Reptes tècnics en la construcció d’energia solar

Tal com va predir la FAA fa uns anys, les vendes de drons amb finalitats comercials han augmentat dràsticament, així com la capacitat d'energia solar mundial. Aquestes dues tecnologies juntes han despertat l’esperança de veure drons amb energia solar volant al cel. Moltes petites empreses privades, grans gegants de tecnologia i aviació com Airbus, Boeing, Google, AeroVironment, Sunbirds SAS, Sunlight Aerospace, etc. ja han estat al mercat des de fa força temps i treballen intensament per al desenvolupament de drons amb energia solar.

Es preveu que l’enfocament en un major ús de fonts d’energia renovables impulsi el creixement del mercat en major mesura i l’aplicació de drons a la fotografia aèria, a l’agricultura solar, a la recopilació de dades, a l’agricultura agrícola, a la mineria, etc. el mercat de drons amb energia solar. Segons l’informe Global UAV Market 2020-2024 Market, s’espera que el mercat dels UAV amb energia solar creixi 485,46 milions de dòlars l’any 2024 i progressi a un CAGR del 10%.

Sens dubte, els UAV amb energia solar han demostrat interessants capacitats per a una gran altitud i resistència llarga, però els UAV amb energia solar actuals són extremadament lleugers i fràgils i tenen petites càrregues útils. Pel que fa al pes i a l'energia captada, els panells solars són cada vegada més eficients, però la pregunta que queda per respondre és: Què tan factibles són els drons amb energia solar i quins problemes tècnics tenen les empreses aèries? Hem parlat detalladament sobre els UAV, els seus tipus i la seva aplicació en un dels nostres articles. Avui hem decidit donar una mica de llum als drons amb energia solar, la seva viabilitat i dificultats tècniques.

Quina és la viabilitat dels drons amb energia solar?

La dependència meteorològica, l'absència de regulacions estrictes, l'increment dels incidents UAV, etc. són els principals factors que han disminuït la viabilitat dels UAV alimentats amb energia solar. Tècnicament parlant, el sol proporciona un 100% d’energia i perquè un dron emmagatzemi i utilitzi energia solar, es requereix una àmplia zona on es puguin instal·lar plaques solars. A més, els panells solars han de ser 100% eficients. Parlem de les dificultats / reptes que s’han de resoldre perquè un dron amb energia solar maximitzi la captació d’energia solar.

Es requereix una gran superfície per als panells solars

Els avions no tripulats amb energia solar tenen baixos costos de manteniment i asseguren reduir la petjada de carboni a gran escala, però per garantir una alta eficiència, es necessita una àrea gran per instal·lar els panells solars. Els panells solars dels drons alimentats pel sol s’instal·len en ales fixes. Com més grans són els panells, més potència absorben el sol. Augmentar enormement la mida del dron pot ajudar a fer una utilització òptima de l'energia solar i aquí és on resideix el problema. Els panells solars voluminosos no són gens factibles per a aplicacions amb drons. Aquest problema està sent abordat per diverses empreses que treballen en panells solars flexibles, prims i lleugers de tipus propera generació que s’utilitzen àmpliament.

Recollida i utilització d'energia solar

Atès que l' energia solar recollida varia significativament amb el temps, la caiguda d'energia del UAV alimentat per energia solar varia en conseqüència. La probabilitat que es produeixi un tall d’energia és elevada al matí a causa del menor consum de potència i continua augmentant fins al migdia. Després de migdia, la potència obtinguda es redueix i la pèrdua d’energia també es redueix. Durant el migdia, l’energia solar recollida és relativament superior. Per tant, es redueix el temps per carregar la bateria al mateix nivell.

Quina és la solució aleshores?

A causa de l’augment de la capacitat de generació d’energia solar, s’estan produint diversos avenços al mercat mundial de drons amb energia solar. A més, les organitzacions estan explorant noves possibilitats per utilitzar UAV amb energia solar per a diversos propòsits i abordar problemes a escala mundial. Amb aquesta aplicació de drons en diverses indústries, s’està duent a terme una investigació per a la substitució de components estructurals dels UAV amb dispositius d’emmagatzematge d’energia i generació d’energia per millorar la resistència al vol i les capacitats de rendiment dels UAV amb energia solar.

La col·locació de cèl·lules solars en drons no és l’única tecnologia de drons en què s’estan duent a terme investigacions i desenvolupaments. Les companyies aèries treballen per reduir el pes paràsit elevat a causa dels sistemes d’energia necessaris a bord. També s’estan fent esforços per incloure bateries de polímer de liti i dispositius de generació d’energia com les cèl·lules solars. Diversos dispositius gratuïts per generar energia. s’utilitzen dispositius d’emmagatzematge d’energia estructural, cèl·lules solars estructurals de generadors termoelèctrics, etc. per fer volar el dron de manera eficient. A més, s’estan fent esforços per millorar la relació potència-pes de l’avió i permetre a una estructura suportar diverses condicions de càrrega aerodinàmica nominals i fora del nominal que pugui experimentar durant el vol.

L’arbre solar i els carregadors EV estan sent desenvolupats per empreses com Envision Solar. Aquesta empresa amb seu a Califòrnia també ha dissenyat EV ARC (que actua com a carregador de drons) per abordar problemes relacionats amb la distància i el rang. El UAV ARC està completament fora de xarxa i està equipat amb bateries que fan que el producte sigui molt més escalable. El dispositiu no només s’utilitza per carregar flotes de drons, sinó també per recopilar informació sobre drons solars i proporcionar informació sobre el rendiment dels informes.

Vam tenir l’oportunitat de parlar amb Shweta Patil, especialista en tecnologia d’ISPAGRO Robotics, i vam entendre alguns aspectes tecnològics en el disseny de drons amb energia solar i també sobre la seva viabilitat. Això és el que va dir:

Avenços recents que s’han produït en drons amb energia solar

Des de l'any 2017, quan el dron alimentat per energia solar de Facebook amb envergadura d'un Boeing 737 va prendre un vol fins a l'any 2019, quan el dron xinès amb energia solar - Meiying va volar durant 10 hores de llarg recorregut a l'hivern poc il·luminat; diversos avions no tripulats amb energia solar han realitzat vols de prova. Tot i que alguns han tingut èxit, n’hi ha que necessiten millores en diversos fronts. Recentment, el dron amb energia solar SB4 Phoenix de Sunbirds va volar i va creuar dues vegades el Canal de la Mànega, fent un viatge d’anada i tornada de Sangatte a Dover. Vegem més de prop alguns dels drons amb energia solar que han volat recentment.

HAWK30 - Pseudo-satèl·lits a gran altitud (HAPS)

Es tracta d’un UAV alimentat per energia solar sense tripulació i de llarga durada desenvolupat en associació entre la filial de SoftBank, amb seu a Tòquio, HAPSMobile i el contractista de defensa nord-americà AeroVironment. HAWK30 va completar un vol de prova en un centre de recerca de la NASA a Califòrnia el setembre de 2019 i està en procés de començar a proporcionar serveis basats en HAPS el 2023. El dron està construït a partir de materials lleugers, té 10 hèlixs i una envergadura de 256 peus. Els panells solars s’instal·len a la superfície de l’ala per alimentar una bateria d’ió liti d’alta densitat d’energia que permet al UAV continuar volant i transmetent fins i tot després de la posta de sol.

SB4 Phoenix

Aquest dron amb energia solar totalment autònom de Sunbirds va volar el 14 de setembre de 2020, creuant dues vegades el Canal de la Mànega, fent un viatge d’anada i tornada de Sangatte a Dover. Aquest dron lleuger alimentat per energia solar va assolir 100 km i 2 h 21 min. vol sobre el mar d'un país a un altre amb bateries 100% carregades a l'arribada.

Dron amb energia solar EAV3 de Corea

Recentment, EAV3 realitzat pel Korea Aerospace Research Institute (KARI) va completar el seu vol continu més llarg de 53 hores a gran altitud on l’aire era insuficient. Aquest UAV alimentat per energia solar està equipat amb cèl·lules denses en energia, fa 9 m de llarg, amb una envergadura de 20 m i pesa uns 21 kg (46 lliures). Va volar a una alçada de 12-18 quilòmetres a l’estratosfera durant 16 hores i va batre el rècord d’un dron d’energia solar que va completar un vol de 90 minuts a 18 quilòmetres d’altitud el 2016.

Google / Titan Aerospace: Solara 50 Boeing / DARPA: SolarEagle, Aurora Ciències del vol: Odisseu, BAE Sistemes: PHASA-35, Acadèmia Xinesa d’Aerodinàmica Aeroespacial (CAAA): Caihong (Rainbow) T-4, Facebook / Ascenta: Aquila, Airbus: Zephyr-S són alguns dels altres drons UAV amb energia solar que han estat dissenyats i desenvolupats en els darrers anys.

Veient les solucions i presenciant cada vegada més empreses que s’uneixen al carro, és difícil no predir les perspectives brillants que tindran els UAV amb energia solar. S'està treballant activament a tot el món per desenvolupar aquesta tecnologia que s'apliqui als avions, principalment perquè pot realitzar tasques d'una manera ecològica a un cost inferior. Des dels ajuts en diverses operacions militars, la recopilació de dades i el lliurament basat en drons per a socors de desastres i minoristes comercials, els UAV amb energia solar han fet que sigui molt més eficient i econòmic fer les coses. No ens equivocarem en trucar als UAV amb energia solar i a la següent gran cosa.