Những thách thức kỹ thuật trong việc xây dựng năng lượng mặt trời

Theo dự đoán của FAA một vài năm trở lại đây, doanh số bán máy bay không người lái cho mục đích thương mại đã tăng đáng kể, công suất năng lượng mặt trời toàn cầu cũng vậy. Hai công nghệ này cùng nhau đã làm dấy lên hy vọng nhìn thấy những chiếc máy bay không người lái chạy bằng năng lượng mặt trời bay cao trên bầu trời. Nhiều công ty tư nhân nhỏ, những gã khổng lồ công nghệ và hàng không lớn như Airbus, Boeing, Google, AeroVironment, Sunbirds SAS, Sunlight Aerospace, v.v. đã có mặt trên thị trường từ khá lâu và đang làm việc tích cực hướng tới sự phát triển của máy bay không người lái chạy bằng năng lượng mặt trời.

Việc tập trung vào việc sử dụng nhiều hơn các nguồn năng lượng tái tạo được dự đoán sẽ thúc đẩy sự phát triển của thị trường ở mức độ lớn hơn và việc ứng dụng máy bay không người lái trong chụp ảnh trên không, canh tác bằng năng lượng mặt trời, thu thập dữ liệu, canh tác nông nghiệp, khai thác mỏ, v.v. đang thúc đẩy sự phát triển của thị trường máy bay không người lái chạy bằng năng lượng mặt trời. Theo báo cáo Thị trường UAV năng lượng mặt trời toàn cầu 2020-2024, thị trường UAV sử dụng năng lượng mặt trời dự kiến ​​sẽ tăng 485,46 triệu USD vào năm 2024 với tốc độ CAGR là 10%.

Không còn nghi ngờ gì nữa, UAV sử dụng năng lượng mặt trời đã chứng tỏ những khả năng thú vị về độ cao và sức bền lâu nhưng các UAV sử dụng năng lượng mặt trời hiện nay cực kỳ nhẹ và mỏng manh và có trọng tải nhỏ. Xét về trọng lượng và năng lượng thu được, các tấm pin mặt trời ngày càng trở nên hiệu quả hơn nhưng câu hỏi vẫn cần được trả lời là - Tính khả thi của các máy bay không người lái chạy bằng năng lượng mặt trời và các vấn đề kỹ thuật mà các công ty hàng không đang phải đối mặt là gì? Chúng tôi đã nói chi tiết về UAV, các loại và ứng dụng của chúng trong một bài báo của chúng tôi. Hôm nay, chúng tôi quyết định làm sáng tỏ một số điều về máy bay không người lái chạy bằng năng lượng mặt trời, tính khả thi của chúng và những khó khăn kỹ thuật.

Tính khả thi của Drone chạy bằng năng lượng mặt trời là gì?

Sự phụ thuộc vào thời tiết, không có các quy định nghiêm ngặt, sự cố UAV gia tăng, v.v. là những yếu tố chính làm giảm tính khả thi của UAV sử dụng năng lượng mặt trời. Về mặt kỹ thuật, mặt trời cung cấp 100% năng lượng và để một máy bay không người lái có thể lưu trữ và sử dụng năng lượng mặt trời, cần có một khu vực rộng lớn để có thể lắp đặt các tấm pin mặt trời. Ngoài ra, các tấm pin mặt trời cần phải có hiệu suất 100%. Hãy nói về những khó khăn / thách thức phải giải quyết đối với một máy bay không người lái chạy bằng năng lượng mặt trời để tối đa hóa việc thu năng lượng mặt trời.

Bề mặt lớn cần thiết cho bảng năng lượng mặt trời

Các máy bay không người lái sử dụng năng lượng mặt trời có chi phí bảo trì thấp và đảm bảo giảm lượng khí thải carbon trên quy mô lớn nhưng để đảm bảo hiệu quả cao, cần phải có diện tích lớn để lắp đặt các tấm pin mặt trời. Các tấm pin mặt trời trong máy bay không người lái chạy bằng năng lượng mặt trời được lắp đặt trên các cánh cố định. Các tấm càng lớn, chúng càng hút nhiều năng lượng từ mặt trời. Việc tăng kích thước của máy bay không người lái lên rất nhiều có thể giúp tận dụng tối ưu năng lượng mặt trời và đó là vấn đề nằm ở đâu. Các tấm pin mặt trời cồng kềnh hoàn toàn không khả thi cho các ứng dụng bay không người lái. Vấn đề này đang được giải quyết bởi các công ty khác nhau đang nghiên cứu các tấm pin mặt trời linh hoạt, mỏng và nhẹ kiểu thế hệ tiếp theo đang được sử dụng rộng rãi.

Thu thập và sử dụng năng lượng mặt trời

Vì năng lượng mặt trời thu hoạch thay đổi đáng kể theo thời gian, nên mức tiêu hao năng lượng của UAV chạy bằng năng lượng mặt trời cũng thay đổi theo. Khả năng mất điện cao vào buổi sáng do sản lượng thu hoạch thấp hơn và tiếp tục tăng cho đến trưa. Sau thời gian nghỉ, năng lượng thu hoạch giảm và việc cúp năng lượng cũng giảm. Trong thời gian nghỉ trưa, năng lượng mặt trời thu hoạch được tương đối cao hơn. Do đó, thời gian để sạc pin cùng mức giảm xuống.

Giải pháp Sau đó là gì?

Do sự gia tăng công suất phát điện của năng lượng mặt trời, một số tiến bộ đang diễn ra trên thị trường máy bay không người lái chạy bằng năng lượng mặt trời trên toàn cầu. Ngoài ra, các tổ chức đang khám phá các khả năng mới để sử dụng UAV chạy bằng năng lượng mặt trời cho các mục đích khác nhau và giải quyết các vấn đề trên quy mô toàn cầu. Với ứng dụng này của máy bay không người lái trong các ngành công nghiệp khác nhau, đang có nghiên cứu đang diễn ra về việc thay thế các thành phần cấu trúc của UAV bằng thiết bị lưu trữ năng lượng và phát điện để cải thiện độ bền chuyến bay và khả năng hoạt động của UAV sử dụng năng lượng mặt trời.

Đặt pin mặt trời trên máy bay không người lái không phải là công nghệ máy bay không người lái duy nhất mà việc nghiên cứu và phát triển đang diễn ra. Các công ty hàng không đang làm việc để giảm trọng lượng ký sinh trùng cao do hệ thống điện cần thiết trên máy bay. Ngoài ra, các nỗ lực đang được thực hiện để bao gồm pin lithium polymer và các thiết bị tạo năng lượng như pin mặt trời. Các thiết bị tạo năng lượng miễn phí khác nhau viz. các thiết bị lưu trữ năng lượng cấu trúc, máy phát nhiệt điện kết cấu pin mặt trời, v.v. đang được sử dụng để làm cho máy bay không người lái bay hiệu quả. Hơn nữa, các nỗ lực đang được thực hiện để cải thiện tỷ lệ công suất trên trọng lượng của máy bay và cho phép một cấu trúc chịu được các điều kiện tải khí động học danh nghĩa và ngoài danh nghĩa mà nó có thể trải qua trong quá trình bay.

Cây năng lượng mặt trời và bộ sạc EV đang được phát triển bởi các công ty như Envision Solar. Công ty có trụ sở tại California này cũng đã thiết kế EV ARC (hoạt động như một bộ sạc máy bay không người lái) để giải quyết các vấn đề liên quan đến khoảng cách và phạm vi. Các UAV ARC là hoàn toàn off-lưới và được trang bị pin làm cho sản phẩm nhiều hơn nữa khả năng mở rộng. Thiết bị không chỉ nhằm mục đích được sử dụng để sạc các đội bay không người lái mà còn để thu thập thông tin về các máy bay không người lái năng lượng mặt trời và đưa ra thông tin báo cáo về hiệu suất.

Chúng tôi đã có cơ hội nói chuyện với Shweta Patil, Chuyên gia Công nghệ tại ISPAGRO Robotics, và hiểu được một số khía cạnh công nghệ trong việc thiết kế máy bay không người lái chạy bằng năng lượng mặt trời và cả về tính khả thi của chúng. Đây là những gì cô ấy nói:

Những tiến bộ gần đây đã có trong máy bay không người lái chạy bằng năng lượng mặt trời

Từ năm 2017 khi máy bay không người lái chạy bằng năng lượng mặt trời của Facebook với sải cánh của chiếc Boeing 737 thực hiện chuyến bay đến năm 2019 khi máy bay không người lái chạy bằng năng lượng mặt trời của Trung Quốc - Meiying bay quãng đường dài 10 giờ trong mùa đông thiếu ánh sáng; một số máy bay không người lái chạy bằng năng lượng mặt trời đã thực hiện các chuyến bay thử nghiệm. Trong khi một số đã tỏ ra thành công, một số cần cải thiện trên nhiều mặt khác nhau. Gần đây, máy bay không người lái chạy bằng năng lượng mặt trời SB4 Phoenix của Sunbirds đã bay và băng qua hai lần eo biển Manche, thực hiện một chuyến đi khứ hồi từ Sangatte đến Dover. Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn một số máy bay không người lái chạy bằng năng lượng mặt trời đã bay gần đây.

HAWK30 - Vệ tinh giả độ cao (HAPS)

Đây là một UAV không người lái chạy bằng năng lượng mặt trời có độ bền lâu được phát triển với sự hợp tác giữa công ty con HAPSMobile của SoftBank có trụ sở tại Tokyo và nhà thầu quốc phòng Mỹ AeroVironment. HAWK30 đã hoàn thành chuyến bay thử nghiệm tại trung tâm nghiên cứu của NASA ở California vào tháng 9 năm 2019 và đang tiến hành để bắt đầu cung cấp các dịch vụ dựa trên HAPS vào năm 2023. Máy bay không người lái được chế tạo từ vật liệu nhẹ, có 10 cánh quạt và sải cánh dài 256 foot. Các tấm pin mặt trời được lắp đặt trên bề mặt cánh để cung cấp pin lithium-ion mật độ năng lượng cao cho phép UAV tiếp tục bay và truyền tải ngay cả sau khi mặt trời lặn.

SB4 Phoenix

Máy bay không người lái hoàn toàn tự động chạy bằng năng lượng mặt trời này của Sunbirds đã thực hiện chuyến bay vào ngày 14 tháng 9 năm 2020, bằng cách băng qua hai lần eo biển Manche, thực hiện một chuyến đi khứ hồi từ Sangatte đến Dover. Máy bay không người lái chạy bằng năng lượng mặt trời nhẹ này đã đạt được quãng đường 100 km và 2 giờ 21 phút. chuyến bay trên biển từ quốc gia này sang quốc gia khác với pin sạc 100% khi đến.

Máy bay không người lái chạy bằng năng lượng mặt trời EAV3 của Hàn Quốc

Gần đây, EAV3 do Viện Nghiên cứu Hàng không Vũ trụ Hàn Quốc (KARI) chế tạo đã hoàn thành Chuyến bay liên tục dài nhất là 53 giờ ở độ cao không đủ không khí. UAV sử dụng năng lượng mặt trời này được trang bị các tế bào siêu năng lượng dày đặc, nó dài 9m, sải cánh 20m và nặng khoảng 21 kg (46 lbs). Nó đã bay ở độ cao 12-18 km trong tầng bình lưu trong 16 giờ và phá kỷ lục của một máy bay không người lái chạy bằng năng lượng mặt trời đã hoàn thành chuyến bay kéo dài 90 phút ở độ cao 18 km vào năm 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 là một số máy bay không người lái UAV chạy bằng năng lượng mặt trời khác đã được thiết kế và phát triển trong vài năm qua.

Nhìn thấy các giải pháp và chứng kiến ​​ngày càng nhiều công ty tham gia nhóm, thật khó để dự đoán triển vọng tươi sáng đang chờ đợi cho các UAV chạy bằng năng lượng mặt trời. Trên toàn thế giới đang tích cực nỗ lực phát triển công nghệ này để áp dụng cho máy bay, chủ yếu là vì nó có thể thực hiện các nhiệm vụ một cách thân thiện với môi trường với chi phí thấp hơn. Từ việc trợ giúp trong các hoạt động quân sự khác nhau, thu thập dữ liệu và giao hàng dựa trên máy bay không người lái để cứu trợ thảm họa và các nhà bán lẻ thương mại, UAV chạy bằng năng lượng mặt trời đã giúp hoàn thành công việc hiệu quả và tiết kiệm hơn rõ rệt. Chúng tôi sẽ không sai khi gọi UAV chạy bằng năng lượng mặt trời và điều lớn lao tiếp theo!