Desafíos técnicos en la construcción de energía solar

Como predijo la FAA hace unos años, las ventas de drones con fines comerciales han aumentado drásticamente, al igual que la capacidad mundial de energía solar. Estas dos tecnologías juntas han aumentado las esperanzas de ver drones con energía solar volando alto en el cielo. Muchas pequeñas empresas privadas, grandes gigantes tecnológicos y de la aviación como Airbus, Boeing, Google, AeroVironment, Sunbirds SAS, Sunlight Aerospace, etc. ya llevan bastante tiempo en el mercado y están trabajando intensamente para desarrollar drones con energía solar..

Se prevé que el enfoque en un mayor uso de fuentes renovables de energía para impulsar el crecimiento del mercado en mayor medida y la aplicación de drones en fotografía aérea, cultivo solar, recolección de datos, agricultura agrícola, minería, etc.está impulsando el crecimiento de el mercado de drones con energía solar. Según el informe del mercado mundial de vehículos aéreos no tripulados con energía solar 2020-2024, se espera que el mercado de vehículos aéreos no tripulados con energía solar crezca en $ 485,46 millones para 2024 progresando a una tasa compuesta anual del 10%.

Sin lugar a dudas, los vehículos aéreos no tripulados que funcionan con energía solar han demostrado capacidades interesantes para grandes altitudes y una larga duración, pero los vehículos aéreos no tripulados actuales que funcionan con energía solar son extremadamente ligeros y frágiles y tienen cargas útiles pequeñas. En términos de peso y energía capturada, los paneles solares son cada vez más eficientes, pero la pregunta que queda por responder es: ¿qué tan factibles son los drones que funcionan con energía solar y cuáles son los problemas técnicos que enfrentan las empresas de aviación? Hemos hablado en detalle sobre los UAV, sus tipos y su aplicación en uno de nuestros artículos. Hoy, decidimos arrojar algo de luz sobre los drones que funcionan con energía solar, su viabilidad y sus dificultades técnicas.

¿Cuál es la viabilidad de los drones con energía solar?

La dependencia del clima, la ausencia de regulaciones estrictas, el aumento de incidentes con vehículos aéreos no tripulados, etc. son los principales factores que han disminuido la viabilidad de los vehículos aéreos no tripulados con energía solar. Técnicamente hablando, el sol entrega el 100% de energía y para que un dron almacene y use energía solar, se requiere una gran área en la que se puedan instalar paneles solares. Además, los paneles solares deben ser 100% eficientes. Hablemos de las dificultades / desafíos que deben resolverse para que un dron alimentado por energía solar maximice la recolección de energía solar.

Se requiere una gran superficie para paneles solares

Los drones que funcionan con energía solar tienen bajos costos de mantenimiento y garantizan la reducción de la huella de carbono a gran escala, pero para garantizar una alta eficiencia, se requiere una gran área para instalar los paneles solares. Los paneles solares de los drones que funcionan con energía solar están instalados en alas fijas. Cuanto más grandes son los paneles, más energía absorben del sol. Aumentar enormemente el tamaño del dron puede ayudar a hacer un uso óptimo de la energía solar y ahí es donde radica el problema. Los paneles solares voluminosos no son en absoluto factibles para aplicaciones de drones. Este problema está siendo abordado por varias empresas que trabajan en paneles solares flexibles, delgados y livianos de próxima generación que se están utilizando ampliamente.

Captación y utilización de energía solar

Dado que la energía solar recolectada varía significativamente con el tiempo, el corte de energía del UAV con energía solar varía en consecuencia. La probabilidad de un corte de energía es alta por la mañana debido a la menor potencia cosechada y continúa aumentando hasta el mediodía. Después del mediodía, la energía recolectada se reduce y el corte de energía también se reduce. Durante el mediodía, la energía solar cosechada es comparativamente mayor. Por tanto, el tiempo para cargar la batería al mismo nivel se reduce.

Entonces, ¿cuál es la solución?

Debido al aumento en la capacidad de generación de energía de la energía solar, se están produciendo varios avances en el mercado de drones con energía solar a nivel mundial. Además, las organizaciones están explorando nuevas posibilidades para el uso de vehículos aéreos no tripulados con energía solar para diversos fines y abordar problemas a escala global. Con esta aplicación de drones en varias industrias, se están llevando a cabo investigaciones para la sustitución de componentes estructurales de los UAV con dispositivos de almacenamiento y generación de energía para mejorar la resistencia de vuelo y las capacidades de rendimiento de los UAV con energía solar.

Colocar células solares en drones no es la única tecnología de drones en la que se están llevando a cabo investigaciones y desarrollos. Las compañías de aviación están trabajando para reducir el peso parásito que es alto debido a los sistemas de energía necesarios a bordo. Además, se están realizando esfuerzos para incluir baterías de polímero de litio y dispositivos de generación de energía como las células solares. Varios dispositivos generadores de energía libre a saber. Se utilizan dispositivos de almacenamiento de energía estructural, generadores termoeléctricos, células solares estructurales, etc. para hacer que el dron vuele de manera eficiente. Además, se están realizando esfuerzos para mejorar la relación potencia-peso de la aeronave y permitir que una estructura resista diversas condiciones de carga aerodinámica nominales y fuera de lo nominal que podría experimentar durante el vuelo.

Empresas como Envision Solar están desarrollando cargadores de árboles solares y vehículos eléctricos. Esta empresa con sede en California también ha diseñado EV ARC (que actúa como un cargador de drones) para abordar problemas relacionados con la distancia y el alcance. El UAV ARC está completamente fuera de la red y está equipado con baterías que hacen que el producto sea mucho más escalable. El dispositivo no solo está destinado a ser utilizado para cargar flotas de drones, sino también para recopilar información sobre drones solares y brindar información sobre el rendimiento del informe.

Tuvimos la oportunidad de hablar con Shweta Patil, especialista en tecnología de ISPAGRO Robotics, y comprendimos algunos aspectos tecnológicos en el diseño de drones con energía solar y también sobre su viabilidad. Aquí está lo que ella dijo:

Avances recientes que han tenido lugar en drones con energía solar

Desde el año 2017, cuando el avión no tripulado solar de Facebook con una envergadura de un Boeing 737 tomó un vuelo hasta el año 2019 cuando el avión no tripulado chino impulsado por energía solar, Meiying voló durante 10 horas de largo recorrido en un invierno con poca luz; varios drones con energía solar han realizado vuelos de prueba. Aunque algunos resultaron exitosos, algunos necesitan mejoras en varios frentes. Recientemente, el dron solar SB4 Phoenix de Sunbirds tomó vuelo y cruzó dos veces el Canal de la Mancha, haciendo un viaje de ida y vuelta desde Sangatte a Dover. Echemos un vistazo más de cerca a algunos de los drones que funcionan con energía solar que han despegado recientemente.

HAWK30 - Pseudo-satélites de gran altitud (HAPS)

Se trata de un UAV no tripulado, de larga duración, impulsado por energía solar, desarrollado en asociación entre la filial de SoftBank con sede en Tokio HAPSMobile y el contratista de defensa estadounidense AeroVironment. HAWK30 completó un vuelo de prueba en un centro de investigación de la NASA en California en septiembre de 2019 y está en marcha para comenzar a brindar servicios basados ​​en HAPS para 2023. El dron está construido con materiales livianos, tiene 10 hélices y una envergadura de 256 pies. Los paneles solares están instalados en la superficie del ala para alimentar una batería de iones de litio de alta densidad energética que permite que el UAV continúe volando y transmitiendo incluso después de la puesta del sol.

SB4 Phoenix

Este dron totalmente autónomo de Sunbirds con energía solar despegó el 14 de septiembre de 2020, cruzando dos veces el Canal de la Mancha, haciendo un viaje de ida y vuelta desde Sangatte a Dover. Este ligero dron alimentado por energía solar logró 100 km y 2 h 21 min. Vuelo sobre el mar de un país a otro con baterías cargadas al 100% a la llegada.

El dron de energía solar de Corea EAV3

Recientemente, el EAV3 fabricado por el Instituto de Investigación Aeroespacial de Corea (KARI) completó su Vuelo Continuo Más Largo de 53 horas a gran altitud donde el aire era insuficiente. Este UAV de energía solar está equipado con celdas ultra densas en energía, tiene 9 m de largo, una envergadura de 20 my pesa alrededor de 21 kg (46 lbs). Voló a una altura de 12-18 kilómetros en la estratosfera durante 16 horas y rompió el récord de un dron alimentado por energía solar que completó un vuelo de 90 minutos a una altitud de 18 kilómetros en 2016.

Google / Titan Aerospace: Solara 50 Boeing / DARPA: SolarEagle, Aurora Flight Sciences: Odysseus, BAE Systems: PHASA-35, Academia China de Aerodinámica Aeroespacial (CAAA): Caihong (Rainbow) T-4, Facebook / Ascenta: Aquila, Airbus: Zephyr-S son algunos de los otros drones UAV con energía solar que se han diseñado y desarrollado en los últimos años.

Al ver las soluciones y presenciar que más y más empresas se unen al tren, es difícil no predecir las brillantes perspectivas que se avecinan para los UAV con energía solar. Se están realizando esfuerzos activamente en todo el mundo para desarrollar esta tecnología que se aplicará a las aeronaves, principalmente porque puede realizar tareas de manera ecológica a un costo menor. Desde ayudar en varias operaciones militares, recopilación de datos y entrega basada en drones para socorro en casos de desastre y minoristas comerciales, los UAV que funcionan con energía solar han hecho que sea mucho más eficiente y económico hacer las cosas. ¡No nos equivocaremos al llamar a los UAV con energía solar y la próxima gran novedad!