التحديات الفنية في بناء الطاقة الشمسية

كما تنبأت إدارة الطيران الفيدرالية قبل بضع سنوات ، زادت مبيعات الطائرات بدون طيار للأغراض التجارية بشكل كبير ، وكذلك قدرة الطاقة الشمسية العالمية. رفعت هاتان التقنيتان معًا الآمال في رؤية طائرات بدون طيار تعمل بالطاقة الشمسية تحلق عالياً في السماء. العديد من الشركات الخاصة الصغيرة ، وعمالقة التكنولوجيا والطيران العملاقة مثل إيرباص ، وبوينغ ، وجوجل ، وإيروفيرونمنت ، وصنبيردز ساس ، وصنلايت إيروسبيس ، وما إلى ذلك ، كانت موجودة بالفعل في السوق منذ بعض الوقت وتعمل بشكل مكثف نحو تطوير طائرات بدون طيار تعمل بالطاقة الشمسية.

من المتوقع أن يؤدي التركيز على زيادة استخدام مصادر الطاقة المتجددة إلى تعزيز نمو السوق إلى حد أكبر ، كما أن استخدام الطائرات بدون طيار في التصوير الجوي ، والزراعة الشمسية ، وجمع البيانات ، والزراعة الزراعية ، والتعدين ، وما إلى ذلك ، يقود نمو سوق الطائرات بدون طيار التي تعمل بالطاقة الشمسية. وفقًا لتقرير Global UAV Market 2020-2024 الذي يعمل بالطاقة الشمسية ، من المتوقع أن ينمو سوق الطائرات بدون طيار التي تعمل بالطاقة الشمسية بمقدار 485.46 مليون دولار بحلول عام 2024 بمعدل نمو سنوي مركب قدره 10٪.

لا شك أن الطائرات بدون طيار التي تعمل بالطاقة الشمسية قد أثبتت قدرات مثيرة للاهتمام للارتفاعات العالية والتحمل الطويل ، لكن الطائرات بدون طيار الحالية التي تعمل بالطاقة الشمسية خفيفة للغاية وهشة ولديها حمولات صغيرة. من حيث الوزن والطاقة التي يتم التقاطها ، أصبحت الألواح الشمسية أكثر فاعلية ولكن السؤال الذي لا يزال يتعين الإجابة عليه هو - ما مدى جدوى الطائرات بدون طيار التي تعمل بالطاقة الشمسية وما هي المشكلات الفنية التي تواجهها شركات الطيران؟ لقد تحدثنا بالتفصيل عن الطائرات بدون طيار وأنواعها وتطبيقاتها في أحد مقالاتنا. اليوم ، قررنا إلقاء بعض الضوء على الطائرات بدون طيار التي تعمل بالطاقة الشمسية ، وإمكانية تنفيذها ، والصعوبات الفنية.

ما هي جدوى الطائرات بدون طيار التي تعمل بالطاقة الشمسية؟

الاعتماد على الطقس ، وعدم وجود لوائح صارمة ، وارتفاع حوادث الطائرات بدون طيار ، وما إلى ذلك ، هي العوامل الرئيسية التي قللت من جدوى الطائرات بدون طيار التي تعمل بالطاقة الشمسية. من الناحية الفنية ، توفر الشمس طاقة بنسبة 100 ٪ ولطائرة بدون طيار لتخزين الطاقة الشمسية واستخدامها ، هناك حاجة إلى مساحة شاسعة يمكن تركيب الألواح الشمسية عليها. بالإضافة إلى ذلك ، يجب أن تكون الألواح الشمسية فعالة بنسبة 100٪. دعونا نتحدث عن الصعوبات / التحديات التي يجب حلها لطائرة بدون طيار تعمل بالطاقة الشمسية لتعظيم تجميع الطاقة الشمسية.

مطلوب سطح كبير للألواح الشمسية

تتميز الطائرات بدون طيار التي تعمل بالطاقة الشمسية بتكاليف صيانة منخفضة وتضمن تقليل البصمة الكربونية على نطاق واسع ولكن لضمان الكفاءة العالية ، يلزم توفير مساحة كبيرة لتركيب الألواح الشمسية. الألواح الشمسية في الطائرات بدون طيار التي تعمل بالطاقة الشمسية مثبتة على أجنحة ثابتة. كلما كبرت الألواح ، زادت الطاقة التي تمتصها من الشمس. يمكن أن تساعد زيادة حجم الطائرة بدون طيار بشكل كبير في تحقيق الاستخدام الأمثل للطاقة الشمسية ، وهنا تكمن المشكلة. الألواح الشمسية الضخمة ليست ممكنة على الإطلاق لتطبيقات الطائرات بدون طيار. تتم معالجة هذه المشكلة من قبل العديد من الشركات التي تعمل على الجيل التالي من الألواح الشمسية المرنة والرقيقة والخفيفة الوزن التي يتم استخدامها على نطاق واسع.

تجميع الطاقة الشمسية واستخدامها

نظرًا لأن الطاقة الشمسية المحصودة تختلف اختلافًا كبيرًا مع مرور الوقت ، فإن انقطاع الطاقة في الطائرات بدون طيار التي تعمل بالطاقة الشمسية يختلف وفقًا لذلك. إن احتمال انقطاع الطاقة مرتفع في الصباح بسبب انخفاض الطاقة المحصودة ويستمر في الزيادة حتى الظهر. بعد الظهر ، تقل الطاقة المحصودة ويقل انقطاع الطاقة أيضًا. خلال فترة الظهيرة ، تكون الطاقة الشمسية المحصودة أعلى نسبيًا. لذلك ، يقل وقت شحن البطارية إلى نفس المستوى.

ما الحل إذن؟

نظرًا للزيادة في قدرة توليد الطاقة من الطاقة الشمسية ، تحدث العديد من التطورات في سوق الطائرات بدون طيار التي تعمل بالطاقة الشمسية على مستوى العالم. بالإضافة إلى ذلك ، تستكشف المنظمات إمكانيات جديدة لاستخدام الطائرات بدون طيار التي تعمل بالطاقة الشمسية لأغراض مختلفة ومعالجة القضايا على نطاق عالمي. مع هذا التطبيق للطائرات بدون طيار في مختلف الصناعات ، هناك بحث مستمر يجري لاستبدال المكونات الهيكلية للطائرات بدون طيار بأجهزة تخزين الطاقة وتوليد الطاقة لتحسين قدرة التحمل وأداء الطائرات بدون طيار التي تعمل بالطاقة الشمسية.

إن وضع الخلايا الشمسية على الطائرات بدون طيار ليس هو تقنية الطائرات بدون طيار الوحيدة التي يجري فيها البحث والتطوير. تعمل شركات الطيران على تقليل الوزن الطفيلي المرتفع بسبب أنظمة الطاقة المطلوبة على متن الطائرة. كما تُبذل جهود لتضمين بطاريات الليثيوم بوليمر وأجهزة توليد الطاقة مثل الخلايا الشمسية. العديد من أجهزة توليد الطاقة المجانية. يتم استخدام أجهزة تخزين الطاقة الهيكلية والمولدات الحرارية والخلايا الشمسية الهيكلية وما إلى ذلك لجعل الطائرة بدون طيار تطير بكفاءة. علاوة على ذلك ، تُبذل جهود لتحسين نسبة القوة إلى الوزن للطائرة وتمكين الهيكل من تحمل مختلف ظروف التحميل الديناميكي الهوائي الاسمية وغير الاسمية التي قد تواجهها أثناء الرحلة.

شجرة الشمسية و EV الشحن يتم تطويرها من قبل شركات مثل تصور الشمسية. قامت هذه الشركة التي تتخذ من كاليفورنيا مقراً لها بتصميم EV ARC (الذي يعمل بمثابة شاحن للطائرة بدون طيار) لمعالجة المشكلات المتعلقة بالمسافة والمدى. و UAV ARC تماما خارج الشبكة وهي مجهزة ببطاريات جعل المنتج أكثر استيعابا من ذلك بكثير. لا يهدف الجهاز إلى استخدامه لشحن أساطيل الطائرات بدون طيار فحسب ، بل يهدف أيضًا إلى جمع معلومات حول الطائرات الشمسية بدون طيار وتقديم معلومات عن أداء التقرير.

لقد أتيحت لنا الفرصة للتحدث إلى Shweta Patil ، أخصائي التكنولوجيا في ISPAGRO Robotics ، وفهمنا بعض الجوانب التكنولوجية في تصميم الطائرات بدون طيار التي تعمل بالطاقة الشمسية وأيضًا حول جدواها. هذا ما قالته:

التطورات الأخيرة التي حلت محلها في الطائرات بدون طيار التي تعمل بالطاقة الشمسية

اعتبارًا من عام 2017 عندما قامت طائرة بدون طيار تعمل بالطاقة الشمسية من فيسبوك وتبلغ طول جناحيها من طائرة بوينج 737 برحلة إلى عام 2019 عندما حلقت طائرة بدون طيار صينية تعمل بالطاقة الشمسية - Meiying لمدة 10 ساعات طويلة في الشتاء الخافت الإضاءة ؛ قامت العديد من الطائرات بدون طيار التي تعمل بالطاقة الشمسية برحلات تجريبية. بينما أثبت البعض نجاحه ، يحتاج البعض إلى تحسين على جبهات مختلفة. في الآونة الأخيرة ، قامت طائرة بدون طيار SB4 Phoenix التي تعمل بالطاقة الشمسية من قبل Sunbirds برحلة وعبرت مرتين القنال الإنجليزي ، في رحلة ذهابًا وإيابًا من Sangatte إلى Dover. دعونا نلقي نظرة فاحصة على بعض الطائرات بدون طيار التي تعمل بالطاقة الشمسية والتي قامت بالرحلة مؤخرًا.

HAWK30 - أقمار صناعية زائفة عالية الارتفاع (HAPS)

هذه طائرة بدون طيار تعمل بالطاقة الشمسية طويلة التحمل تم تطويرها بالشراكة بين شركة HAPSMobile التابعة لشركة SoftBank ومقرها طوكيو ومقاول الدفاع الأمريكي AeroVironment. أكملت HAWK30 رحلة تجريبية في مركز أبحاث ناسا في كاليفورنيا في سبتمبر 2019 وهي جارية للبدء في تقديم الخدمات المستندة إلى HAPS بحلول عام 2023. تم تصنيع الطائرة بدون طيار من مواد خفيفة الوزن ، ولها 10 مراوح وجناحين يبلغ طولهما 256 قدمًا. يتم تثبيت الألواح الشمسية على سطح الجناح لتغذية بطارية ليثيوم أيون عالية الكثافة للطاقة ، مما يتيح للطائرة بدون طيار الاستمرار في الطيران والإرسال حتى بعد غروب الشمس.

SB4 فينيكس

حلقت هذه الطائرة ذاتية القيادة التي تعمل بالطاقة الشمسية والتي تعمل بالطاقة الشمسية بالكامل من Sunbirds في 14 سبتمبر 2020 ، عن طريق عبور القناة الإنجليزية مرتين ، في رحلة ذهابًا وإيابًا من سانجات إلى دوفر. حققت هذه الطائرة الخفيفة الوزن التي تعمل بالطاقة الشمسية مسافة 100 كم وساعتين و 21 دقيقة. رحلة فوق البحر من دولة إلى أخرى مع شحن البطاريات بنسبة 100٪ عند الوصول.

الطائرة بدون طيار الكورية التي تعمل بالطاقة الشمسية EAV3

في الآونة الأخيرة ، أكمل EAV3 الذي صنعه معهد كوريا لأبحاث الفضاء الجوي (KARI) أطول رحلة مستمرة لمدة 53 ساعة على ارتفاع عالٍ حيث كان الهواء غير كافٍ. تم تجهيز هذه الطائرة بدون طيار التي تعمل بالطاقة الشمسية بخلايا كثيفة الطاقة للغاية ، ويبلغ طولها 9 أمتار ، ويبلغ طول جناحيها 20 مترًا ، وتزن حوالي 21 كجم (46 رطلاً). حلقت على ارتفاع 12-18 كيلومترًا في طبقة الستراتوسفير لمدة 16 ساعة وحطمت الرقم القياسي لطائرة بدون طيار تعمل بالطاقة الشمسية والتي أكملت رحلة مدتها 90 دقيقة على ارتفاع 18 كيلومترًا في عام 2016.

Google / Titan Aerospace: Solara 50 Boeing / DARPA: SolarEagle ، Aurora Flight Sciences: Odysseus ، BAE Systems: PHASA-35 ، الأكاديمية الصينية للديناميكا الهوائية للفضاء (CAAA): Caihong (Rainbow) T-4 ، Facebook / Ascenta: Aquila ، Airbus: Zephyr-S هي بعض الطائرات بدون طيار الأخرى التي تعمل بالطاقة الشمسية والتي تم تصميمها وتطويرها في السنوات القليلة الماضية.

من خلال رؤية الحلول ومشاهدة المزيد والمزيد من الشركات التي تنضم إلى العربة ، من الصعب عدم التنبؤ بالآفاق المشرقة التي تنتظر الطائرات بدون طيار التي تعمل بالطاقة الشمسية. الجهود جارية بنشاط في جميع أنحاء العالم لتطوير هذه التكنولوجيا ليتم تطبيقها على الطائرات ، وذلك في المقام الأول لأنها يمكن أن تؤدي المهام بطريقة صديقة للبيئة بتكلفة أقل. من خلال المساعدة في العمليات العسكرية المختلفة ، وجمع البيانات ، والتسليم باستخدام الطائرات بدون طيار للإغاثة في حالات الكوارث وتجار التجزئة التجاريين ، جعلت الطائرات بدون طيار التي تعمل بالطاقة الشمسية من إنجاز المهام أكثر كفاءة واقتصادية بشكل ملحوظ. لن نكون مخطئين في استدعاء الطائرات بدون طيار التي تعمل بالطاقة الشمسية والشيء الكبير التالي!