Technische Herausforderungen beim Solarbau

Wie von der FAA vor einigen Jahren prognostiziert, haben die Drohnenverkäufe für kommerzielle Zwecke dramatisch zugenommen, ebenso wie die globale Solarkapazität. Diese beiden Technologien zusammen haben die Hoffnung geweckt, solarbetriebene Drohnen hoch oben am Himmel fliegen zu sehen. Viele kleine Privatunternehmen, große Technologie- und Luftfahrtgiganten wie Airbus, Boeing, Google, AeroVironment, Sunbirds SAS, Sunlight Aerospace usw. sind bereits seit geraumer Zeit auf dem Markt und arbeiten intensiv an der Entwicklung solarbetriebener Drohnen.

Der Fokus auf eine stärkere Nutzung erneuerbarer Energiequellen wird voraussichtlich das Wachstum des Marktes in größerem Maße ankurbeln, und der Einsatz von Drohnen in der Luftbildfotografie, Solarzucht, Datenerfassung, Landwirtschaft, Bergbau usw. treibt das Wachstum von an der Markt für solarbetriebene Drohnen. Laut dem Bericht über den globalen solarbetriebenen UAV-Markt 2020-2024 wird der solarbetriebene UAV-Markt bis 2024 voraussichtlich um 485,46 Mio. USD wachsen und eine jährliche Wachstumsrate von 10% erreichen.

Zweifellos haben solarbetriebene UAVs interessante Fähigkeiten für große Höhen und lange Lebensdauer gezeigt, aber aktuelle solarbetriebene UAVs sind extrem leicht und zerbrechlich und haben kleine Nutzlasten. In Bezug auf Gewicht und aufgenommene Energie werden die Solarmodule immer effizienter, aber die Frage, die noch beantwortet werden muss, lautet: Wie machbar sind die solarbetriebenen Drohnen und mit welchen technischen Problemen sind Luftfahrtunternehmen konfrontiert? Wir haben in einem unserer Artikel ausführlich über die UAVs, ihre Typen und ihre Anwendung gesprochen. Heute haben wir beschlossen, etwas Licht auf solarbetriebene Drohnen, ihre Machbarkeit und technische Schwierigkeiten zu werfen.

Was ist die Machbarkeit von solarbetriebenen Drohnen?

Wetterabhängigkeit, das Fehlen strenger Vorschriften, zunehmende UAV-Vorfälle usw. sind die Hauptfaktoren, die die Machbarkeit solarbetriebener UAVs beeinträchtigen. Technisch gesehen liefert die Sonne 100% Energie und damit eine Drohne Sonnenenergie speichern und nutzen kann, ist ein großer Bereich erforderlich, auf dem Sonnenkollektoren installiert werden können. Darüber hinaus müssen Sonnenkollektoren 100% effizient sein. Lassen Sie uns über die Schwierigkeiten / Herausforderungen sprechen, die für eine solarbetriebene Drohne gelöst werden müssen, um die Sammlung von Sonnenenergie zu maximieren.

Große Oberfläche für Sonnenkollektoren erforderlich

Die solarbetriebenen Drohnen haben niedrige Wartungskosten und stellen sicher, dass der CO2-Fußabdruck in großem Maßstab verringert wird. Um jedoch einen hohen Wirkungsgrad zu gewährleisten, ist eine große Fläche für die Installation der Solarmodule erforderlich. Die Sonnenkollektoren in den sonnengetriebenen Drohnen sind auf festen Flügeln installiert. Je größer die Paneele sind, desto mehr Energie saugen sie von der Sonne auf. Eine enorme Vergrößerung der Drohne kann dazu beitragen, die Solarenergie optimal zu nutzen, und hier liegt das Problem. Sperrige Solarmodule sind für Drohnenanwendungen überhaupt nicht realisierbar. Dieses Problem wird von verschiedenen Unternehmen angegangen, die an flexiblen, dünnen und leichten Solarmodulen der nächsten Generation arbeiten, die häufig eingesetzt werden.

Sammlung und Nutzung von Solarenergie

Da sich die geerntete Sonnenenergie mit der Zeit erheblich ändert, variiert der Energieausfall des solarbetriebenen UAV entsprechend. Die Wahrscheinlichkeit eines Energieausfalls ist morgens aufgrund geringerer Ernteleistung hoch und steigt bis Mittag weiter an. Nach Mittag verringert sich die geerntete Leistung und auch der Energieausfall. Mittags ist die geerntete Sonnenenergie vergleichsweise höher. Daher verringert sich die Zeit zum Aufladen des Akkus auf den gleichen Stand.

Was ist dann die Lösung?

Aufgrund der Erhöhung der Stromerzeugungskapazität von Solarenergie finden auf dem weltweiten Markt für solarbetriebene Drohnen mehrere Fortschritte statt. Darüber hinaus suchen Unternehmen nach neuen Möglichkeiten, solarbetriebene UAVs für verschiedene Zwecke einzusetzen und Probleme auf globaler Ebene anzugehen. Mit dieser Anwendung von Drohnen in verschiedenen Branchen wird derzeit geforscht, ob strukturelle Komponenten von UAVs durch Stromspeicher- und Stromerzeugungsgeräte ersetzt werden können, um die Flugdauer und die Leistungsfähigkeit solarbetriebener UAVs zu verbessern.

Das Platzieren von Solarzellen auf Drohnen ist nicht die einzige Drohnen-Technologie, in der Forschung und Entwicklung stattfinden. Luftfahrtunternehmen arbeiten daran, das parasitäre Gewicht zu reduzieren, das aufgrund der erforderlichen Stromversorgungssysteme an Bord hoch ist. Es werden auch Anstrengungen unternommen, um Lithium-Polymer-Batterien und Energieerzeugungsvorrichtungen wie Solarzellen einzubeziehen. Verschiedene Geräte zur Erzeugung freier Energie, nämlich Strukturelle Energiespeicher, thermoelektrische Generatoren, strukturelle Solarzellen usw. werden verwendet, um die Drohne effizient fliegen zu lassen. Darüber hinaus werden Anstrengungen unternommen, um das Leistungsgewicht des Flugzeugs zu verbessern und es einer Struktur zu ermöglichen, verschiedenen aerodynamischen Belastungsbedingungen zu widerstehen, die während des Fluges auftreten können.

Solar Tree- und EV-Ladegeräte werden von Unternehmen wie Envision Solar entwickelt. Das in Kalifornien ansässige Unternehmen hat außerdem EV ARC (das als Drohnenladegerät fungiert) entwickelt, um Probleme im Zusammenhang mit Entfernung und Reichweite zu lösen. Der UAV ARC ist vollständig netzunabhängig und mit Batterien ausgestattet, wodurch das Produkt viel skalierbarer wird. Das Gerät soll nicht nur zum Laden von Drohnenflotten verwendet werden, sondern auch Informationen über Solardrohnen sammeln und Informationen zur Berichtsleistung liefern.

Wir hatten die Gelegenheit, mit Shweta Patil, Technologiespezialistin bei ISPAGRO Robotics, zu sprechen und einige technologische Aspekte bei der Entwicklung solarbetriebener Drohnen sowie deren Machbarkeit zu verstehen. Folgendes sagte sie:

Jüngste Fortschritte bei solarbetriebenen Drohnen

Ab dem Jahr 2017, als Facebooks solarbetriebene Drohne mit einer Flügelspannweite einer Boeing 737 einen Flug in das Jahr 2019 unternahm, als die chinesische solarbetriebene Drohne Meiying im schwach beleuchteten Winter 10 Stunden lang flog. Mehrere solarbetriebene Drohnen haben Testflüge durchgeführt. Während sich einige als erfolgreich erwiesen haben, müssen einige an verschiedenen Fronten verbessert werden. Kürzlich flog die solarbetriebene Drohne SB4 Phoenix von Sunbirds und überquerte zweimal den Ärmelkanal, um eine Rundreise von Sangatte nach Dover zu unternehmen. Schauen wir uns einige der solarbetriebenen Drohnen genauer an, die kürzlich geflogen sind.

HAWK30 - Pseudo-Satelliten in großer Höhe (HAPS)

Dies ist ein unbemanntes, langlebiges solarbetriebenes UAV, das in Zusammenarbeit zwischen der in Tokio ansässigen SoftBank-Tochter HAPSMobile und dem US-amerikanischen Verteidigungsunternehmen AeroVironment entwickelt wurde. HAWK30 absolvierte im September 2019 einen Testflug in einem NASA-Forschungszentrum in Kalifornien und soll ab 2023 HAPS-basierte Dienste anbieten. Die Drohne besteht aus leichten Materialien, verfügt über 10 Propeller und eine Flügelspannweite von 256 Fuß. Die Sonnenkollektoren sind auf der Flügeloberfläche installiert, um eine Lithium-Ionen-Batterie mit hoher Energiedichte zu speisen, sodass das UAV auch nach Sonnenuntergang weiter fliegen und senden kann.

SB4 Phoenix

Diese vollständig autonome solarbetriebene Drohne von Sunbirds flog am 14. September 2020 zweimal über den Ärmelkanal und machte eine Rundreise von Sangatte nach Dover. Diese leichte solarbetriebene Drohne erreichte 100 km und 2 h 21 min. Flug über das Meer von einem Land in ein anderes mit zu 100% aufgeladenen Batterien bei der Ankunft.

Koreas solarbetriebene Drohne EAV3

Kürzlich hat EAV3 des Korea Aerospace Research Institute (KARI) seinen längsten Dauerflug von 53 Stunden in großer Höhe mit unzureichender Luft absolviert. Dieses solarbetriebene UAV ist mit ultra-energiedichten Zellen ausgestattet, 9 m lang, mit einer Flügelspannweite von 20 m und einem Gewicht von rund 21 kg. Es flog 16 Stunden lang in einer Höhe von 12 bis 18 Kilometern in der Stratosphäre und brach den Rekord einer solarbetriebenen Drohne, die 2016 einen 90-minütigen Flug in einer Höhe von 18 Kilometern absolvierte.

Google / Titan Luft- und Raumfahrt: Solara 50 Boeing / DARPA: SolarEagle, Aurora Flugwissenschaften: Odysseus, BAE Systeme: PHASA-35, Chinesische Akademie für Luft- und Raumfahrtaerodynamik (CAAA): Caihong (Regenbogen) T-4, Facebook / Ascenta: Aquila, Airbus: Zephyr-S sind einige der anderen solarbetriebenen UAV-Drohnen, die in den letzten Jahren entworfen und entwickelt wurden.

Angesichts der Lösungen und der Tatsache, dass immer mehr Unternehmen dem Zug beitreten, ist es schwierig, die guten Aussichten für solarbetriebene UAVs nicht vorherzusagen. Weltweit werden aktiv Anstrengungen unternommen, um diese Technologie für Flugzeuge zu entwickeln, vor allem, weil sie Aufgaben auf umweltfreundliche Weise zu geringeren Kosten ausführen kann. Solarbetriebene UAVs haben bei der Unterstützung verschiedener militärischer Operationen, der Datenerfassung und der Bereitstellung von Drohnen für Katastrophenhilfe und gewerbliche Einzelhändler deutlich effizienter und wirtschaftlicher gearbeitet. Wir werden uns nicht irren, wenn wir die solarbetriebenen UAVs und das nächste große Ding nennen!