ความท้าทายทางเทคนิคในการสร้างพลังงานแสงอาทิตย์

ตามที่ FAA คาดการณ์ไว้เมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมายอดขายโดรนเพื่อการค้าเพิ่มขึ้นอย่างมากความจุพลังงานแสงอาทิตย์ทั่วโลกจึงมี เทคโนโลยีทั้งสองนี้ช่วยเพิ่มความหวังที่จะได้เห็นโดรนพลังงานแสงอาทิตย์บินขึ้นไปบนท้องฟ้า บริษัท เอกชนขนาดเล็กหลายแห่งยักษ์ใหญ่ด้านเทคโนโลยีและการบินเช่น Airbus, Boeing, Google, AeroVironment, Sunbirds SAS, Sunlight Aerospace และอื่น ๆ ได้เข้าสู่ตลาดมาระยะหนึ่งแล้วและกำลังดำเนินการอย่างเข้มข้นเพื่อพัฒนาโดรนพลังงานแสงอาทิตย์.

การมุ่งเน้นไปที่การใช้แหล่งพลังงานหมุนเวียนมากขึ้นคาดว่าจะช่วยเพิ่มการเติบโตของตลาดในระดับที่มากขึ้นและการใช้โดรนในการถ่ายภาพทางอากาศการทำฟาร์มพลังงานแสงอาทิตย์การรวบรวมข้อมูลการทำฟาร์มการเกษตรการขุด ฯลฯ กำลังผลักดันการเติบโตของ ตลาดโดรนพลังงานแสงอาทิตย์ จากรายงานของ Global Solar-powered UAV Market ปี 2020-2024 ตลาด UAV ที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์คาดว่าจะเติบโต 485.46 ล้านดอลลาร์ภายในปี 2567 โดยมีความคืบหน้าที่ CAGR 10%

ไม่ต้องสงสัยเลยว่า UAV ที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ได้แสดงให้เห็นถึงความสามารถที่น่าสนใจสำหรับความสูงและความทนทานที่ยาวนาน แต่ UAV ที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ในปัจจุบันมีน้ำหนักเบาและเปราะบางมากและมีน้ำหนักบรรทุกน้อย ในแง่ของน้ำหนักและพลังงานที่จับได้แผงโซลาร์เซลล์มีประสิทธิภาพมากขึ้นเรื่อย ๆ แต่คำถามที่ยังคงต้องตอบคือ - โดรนพลังงานแสงอาทิตย์มีความเป็นไปได้เพียงใดและ บริษัท การบินกำลังเผชิญปัญหาทางเทคนิคอะไรบ้าง? เราได้พูดคุยโดยละเอียดเกี่ยวกับUAV ประเภทและการประยุกต์ใช้ในบทความของเรา วันนี้เราตัดสินใจที่จะให้ความกระจ่างเกี่ยวกับโดรนที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ความเป็นไปได้และปัญหาทางเทคนิค

ความเป็นไปได้ของโดรนพลังงานแสงอาทิตย์คืออะไร?

การพึ่งพาสภาพอากาศการไม่มีกฎระเบียบที่เข้มงวดเหตุการณ์ UAV ที่เพิ่มขึ้น ฯลฯ เป็นปัจจัยสำคัญที่ช่วยลดความเป็นไปได้ของ UAV ที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ ในทางเทคนิคแล้วดวงอาทิตย์ให้พลังงาน 100% และสำหรับโดรนในการจัดเก็บและใช้พลังงานแสงอาทิตย์จำเป็นต้องมีพื้นที่กว้างขวางสำหรับติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์ นอกจากนี้แผงเซลล์แสงอาทิตย์ต้องมีประสิทธิภาพ 100% มาพูดถึงความยากลำบาก / ความท้าทายที่ต้องแก้ไขสำหรับโดรนพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อเพิ่มการสะสมพลังงานแสงอาทิตย์ให้ได้มากที่สุด

พื้นผิวขนาดใหญ่ที่จำเป็นสำหรับแผงเซลล์แสงอาทิตย์

โดรนที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์มีค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษาต่ำและมั่นใจได้ว่าจะลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในปริมาณมาก แต่เพื่อให้แน่ใจว่ามีประสิทธิภาพสูงจำเป็นต้องมีพื้นที่ขนาดใหญ่สำหรับการติดตั้งแผงโซลาร์เซลล์ แผงโซลาร์เซลล์ในโดรนที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ติดตั้งบนปีกคงที่ ยิ่งแผงใหญ่เท่าไหร่ก็ยิ่งดูดพลังจากดวงอาทิตย์มากขึ้นเท่านั้น การเพิ่มขนาดของโดรนอย่างมากสามารถช่วยในการใช้พลังงานแสงอาทิตย์ให้เกิดประโยชน์สูงสุดและนั่นคือปัญหาที่เกิดขึ้น แผงเซลล์แสงอาทิตย์ขนาดใหญ่ไม่ได้ที่ทุกคนเป็นไปได้สำหรับการใช้งานเสียงขึ้นจมูกปัญหานี้กำลังได้รับการแก้ไขโดย บริษัท ต่างๆที่ทำงานเกี่ยวกับแผงโซลาร์เซลล์ชนิดยืดหยุ่นบางและน้ำหนักเบารุ่นใหม่ที่ถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวาง

การรวบรวมและใช้พลังงานแสงอาทิตย์

เนื่องจากพลังงานแสงอาทิตย์ที่เก็บเกี่ยวได้แตกต่างกันไปตามเวลาอย่างมีนัยสำคัญการดับพลังงานของ UAV ที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์จึงแตกต่างกันไป ความเป็นไปได้ที่พลังงานจะดับจะสูงในตอนเช้าเนื่องจากกำลังเก็บเกี่ยวที่ลดลงและยังคงเพิ่มขึ้นจนถึงเที่ยงวัน หลังจากเวลาเที่ยงพลังงานที่เก็บเกี่ยวจะลดลงและการดับของพลังงานก็ลดลงเช่นกัน ในช่วงเที่ยงพลังงานแสงอาทิตย์ที่เก็บเกี่ยวได้นั้นค่อนข้างสูงกว่า ดังนั้นเวลาในการชาร์จแบตเตอรี่ให้อยู่ในระดับเดียวกันจึงลดลง

แล้วทางออกคืออะไร?

เนื่องจากความสามารถในการผลิตไฟฟ้าของพลังงานแสงอาทิตย์เพิ่มขึ้นความก้าวหน้าหลายประการจึงเกิดขึ้นในตลาดโดรนพลังงานแสงอาทิตย์ทั่วโลก นอกจากนี้องค์กรต่างๆกำลังสำรวจความเป็นไปได้ใหม่ ๆ ในการใช้ Solar Powered UAV เพื่อวัตถุประสงค์ที่หลากหลายและแก้ไขปัญหาในระดับโลก ด้วยการประยุกต์ใช้โดรนในอุตสาหกรรมต่างๆจึงมีงานวิจัยที่กำลังดำเนินการเพื่อทดแทนส่วนประกอบโครงสร้างของ UAV ด้วยอุปกรณ์จัดเก็บพลังงานและอุปกรณ์ผลิตไฟฟ้าเพื่อปรับปรุงความทนทานในการบินและความสามารถในการทำงานของ UAV ที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์

การวางเซลล์แสงอาทิตย์บนโดรนไม่ใช่เทคโนโลยีโดรนเพียงอย่างเดียวที่มีการวิจัยและพัฒนา บริษัท การบินกำลังดำเนินการเพื่อลดน้ำหนักของพยาธิที่สูงเนื่องจากระบบไฟฟ้าที่จำเป็นบนเครื่องบิน นอกจากนี้ยังมีความพยายามที่จะรวมแบตเตอรี่ลิเธียมโพลิเมอร์และอุปกรณ์สร้างพลังงานเช่นเซลล์แสงอาทิตย์ อุปกรณ์สร้างพลังงานฟรีต่างๆ ได้แก่ อุปกรณ์จัดเก็บพลังงานโครงสร้างเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบเทอร์โมไฟฟ้าเซลล์แสงอาทิตย์โครงสร้าง ฯลฯ ถูกนำมาใช้เพื่อให้โดรนบินได้อย่างมีประสิทธิภาพ นอกจากนี้ยังมีความพยายามในการปรับปรุงอัตราส่วนกำลังต่อน้ำหนักของเครื่องบินและทำให้โครงสร้างสามารถทนต่อสภาวะโหลดตามหลักอากาศพลศาสตร์ทั้งในและนอกที่ระบุซึ่งอาจประสบในระหว่างการบิน

Solar Treeและเครื่องชาร์จ EVกำลังได้รับการพัฒนาโดย บริษัท ต่างๆเช่น Envision Solar บริษัท ในแคลิฟอร์เนียแห่งนี้ได้ออกแบบ EV ARC (ซึ่งทำหน้าที่เป็นเครื่องชาร์จโดรน) เพื่อแก้ไขปัญหาเกี่ยวกับระยะทางและระยะ UAV ARCจะสมบูรณ์ปิดตารางและเป็นอุปกรณ์ที่มีแบตเตอรี่ทำผลิตภัณฑ์อื่น ๆ อีกมากมายสามารถปรับขนาดได้ อุปกรณ์ดังกล่าวไม่เพียง แต่มีจุดมุ่งหมายเพื่อใช้ในการชาร์จฟลีตโดรนเท่านั้น แต่ยังรวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับโดรนพลังงานแสงอาทิตย์และรายงานข้อมูลประสิทธิภาพอีกด้วย

เรามีโอกาสได้พูดคุยกับ Shweta Patil ผู้เชี่ยวชาญด้านเทคโนโลยีของ ISPAGRO Robotics และเข้าใจแง่มุมทางเทคโนโลยีบางอย่างในการออกแบบโดรนที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์และเกี่ยวกับความเป็นไปได้ นี่คือสิ่งที่เธอพูด:

ความก้าวหน้าล่าสุดที่เกิดขึ้นในโดรนพลังงานแสงอาทิตย์

ตั้งแต่ปี 2017 เมื่อโดรนพลังงานแสงอาทิตย์ของ Facebook พร้อมปีกนกของโบอิ้ง 737 บินขึ้นสู่ปี 2019 เมื่อโดรนพลังงานแสงอาทิตย์ของจีน - เหม่ยหยิงบินเป็นเวลา 10 ชั่วโมงในฤดูหนาวที่มีแสงสลัว โดรนพลังงานแสงอาทิตย์หลายลำได้ทำการทดสอบเที่ยวบิน แม้ว่าบางคนพิสูจน์แล้วว่าประสบความสำเร็จ แต่บางคนก็ต้องการการปรับปรุงในหลาย ๆ ด้าน เมื่อเร็ว ๆ นี้โดรนพลังงานแสงอาทิตย์ SB4 Phoenix ของ Sunbirds ได้ขึ้นบินและข้ามช่องแคบอังกฤษสองครั้งโดยเดินทางไปกลับจาก Sangatte ไปยัง Dover ลองมาดูโดรนพลังงานแสงอาทิตย์บางตัวที่เพิ่งขึ้นบิน

HAWK30 - ดาวเทียมหลอกระดับความสูงสูง (HAPS)

นี่คือ UAV ที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์แบบไร้คนขับและความทนทานที่พัฒนาขึ้นโดยความร่วมมือระหว่าง บริษัท ในเครือ SoftBank ของ SoftBank ในโตเกียวและ AeroVironment ผู้รับเหมาด้านการป้องกันประเทศในสหรัฐอเมริกา HAWK30 ทำการบินทดสอบที่ศูนย์วิจัยของ NASA ในแคลิฟอร์เนียในเดือนกันยายน 2019 และกำลังดำเนินการเพื่อเริ่มให้บริการที่ใช้ HAPS ภายในปี 2023 โดรนนี้สร้างจากวัสดุน้ำหนักเบามีใบพัด 10 ตัวและปีกขนาด 256 ฟุต แผงโซลาร์เซลล์ถูกติดตั้งบนพื้นผิวปีกเพื่อป้อนแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนความหนาแน่นพลังงานสูงทำให้ UAV บินและส่งสัญญาณต่อไปได้แม้หลังพระอาทิตย์ตก

SB4 ฟีนิกซ์

โดรนที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์แบบอิสระจาก Sunbirds นี้ออกบินเมื่อวันที่ 14 กันยายน 2020 โดยข้ามช่องแคบอังกฤษสองครั้งโดยเดินทางไปกลับจาก Sangatte ไปยัง Dover โดรนพลังงานแสงอาทิตย์น้ำหนักเบานี้ทำได้ 100 กม. และ 2 ชม. 21 นาที เที่ยวบินข้ามทะเลจากประเทศหนึ่งไปยังอีกประเทศหนึ่งโดยชาร์จแบตเตอรี่ 100% เมื่อเดินทางมาถึง

EAV3 โดรนพลังงานแสงอาทิตย์ของเกาหลี

เมื่อเร็ว ๆ นี้ EAV3 ของสถาบันวิจัยการบินและอวกาศแห่งเกาหลี (KARI) ได้ทำการบินต่อเนื่องที่ยาวที่สุดเป็นเวลา 53 ชั่วโมงที่ระดับความสูงซึ่งอากาศไม่เพียงพอ UAV ที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์นี้ติดตั้งเซลล์ที่มีพลังงานหนาแน่นเป็นพิเศษมีความยาว 9 เมตรมีปีกกว้าง 20 เมตรและมีน้ำหนักประมาณ 21 กิโลกรัม (46 ปอนด์) บินด้วยความสูง 12-18 กิโลเมตรในสตราโตสเฟียร์เป็นเวลา 16 ชั่วโมงและทำลายสถิติของโดรนพลังงานแสงอาทิตย์ที่บินได้ 90 นาทีที่ระดับความสูง 18 กิโลเมตรในปี 2559

Google / Titan Aerospace: Solara 50 Boeing / DARPA: SolarEagle, Aurora Flight Sciences: Odysseus, BAE Systems: PHASA-35, Chinese Academy of Aerodynamics (CAAA): Caihong (Rainbow) T-4, Facebook / Ascenta: Aquila, Airbus: Zephyr-S เป็นโดรน UAV พลังงานแสงอาทิตย์อื่น ๆ ที่ได้รับการออกแบบและพัฒนาในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา

เมื่อได้เห็นโซลูชันและเป็นสักขีพยานใน บริษัท ต่างๆที่เข้าร่วม bandwagon มากขึ้นจึงเป็นการยากที่จะไม่คาดการณ์แนวโน้มที่สดใสที่รออยู่ข้างหน้าสำหรับ UAV ที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ ทั่วโลกมีความพยายามอย่างแข็งขันในการพัฒนาเทคโนโลยีนี้เพื่อนำไปใช้กับเครื่องบินส่วนใหญ่เป็นเพราะสามารถทำงานในลักษณะที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมได้ในราคาที่ถูกลง จากการช่วยเหลือในปฏิบัติการทางทหารต่างๆการรวบรวมข้อมูลและการจัดส่งโดยใช้โดรนสำหรับการบรรเทาภัยพิบัติและผู้ค้าปลีกในเชิงพาณิชย์ UAV ที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์ทำให้มีประสิทธิภาพและประหยัดมากขึ้นในการทำงานให้ลุล่วง เราจะไม่ผิดในการเรียก UAV ที่ใช้พลังงานแสงอาทิตย์และสิ่งที่ยิ่งใหญ่ต่อไป!