπ. οδηγεί την ανάπτυξη η ηλιακή αγορά drone. Σύμφωνα με την έκθεση UAV Market 2020-2024 της Παγκόσμιας ηλιακής ενέργειας, η αγορά UAV με ηλιακή ενέργεια αναμένεται να αυξηθεί κατά 485,46 εκατομμύρια δολάρια έως το 2024 και να προχωρήσει σε CAGR 10%.

Αναμφίβολα, τα UAV με ηλιακή ενέργεια έχουν δείξει ενδιαφέρουσες δυνατότητες για μεγάλο υψόμετρο και μεγάλη αντοχή, αλλά τα τρέχοντα UAV με ηλιακή ενέργεια είναι εξαιρετικά ελαφριά και εύθραυστα και έχουν μικρά ωφέλιμα φορτία. Όσον αφορά το βάρος και την ενέργεια που καταγράφεται, τα ηλιακά πάνελ γίνονται όλο και πιο αποτελεσματικά, αλλά το ερώτημα που πρέπει να απαντηθεί είναι - Πόσο εφικτό είναι τα ηλιακά κηφήνες και ποια είναι τα τεχνικά ζητήματα που αντιμετωπίζουν οι αεροπορικές εταιρείες; Μιλήσαμε λεπτομερώς για τα UAV, τους τύπους τους και την εφαρμογή τους σε ένα από τα άρθρα μας. Σήμερα, αποφασίσαμε να ρίξουμε φως στα ηλιακά κηφήνες, τη σκοπιμότητά τους και τις τεχνικές δυσκολίες.

Ποια είναι η σκοπιμότητα των ηλιακών μηχανημάτων;

Η εξάρτηση από τον καιρό, η απουσία αυστηρών κανονισμών, τα αυξανόμενα περιστατικά UAV, κ.λπ. είναι οι κύριοι παράγοντες που μειώνουν τη σκοπιμότητα των UAV με ηλιακή ενέργεια. Από τεχνικής απόψεως, ο ήλιος παρέχει 100% ενέργεια και για να αποθηκεύσει και να χρησιμοποιεί ηλιακή ενέργεια ένα drone με τη βοήθεια ηλιακής ενέργειας, απαιτείται μια τεράστια περιοχή στην οποία μπορούν να εγκατασταθούν ηλιακοί συλλέκτες. Επιπλέον, τα ηλιακά πάνελ πρέπει να είναι 100% αποδοτικά. Ας μιλήσουμε για τις δυσκολίες / προκλήσεις που πρέπει να λυθούν για ένα ηλιακό drone που μεγιστοποιεί τη συλλογή ηλιακής ενέργειας.

Απαιτείται μεγάλη επιφάνεια για ηλιακούς συλλέκτες

Τα ηλιακά κηφήνες έχουν χαμηλό κόστος συντήρησης και διασφαλίζουν τη μείωση του αποτυπώματος άνθρακα σε μεγάλη κλίμακα, αλλά για να διασφαλιστεί η υψηλή απόδοση, απαιτείται μια μεγάλη περιοχή για την εγκατάσταση των ηλιακών συλλεκτών. Τα ηλιακά πάνελ στα ηλιακά κηφήνες είναι εγκατεστημένα σε σταθερά φτερά. Όσο μεγαλύτερα είναι τα πάνελ, τόσο μεγαλύτερη είναι η δύναμη που απορροφούν από τον ήλιο. Η τεράστια αύξηση του μεγέθους του drone μπορεί να βοηθήσει στη βέλτιστη αξιοποίηση της ηλιακής ενέργειας και εκεί βρίσκεται το πρόβλημα. Τα ογκώδη ηλιακά πάνελ δεν είναι καθόλου εφικτά για εφαρμογές drone. Αυτό το πρόβλημα αντιμετωπίζεται από διάφορες εταιρείες που εργάζονται σε εύκαμπτα, λεπτά και ελαφριά ηλιακά πάνελ επόμενης γενιάς, τα οποία χρησιμοποιούνται εκτενώς.

Συλλογή και αξιοποίηση ηλιακής ενέργειας

Δεδομένου ότι η ηλιακή ενέργεια που συλλέγεται ποικίλλει σημαντικά με την πάροδο του χρόνου, η ενεργειακή διακοπή της ηλιακής ενέργειας UAV ποικίλει ανάλογα. Η πιθανότητα διακοπής της ενέργειας είναι υψηλή το πρωί λόγω της χαμηλότερης συγκομιδής ισχύος και συνεχίζει να αυξάνεται μέχρι το μεσημέρι. Μετά το μεσημέρι, η ενέργεια που συλλέγεται μειώνεται και η διακοπή της ενέργειας μειώνεται επίσης. Το μεσημέρι, η ηλιακή ενέργεια που συλλέγεται είναι συγκριτικά υψηλότερη. Επομένως, ο χρόνος φόρτισης της μπαταρίας στο ίδιο επίπεδο μειώνεται.

Ποια είναι η λύση;

Λόγω της αύξησης της παραγωγικής ικανότητας της ηλιακής ενέργειας, πραγματοποιούνται πολλές εξελίξεις στην αγορά των ηλιακών κηφήνων παγκοσμίως. Επιπλέον, οι οργανισμοί διερευνούν νέες δυνατότητες για χρήση UAV Solar Powered για διάφορους σκοπούς και αντιμετωπίζουν ζητήματα σε παγκόσμια κλίμακα. Με αυτήν την εφαρμογή drones σε διάφορους κλάδους, διεξάγεται έρευνα σε εξέλιξη για την αντικατάσταση δομικών εξαρτημάτων UAV με συσκευές αποθήκευσης και παραγωγής ενέργειας για τη βελτίωση της αντοχής πτήσης και των επιδόσεων απόδοσης των UAV με ηλιακή ενέργεια.

Η τοποθέτηση ηλιακών κυψελών σε drone δεν είναι η μόνη τεχνολογία drone στην οποία πραγματοποιείται έρευνα και ανάπτυξη. Οι αεροπορικές εταιρείες εργάζονται για τη μείωση του παρασιτικού βάρους που είναι υψηλό λόγω των απαιτούμενων συστημάτων ισχύος επί του σκάφους. Επίσης, καταβάλλονται προσπάθειες για τη συμπερίληψη μπαταριών πολυμερούς λιθίου και συσκευών παραγωγής ενέργειας, όπως ηλιακών κυψελών. Διάφορες δωρεάν συσκευές παραγωγής ενέργειας, π.χ. δομικές συσκευές αποθήκευσης ενέργειας, θερμοηλεκτρικές γεννήτριες, δομικά ηλιακά στοιχεία κ.λπ. χρησιμοποιούνται για να κάνουν το drone να πετάει αποτελεσματικά. Επιπλέον, καταβάλλονται προσπάθειες για τη βελτίωση της αναλογίας ισχύος προς βάρος του αεροσκάφους και για να δοθεί σε μια δομή αντοχή σε διάφορες ονομαστικές και εκτός ονομαστικής συνθήκες αεροδυναμικής φόρτωσης που ενδέχεται να αντιμετωπίσει κατά τη διάρκεια της πτήσης.

Οι φορτιστές Solar Tree και EV αναπτύσσονται από εταιρείες όπως η Envision Solar. Αυτή η εταιρεία με έδρα την Καλιφόρνια έχει επίσης σχεδιάσει το EV ARC (το οποίο λειτουργεί ως φορτιστής drone) για την αντιμετώπιση ζητημάτων που σχετίζονται με την απόσταση και την εμβέλεια. Το UAV ARC είναι εντελώς εκτός δικτύου και είναι εξοπλισμένο με μπαταρίες που καθιστούν το προϊόν πολύ πιο επεκτάσιμο. Η συσκευή δεν προορίζεται μόνο για χρήση για τη φόρτιση στόλων drone, αλλά και για τη συλλογή πληροφοριών σχετικά με τα ηλιακά drone και την παροχή πληροφοριών σχετικά με την απόδοση.

Έχουμε την ευκαιρία να μιλήσουμε με τον Shweta Patil, Ειδικό Τεχνολογίας στην ISPAGRO Robotics, και κατανοήσαμε ορισμένες τεχνολογικές πτυχές στο σχεδιασμό ηλιακών κινητήρων και επίσης για τη σκοπιμότητά τους. Εδώ είναι αυτό που είπε:

Πρόσφατες εξελίξεις που έλαβαν χώρα σε ηλιακά κινούμενα αεροσκάφη

Από το έτος 2017, όταν το ηλιακό drone του Facebook με άνοιγμα φτερών Boeing 737 πήγε πτήση προς το έτος 2019, όταν το κινεζικό ηλιακό drone κηφήνας - η Meiying πέταξε για 10 ώρες μεγάλης διάρκειας τον χειμώνα με χαμηλό φωτισμό αρκετά ηλιακά αεροσκάφη έχουν κάνει δοκιμαστικές πτήσεις Ενώ μερικά αποδείχτηκαν επιτυχημένα, μερικά χρειάζονται βελτίωση σε διάφορα μέτωπα. Πρόσφατα, το ηλιακό μηχάνημα SB4 Phoenix από την Sunbirds πέταξε και διέσχισε δύο φορές το αγγλικό κανάλι, κάνοντας ένα ταξίδι μετ 'επιστροφής από Sangatte προς Ντόβερ. Ας ρίξουμε μια πιο προσεκτική ματιά σε μερικά από τα ηλιακά κηφήνες που πρόσφατα πέταξαν.

HAWK30 - Ψευδο-δορυφόροι μεγάλου υψομέτρου (HAPS)

Πρόκειται για ένα μη επανδρωμένο, ανθεκτικό ηλιακό UAV που αναπτύχθηκε σε συνεργασία μεταξύ της θυγατρικής εταιρείας SoftBank HAPSMobile που εδρεύει στο Τόκιο και του αμερικανικού εργολάβου άμυνας AeroVironment. Το HAWK30 ολοκλήρωσε μια δοκιμαστική πτήση σε ένα ερευνητικό κέντρο της NASA στην Καλιφόρνια τον Σεπτέμβριο του 2019 και βρίσκεται σε εξέλιξη για να αρχίσει να παρέχει υπηρεσίες με βάση το HAPS έως το 2023. Το drone είναι κατασκευασμένο από ελαφριά υλικά, έχει 10 έλικες και άνοιγμα φτερών 256 ποδιών. Τα ηλιακά πάνελ είναι εγκατεστημένα στην πτέρυγα για να τροφοδοτήσουν μια μπαταρία ιόντων λιθίου υψηλής πυκνότητας ενέργειας που επιτρέπει στο UAV να συνεχίσει να πετά και να μεταδίδει ακόμα και μετά το ηλιοβασίλεμα.

SB4 Φοίνιξ

Αυτό το πλήρως αυτόνομο ηλιακό drone από την Sunbirds πέταξε στις 14 Σεπτεμβρίου 2020, διασχίζοντας δύο φορές το αγγλικό κανάλι, κάνοντας ένα ταξίδι μετ 'επιστροφής από Sangatte στο Ντόβερ. Αυτό το ελαφρύ drone με ηλιακή ενέργεια πέτυχε 100 χλμ και 2 ώρες 21 λεπτά. πτήση πάνω από τη θάλασσα από τη μια χώρα στην άλλη με μπαταρίες 100% φορτισμένες κατά την άφιξη.

Το ηλιακό μηχάνημα EAV3 της Κορέας

Πρόσφατα, το EAV3 που κατασκευάστηκε από το Korea Aerospace Research Institute (KARI) ολοκλήρωσε τη μεγαλύτερη συνεχή πτήση των 53 ωρών σε μεγάλο υψόμετρο όπου ο αέρας ήταν ανεπαρκής. Αυτό το ηλιακό UAV είναι εξοπλισμένο με υπερ-ενεργειακά πυκνά κύτταρα, έχει μήκος 9m, με άνοιγμα φτερών 20m και ζυγίζει περίπου 21 kg (46 lbs). Πέταξε σε ύψος 12-18 χιλιομέτρων στη στρατόσφαιρα για 16 ώρες και έσπασε το ρεκόρ ενός ηλιακού κηφήνα που ολοκλήρωσε μια πτήση 90 λεπτών σε υψόμετρο 18 χιλιομέτρων το 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: Το Zephyr-S είναι μερικά από τα άλλα ηλιακά UAV drone που έχουν σχεδιαστεί και αναπτυχθεί τα τελευταία χρόνια.

Βλέποντας τις λύσεις και μάρτυρες ολοένα και περισσότερων εταιρειών που συμμετέχουν στο συγκρότημα, είναι δύσκολο να μην προβλέψουμε τις φωτεινές προοπτικές που θα έρθουν μπροστά για τα ηλιακά UAV. Καταβάλλονται ενεργές προσπάθειες παγκοσμίως για την ανάπτυξη αυτής της τεχνολογίας που θα εφαρμοστεί στα αεροσκάφη, κυρίως επειδή μπορεί να εκτελεί εργασίες με φιλικό προς το περιβάλλον τρόπο με χαμηλότερο κόστος. Από τη βοήθεια σε διάφορες στρατιωτικές επιχειρήσεις, τη συλλογή δεδομένων και την παράδοση μέσω drone για την ανακούφιση από καταστροφές και τους εμπορικούς εμπόρους λιανικής πώλησης, τα ηλιακά UAVs το έχουν καταστήσει σημαντικά πιο αποτελεσματικό και οικονομικό για να γίνουν τα πράγματα. Δεν θα κάνουμε λάθος να καλέσουμε τα ηλιακά UAV και το επόμενο μεγάλο πράγμα!