Выбор источника солнечной энергии для БПЛА с жестким крылом

Выбор источника солнечной энергии для БПЛА с жестким крылом

В данной статье обсуждаются различные солнечные фотогальванические технологии, доступные сегодня для контексте беспилотного летательного аппарата (БПЛА) с жестким крылом. На сегодняшнем рынке из всех технологий, тонкий галлий-арсенид имеет самую высокую производительность в тех ситуациях, когда пространство ограничено и вес должен быть минимизирован.


Солнце как источник энергии


Беспилотные летательные аппараты с жестким крылом (БПЛА) готовы коренным образом изменить воздушное наблюдение, коммерческую и военную коммуникацию. От егерей в Африке к съемкам промышленных обьектов страховыми компаниями, вооруженные силы, правительственные и гражданские пользователи во всем мире все больше и больше ценят пользу этой технологии. Такие крупные компании как Facebook и Google разрабатывают высотные БПЛА большой длительности полета,чтобы обеспечить интернетом трудно доступные территории. Другие фирмы планируют использовать БПЛА для многомесячных миссий, фокусируемых на землеустройстве, картографии ресурсов и топографических обзоров. Несмотря на то, что БПЛА с мягкими крыльями позволяют осуществлять точное маневрирование, жесткие крылья БПЛА более эффективны в полете, они могут переносить больше полезной нагрузки, обеспечить более длительную работу датчиков при меньшем потреблении энергии и лучше подходят для высотной и длительной миссий (HALE).

БПЛА могут извлечь выгоду от тонких, легких и очень эффективных солнечных батарей, доступных сегодня.

Большие горизонтальные поверхности на жестких крыльях БПЛА могут размещать значительное количество солнечных батарей. Самолет, такой как NASA/AeroVironment Helios продемонстрировал, в 1980-м году потенциал для солнечных батарей, преобразовав крыло из пассивного механического компонента в основной источник энергии для обеспечения перевозки полезного груза, с минимальным воздействием на аэродинамику. Недавние достижения электрической технологии и беспроводного управления простимулировали сильный коммерческий интерес к солнечной энергии для БПЛА всех размеров, к примеру AeroVironment Puma .



Что нужно учитывать при выборе солнечного источника энергии


Фотогальваническая отрасль во власти крупных игроков, производящих почти товарный продукт для крупномасштабной полезности, коммерческих и жилых рынков производства электроэнергии. Доминирующая метрика производительности является эффективной. Однако есть другие метрики и солнечные технологии, которые относятся больше для применения к БПЛА.


Соотношение мощности к весу

Назначение БПЛА в том, чтобы нести полезный груз; любой избыточный вес уменьшает эту способность. Так как солнечные батареи обычно объединяются в консольные крылья, вес солнечного может привести к дальнейшему увеличению веса самолета из-за увеличенных структурных требований. Поэтому, соотношение мощности к весу (Pm) оцениваемой технологии является основным соображением в применении БПЛА.

Общая масса солнечного БПЛА - сумма веса самих модулей плюс вес защитной упаковки, необходимой для модуля, чтобы защитить во внешней среде. Определенным модульным технологиям нужна специальная толстая или многослойная упаковка для обеспечения приемлемых сроков службы. Эта упаковка может быть тяжелой. Поэтому важно рассмотреть общую массу солнечного подмодуля (т.е. вес модуляв, ключая соединения плюс вес герметизации), сравнивая технологии, используя соотношение мощности к весу.


Соотношение мощности к площади

Площадь поверхности ограничена даже на БПЛА с жестким крылом, таким образом, важная характеристика- эффективность (η, указанно в %), или мощность на единицу площади (РА). Как показано ниже, есть солнечные технологии, которые могут иметь большое отношение мощности к весу, но проигрывать от низкой конверсионной эффективности. Это может быть препятствием в применениях на БПЛА, так как их область применения ограничена. Увеличение площади крыла для единственной цели - размещения дополнительных солнечных батарей, может не окупиться вследствие увеличения структурного веса и сопротивления. Относительный размер отдельных солнечных батарей по сравнению с размером крыла также рассматривается с меньшими модулями, позволяющими повысить удельный вес (F). Также важна способность и готовность поставщика предоставить адаптированные размеры и формы солнечных батарей и комплектных электролизеров, чтобы обеспечить максимальное использование доступной площади.


Простота интеграции


Идеально выбранная солнечная технология не должна налагать дополнительные ограничения на конструкцию самолета или производственный процесс. Технологии солнечной батареи могут измениться в этом отношении значительно. Толщина, механическая гибкость и способность противостоять общим производственным процессам, таким как вакуумное формирование, является основными факторами для выбора. Более тонкие солнечные батареи обычно проще интегрировать, потому что они более гибкие и более стойкие к поломке. Модули могут быть заключены в капсулу со множеством пластмассовых пленок и даже набрызгиванием сплошных слоев. Другие факторы включают способность обеспечить гладкую поверхность для оптимальной аэродинамики, поддерживая большую мощность по отношению к нагрузке.


Прочность и надежность


БПЛА работают в жестких средах. Чрезвычайные температурные колебания, вибрации и изгиб считаются нормальнымы. Кроме того, удары и трение возможны во время взлета, посадки и набора высоты. Много проектов БПЛА (особенно большие БПЛА) будут стремиться использовать более высокое напряжение в электрических проводах, чтобы сократить вес проводки и использовать более эффективную тягу. Более высокие напряжения могут привести к определенным видам разрушения в солнечных батареях, которые могут не проявляться во время стендового тестирования при низком напряжении. Наконец, если солнечные модули должны крепиться на поверхности БПЛА, чрезвычайно важно, чтобы система крепежа была полностью квалифицирована. Система герметизации, используемая,для того,чтобы защитить модули, должна быть так же соответствующей. Важно выбрать поставщика, который готов инвестировать в необходимое тестирование и предоставить соответствующие данные на постоянной основе, поскольку инжиниринг БПЛА постоянно развивается.


Технологическое разнообразие


Известны более двадцати фотогальванических технологий, активно используемых различными изготовителями и исследовательскими группами. Они могут быть разделены на типы основанные на пластинах и тонких пленках. Здесь мы обсуждаем только те технологии, которые могут представляться в форме, подходящей для интеграции в БПЛА. Соответствующие технологии основанные на пластине - прозрачный кремний (c-Si) и галлий-арсенид (GaAs). Соответствующие технологии тонкой пленки - аморфный кремний, медный индиевый селенид галлия и тонкий галлий-арсенид лежат в основе гелиотехники.


Кристалличиские кремниевые солнечные батареи

Подавляющее большинство существующих солнечных батарей и производственных мощностей используют кристаллический кремний, как правило сделанный из пластин размером 6 дюймов. Типичная эффективность этой технологии составляет приблизительно от 17% (до 20% для некоторых более новых технологий).











Написать:
00:04
1561
Нет комментариев. Ваш будет первым!