Technische uitdagingen bij het bouwen van zonne-energie

Zoals voorspeld door de FAA een paar jaar geleden, is de verkoop van drones voor commerciële doeleinden dramatisch gestegen, evenals de wereldwijde zonne-energiecapaciteit. Deze twee technologieën samen hebben de hoop doen toenemen dat drones op zonne-energie hoog in de lucht vliegen. Veel kleine privébedrijven, grote tech- en luchtvaartreuzen zoals Airbus, Boeing, Google, AeroVironment, Sunbirds SAS, Sunlight Aerospace, etc. zijn al geruime tijd op de markt en werken intensief aan de ontwikkeling van drones op zonne-energie.

De focus op meer gebruik van hernieuwbare energiebronnen zal naar verwachting de groei van de markt in grotere mate stimuleren en de toepassing van drones in luchtfotografie, zonneteelt, gegevensverzameling, landbouw, mijnbouw, enz. de markt voor drones op zonne-energie. Volgens het Global Solar-powered UAV Market 2020-2024-rapport zal de door zonne-energie aangedreven UAV-markt tegen 2024 naar verwachting met $ 485,46 miljoen groeien, met een CAGR van 10%.

Ongetwijfeld hebben UAV's op zonne-energie interessante capaciteiten getoond voor grote hoogte en langdurig uithoudingsvermogen, maar de huidige UAV's op zonne-energie zijn extreem licht en kwetsbaar en hebben een klein laadvermogen. Qua gewicht en opgevangen energie worden de zonnepanelen steeds efficiënter, maar de vraag die nog beantwoord moet worden is: hoe haalbaar zijn de drones op zonne-energie en met welke technische problemen worden luchtvaartbedrijven geconfronteerd? We hebben in een van onze artikelen uitvoerig gesproken over de UAV's, hun typen en hun toepassing. Vandaag hebben we besloten om wat licht te werpen op drones op zonne-energie, hun haalbaarheid en technische problemen.

Wat is de haalbaarheid van drones op zonne-energie?

Afhankelijkheid van het weer, afwezigheid van strikte regelgeving, toenemende UAV-incidenten, enz. Zijn de belangrijkste factoren die de haalbaarheid van UAV's op zonne-energie verminderen. Technisch gezien levert de zon 100% energie en voor een drone om zonne-energie op te slaan en te gebruiken is een enorm gebied nodig waarop zonnepanelen kunnen worden geïnstalleerd. Bovendien moeten zonnepanelen 100% efficiënt zijn. Laten we het hebben over de moeilijkheden / uitdagingen die moeten worden opgelost voor een drone op zonne-energie om de verzameling van zonne-energie te maximaliseren.

Groot oppervlak vereist voor zonnepanelen

De drones op zonne-energie hebben lage onderhoudskosten en zorgen ervoor dat de CO2-voetafdruk op grote schaal wordt verkleind, maar om een ​​hoog rendement te garanderen, is er een groot gebied nodig om de zonnepanelen te plaatsen. De zonnepanelen in de zon-aangedreven drones zijn op vaste vleugels geïnstalleerd. Hoe groter de panelen, hoe meer energie ze uit de zon opzuigen. Het enorm vergroten van de grootte van de drone kan helpen bij het optimaal benutten van zonne-energie en daar zit het probleem. Volumineuze zonnepanelen zijn helemaal niet haalbaar voor drone-toepassingen. Dit probleem wordt aangepakt door verschillende bedrijven die werken aan flexibele, dunne en lichtgewicht zonnepanelen van het volgende generatie, die op grote schaal worden gebruikt.

Verzameling en gebruik van zonne-energie

Omdat de geoogste zonne-energie aanzienlijk varieert in de tijd, varieert de energie-uitval van de op zonne-energie aangedreven UAV dienovereenkomstig. De kans op een stroomstoring is 's ochtends hoog door een lager geoogst vermogen en blijft toenemen tot 12.00 uur. Na de middag neemt het geoogste vermogen af ​​en neemt ook de energie-uitval af. Tijdens de middag is de geoogste zonne-energie relatief hoger. Daarom wordt de tijd die nodig is om de batterij tot hetzelfde niveau op te laden, verkort.

Wat is de oplossing dan?

Vanwege de toename van de capaciteit voor het opwekken van energie door zonne-energie, vinden er wereldwijd verschillende vorderingen plaats in de markt voor drones op zonne-energie. Bovendien onderzoeken organisaties nieuwe mogelijkheden om UAV's op zonne-energie voor verschillende doeleinden te gebruiken en problemen op wereldwijde schaal aan te pakken. Met deze toepassing van drones in verschillende industrieën is er lopend onderzoek gaande naar de vervanging van structurele componenten van UAV's door stroomopslag- en stroomopwekkingsapparatuur om het uithoudingsvermogen en de prestatiemogelijkheden van op zonne-energie aangedreven UAV's te verbeteren.

Het plaatsen van zonnecellen op drones is niet de enige dronetechnologie waarin onderzoek en ontwikkeling plaatsvindt. Luchtvaartmaatschappijen werken aan het verminderen van het parasitaire gewicht dat hoog is vanwege de benodigde stroomsystemen aan boord. Er worden ook inspanningen geleverd om lithium-polymeerbatterijen en apparaten voor energieopwekking zoals zonnecellen op te nemen. Diverse gratis energieopwekkende apparaten nl. structurele energieopslagapparaten, thermo-elektrische generatoren, structurele zonnecellen, enz. worden gebruikt om de drone efficiënt te laten vliegen. Bovendien worden pogingen gedaan om de verhouding tussen vermogen en gewicht van het vliegtuig te verbeteren en een constructie in staat te stellen verschillende nominale en niet-nominale aërodynamische belastingomstandigheden te weerstaan ​​die deze tijdens de vlucht zou kunnen ervaren.

Solar tree en EV-laders worden ontwikkeld door bedrijven als Envision Solar. Dit in Californië gevestigde bedrijf heeft ook EV ARC ontworpen (dat fungeert als drone-oplader) om afstands- en bereikgerelateerde problemen aan te pakken. De UAV ARC is volledig off-grid en is uitgerust met batterijen waardoor het product veel schaalbaarder is. Het apparaat is niet alleen bedoeld om te worden gebruikt voor het opladen van dronevloten, maar ook om informatie over zonnedrones te verzamelen en prestatie-informatie te geven.

We kregen de kans om te praten met Shweta Patil, Technology Specialist bij ISPAGRO Robotics, en begrepen enkele technologische aspecten bij het ontwerpen van drones op zonne-energie en ook over hun haalbaarheid. Hier is wat ze zei:

Recente vorderingen die hebben plaatsgevonden in drones op zonne-energie

Vanaf het jaar 2017 toen Facebook's drone op zonne-energie met een spanwijdte van een Boeing 737 een vlucht maakte tot het jaar 2019 toen de Chinese drone op zonne-energie - Meiying 10 uur lang vloog in slecht verlichte winter; verschillende drones op zonne-energie hebben testvluchten gemaakt. Sommige zijn succesvol gebleken, maar sommige moeten op verschillende fronten worden verbeterd. Onlangs vloog de SB4 Phoenix op zonne-energie aangedreven drone van Sunbirds en stak tweemaal het Engelse Kanaal over, met een retourvlucht van Sangatte naar Dover. Laten we eens kijken naar enkele van de drones op zonne-energie die onlangs zijn gevlogen.

HAWK30 - Pseudo-satellieten op grote hoogte (HAPS)

Dit is een onbemande, duurzame UAV op zonne-energie, ontwikkeld in samenwerking tussen de in Tokio gevestigde SoftBank-dochter HAPSMobile en de Amerikaanse defensie-aannemer AeroVironment. HAWK30 voltooide in september 2019 een testvlucht bij een NASA-onderzoekscentrum in Californië en is onderweg om tegen 2023 HAPS-gebaseerde diensten te gaan leveren. De drone is gemaakt van lichtgewicht materialen, heeft 10 propellers en een spanwijdte van 256 voet. De zonnepanelen zijn op het vleugeloppervlak geïnstalleerd om een ​​lithium-ionbatterij met hoge energiedichtheid te voeden, waardoor de UAV zelfs na zonsondergang kan blijven vliegen en zenden.

SB4 Phoenix

Deze volledig autonome drone op zonne-energie van Sunbirds vloog op 14 september 2020 door tweemaal het Engelse Kanaal over te steken en een rondreis te maken van Sangatte naar Dover. Deze lichtgewicht drone op zonne-energie haalde een 100 km en 2 uur en 21 minuten. vlucht over zee van het ene land naar het andere met bij aankomst 100% opgeladen batterijen.

Korea's zonne-energie drone EAV3

Onlangs voltooide EAV3, gemaakt door Korea Aerospace Research Institute (KARI), zijn langste continue vlucht van 53 uur op een grote hoogte waar de lucht onvoldoende was. Deze UAV op zonne-energie is uitgerust met ultra-energierijke cellen, is 9 meter lang, heeft een spanwijdte van 20 meter en weegt ongeveer 21 kg (46 lbs). Hij vloog 16 uur op een hoogte van 12-18 kilometer in de stratosfeer en brak het record van een drone op zonne-energie die in 2016 een vlucht van 90 minuten voltooide op een hoogte van 18 kilometer.

Google / Titan Aerospace: Solara 50 Boeing / DARPA: SolarEagle, Aurora Flight Sciences: Odysseus, BAE Systemen: PHASA-35, Chinese Academy of Aerospace Aerodynamics (CAAA): Caihong (Rainbow) T-4, Facebook / Ascenta: Aquila, Airbus: Zephyr-S zijn enkele van de andere UAV-drones op zonne-energie die de afgelopen jaren zijn ontworpen en ontwikkeld.

Door de oplossingen te zien en getuige te zijn van steeds meer bedrijven die meedoen, is het moeilijk om de mooie vooruitzichten voor UAV's op zonne-energie niet te voorspellen. Wereldwijd wordt er actief gewerkt aan de ontwikkeling van deze technologie voor toepassing in vliegtuigen, vooral omdat het taken op een milieuvriendelijke manier kan uitvoeren tegen lagere kosten. Van het helpen bij verschillende militaire operaties, het verzamelen van gegevens en het leveren van drones voor rampenbestrijding en commerciële retailers, hebben UAV's op zonne-energie het aanzienlijk efficiënter en zuiniger gemaakt om dingen voor elkaar te krijgen. We zullen niet verkeerd zijn als we de UAV's op zonne-energie noemen en het volgende grote ding!