Desafios técnicos na construção de energia solar

Conforme previsto pela FAA alguns anos atrás, as vendas de drones para fins comerciais aumentaram dramaticamente, assim como a capacidade global de energia solar. Essas duas tecnologias juntas aumentaram as esperanças de ver drones movidos a energia solar voando alto no céu. Muitas pequenas empresas privadas, grandes gigantes da tecnologia e da aviação como Airbus, Boeing, Google, AeroVironment, Sunbirds SAS, Sunlight Aerospace, etc. já estão no mercado há algum tempo e estão trabalhando intensamente para o desenvolvimento de drones movidos a energia solar.

O foco no maior uso de fontes renováveis ​​de energia é antecipado para impulsionar o crescimento do mercado em maior medida e a aplicação de drones em fotografia aérea, agricultura solar, coleta de dados, agricultura agrícola, mineração, etc. está impulsionando o crescimento de o mercado de drones movidos a energia solar. De acordo com o relatório Global Solar-powered UAV Market 2020-2024, o mercado de UAV movidos a energia solar deverá crescer $ 485,46 milhões até 2024, progredindo a um CAGR de 10%.

Sem dúvida, os UAVs movidos a energia solar demonstraram capacidades interessantes para grandes altitudes e longa duração, mas os atuais UAVs movidos a energia solar são extremamente leves e frágeis e têm pequenas cargas úteis. Em termos de peso e energia captada, os painéis solares estão se tornando cada vez mais eficientes, mas a questão que permanece sem resposta é - Quão viáveis ​​são os drones movidos a energia solar e quais são os problemas técnicos que as empresas de aviação estão enfrentando? Falamos em detalhes sobre os UAVs, seus tipos e sua aplicação em um de nossos artigos. Hoje, decidimos lançar alguma luz sobre drones movidos a energia solar, sua viabilidade e dificuldades técnicas.

Qual é a viabilidade de drones movidos a energia solar?

Dependência do clima, ausência de regulamentações rígidas, aumento de incidentes de UAV, etc. são os principais fatores que diminuíram a viabilidade de UAVs movidos a energia solar. Tecnicamente falando, o sol fornece 100% de energia e para um drone armazenar e usar a energia solar, é necessária uma vasta área na qual os painéis solares possam ser instalados. Além disso, os painéis solares precisam ser 100% eficientes. Vamos falar sobre as dificuldades / desafios que precisam ser resolvidos para que um drone movido a energia solar maximize a coleta de energia solar.

Grande superfície necessária para painéis solares

Os drones movidos a energia solar têm baixos custos de manutenção e garantem a redução da pegada de carbono em grande escala, mas para garantir alta eficiência, é necessária uma grande área para os painéis solares serem instalados. Os painéis solares nos drones movidos a energia solar são instalados em asas fixas. Quanto maiores os painéis, mais energia eles absorvem do sol. Aumentar tremendamente o tamanho do drone pode ajudar a otimizar a utilização da energia solar e é aí que reside o problema. Painéis solares volumosos não são de todo viáveis ​​para aplicações de drones. Esse problema está sendo tratado por várias empresas que trabalham em painéis solares flexíveis, finos e leves do tipo de próxima geração que estão sendo amplamente usados.

Coleta e utilização de energia solar

Como a energia solar colhida varia significativamente com o tempo, a queda de energia do UAV movido a energia solar varia de acordo. A probabilidade de uma queda de energia é alta pela manhã devido à redução da energia colhida e continua a aumentar até o meio-dia. Após o meio-dia, a energia colhida diminui e a queda de energia também. Durante o meio-dia, a energia solar colhida é comparativamente maior. Portanto, o tempo para carregar a bateria para o mesmo nível é reduzido.

Qual é a solução então?

Devido ao aumento da capacidade de geração de energia solar, vários avanços estão ocorrendo no mercado global de drones movidos a energia solar. Além disso, as organizações estão explorando novas possibilidades de uso de UAVs movidos a energia solar para diversos fins e enfrentando problemas em escala global. Com esta aplicação de drones em várias indústrias, há pesquisas em andamento para a substituição de componentes estruturais de UAVs por dispositivos de armazenamento e geração de energia para melhorar a resistência de vôo e as capacidades de desempenho de UAVs movidos a energia solar.

Colocar células solares em drones não é a única tecnologia de drones em que pesquisa e desenvolvimento estão ocorrendo. As empresas de aviação estão trabalhando para reduzir o peso parasitário que é alto devido aos sistemas de energia necessários a bordo. Além disso, esforços estão sendo feitos para incluir baterias de polímero de lítio e dispositivos de geração de energia, como células solares. Vários dispositivos de geração de energia livre viz. dispositivos de armazenamento de energia estrutural, geradores termoelétricos, células solares estruturais, etc. estão sendo usados ​​para fazer o drone voar com eficiência. Além disso, esforços estão sendo feitos para melhorar a relação potência-peso da aeronave e permitir que uma estrutura suporte várias condições de carga aerodinâmica nominais e não nominais que ela pode experimentar durante o vôo.

Os carregadores de árvore solar e EV estão sendo desenvolvidos por empresas como a Envision Solar. Esta empresa com sede na Califórnia também projetou o EV ARC (que atua como um carregador de drones) para tratar de problemas relacionados à distância e alcance. O UAV ARC é completamente fora da rede e está equipado com baterias, tornando o produto muito mais escalável. O dispositivo não se destina apenas a ser usado para carregar frotas de drones, mas também para coletar informações sobre drones solares e fornecer informações de desempenho de relatório.

Tivemos a oportunidade de conversar com Shweta Patil, especialista em tecnologia da ISPAGRO Robotics, e entender alguns aspectos tecnológicos no projeto de drones movidos a energia solar e também sobre sua viabilidade. Aqui está o que ela disse:

Avanços recentes ocorridos em drones movidos a energia solar

Do ano de 2017, quando o drone movido a energia solar do Facebook com a envergadura de um Boeing 737 voou até o ano de 2019, quando o drone movido a energia solar chinês - Meiying voou por 10 horas de longa distância em um inverno mal iluminado; vários drones movidos a energia solar fizeram voos de teste. Embora alguns tenham obtido sucesso, alguns precisam de melhorias em várias frentes. Recentemente, o drone SB4 Phoenix movido a energia solar da Sunbirds levantou vôo e cruzou duas vezes o Canal da Mancha, fazendo uma viagem de ida e volta de Sangatte para Dover. Vamos dar uma olhada mais de perto em alguns dos drones movidos a energia solar que recentemente levantaram vôo.

HAWK30 - Pseudo-satélites de alta altitude (HAPS)

Este é um UAV movido a energia solar não tripulado e de longa duração desenvolvido em parceria entre a HAPSMobile, subsidiária da SoftBank com sede em Tóquio, e a empresa de defesa americana AeroVironment. HAWK30 completou um vôo de teste em um centro de pesquisa da NASA na Califórnia em setembro de 2019 e está em andamento para começar a fornecer serviços baseados em HAPS em 2023. O drone é construído com materiais leves, tem 10 hélices e uma envergadura de 256 pés. Os painéis solares são instalados na superfície da asa para alimentar uma bateria de íon-lítio de alta densidade de energia, permitindo que o UAV continue voando e transmitindo mesmo após o pôr do sol.

SB4 Phoenix

Este drone totalmente autônomo movido a energia solar da Sunbirds levantou vôo em 14 de setembro de 2020, cruzando duas vezes o Canal da Mancha, fazendo uma viagem de ida e volta de Sangatte para Dover. Este drone leve movido a energia solar atingiu 100 km e 2 h 21 min. voo sobre o mar de um país para outro com baterias 100% carregadas na chegada.

Drone movido a energia solar EAV3 da Coreia

Recentemente, o EAV3 fabricado pelo Instituto de Pesquisa Aeroespacial da Coreia (KARI) completou seu voo contínuo mais longo de 53 horas em uma altitude elevada onde o ar era insuficiente. Este UAV movido a energia solar está equipado com células ultradensas, tem 9 m de comprimento, 20 m de envergadura e pesa cerca de 21 kg (46 lbs). Ele voou a uma altura de 12-18 quilômetros na estratosfera por 16 horas e quebrou o recorde de um drone movido a energia solar que completou um voo de 90 minutos a uma altitude de 18 quilômetros em 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 são alguns dos outros drones UAV movidos a energia solar que foram projetados e desenvolvidos nos últimos anos.

Vendo as soluções e testemunhando mais e mais empresas aderindo ao movimento, é difícil não prever as perspectivas brilhantes que se abrem para os UAVs movidos a energia solar. Esforços estão ativamente em andamento em todo o mundo para desenvolver essa tecnologia para ser aplicada em aeronaves, principalmente porque ela pode executar tarefas de forma ecologicamente correta a um custo menor. Desde a ajuda em várias operações militares, coleta de dados e entrega baseada em drones para socorro em desastres e varejistas comerciais, os UAVs movidos a energia solar tornaram cada vez mais eficiente e econômico fazer as coisas. Não estaremos errados em chamar os UAVs movidos a energia solar e a próxima grande novidade!