Fókusz! Napelemes repülőgép frissítés!

Az üvegházhatású gázok kibocsátásának csökkentése egyetemes kihívás a kereskedelmi repülési ágazat számára. Ez az ágazat a globális kibocsátás 2,6 százalékát adja, és ez az arány 5 százalékra nőhet, mivel az ipar lemarad a többi ágazattól a dekarbonizációs folyamatban.

2030-ra egyre többen utaznak majd repülővel, és a légitársaságok jelenlegi kötelezettségvállalásai az alacsony szén-dioxid-kibocsátású alternatív üzemanyagok használatára vonatkozóan csak részben ellensúlyozzák ezt a bővülést.

A repülőgépek által felhasznált napenergia

Egy óra alatt elegendő napfény éri el a Föld felszínét ahhoz, hogy egy egész évre fedezze a világ összes energiaszükségletét.

A napelemes rendszerek fotovoltaikus modulokat használnak a napfény elektromos árammá alakítására. Ez az energia elektromos árammá alakítható és felhasználható a repülőgépiparban.

Az 1970-es évek üzemanyag-válsága idején a fotovoltaikus modulokon keresztül történő napenergiát alternatív energiaforrásnak tekintették. A napenergiával működő repülőgépek a közelmúltban ökológiailag előnyös megoldásként keltették fel a közvélemény és a légiközlekedési ágazat figyelmét. A hagyományos repülőgépekkel ellentétben a napelemes repülőgépek fotovoltaikus modulokat használnak a napsugárzás összegyűjtésére és elektromos árammá alakítására.

A napenergiával működő repülőgépeket előnyben részesítik a hagyományos repülőgépekkel szemben

A napenergiával hajtott repülőgépek nagy lehetőségeket rejtenek a nagy magasságú és hosszú távú (HALE) küldetésekben a napenergia korlátlan elérhetősége miatt.

Napenergiával működő repülőgépek repülhetnek az űr közelében a légköri repülési régió felett és az űrhajó repülési tartománya alatt (kb. 20-100 km).

A repülőgép-rendszerek tartósságától és a napfény elérhetőségétől függően hónapokig vagy akár évekig is folyamatosan cirkálhatnak, ami a hagyományos repülőgépeknél az üzemeltetési korlátok miatt nem lehetséges.

Hogyan működik egy napelemes repülőgép?

Az alapkoncepció az, hogy a repülőgép bizonyos területeit, például a szárnyakat és a farkat lefedjék napelemekkel.

A napsugárzás hatására a fotovoltaikus modulok a napenergiát elektromos árammá alakítják. A PV modulok tájolása és a nap fényereje az a két tényező, amely befolyásolja a termelt energia mennyiségét.

Az erőátviteli kimenetet kezelő áramkör programozható mikrokontrollerrel rendelkezik. A villamos energia vezérlési és átviteli rendszere biztosítja, hogy a napelem modulok a lehető legtöbb energiát termeljék. A megtermelt villamos energia nagy részét a repülőgép elektronikai és meghajtórendszereinek táplálására használják fel. Kevés napfény esetén az akkumulátorok a további energia felhasználásával töltődnek fel.

Az alapötlet az, hogy a repülőgépet napenergia szállítására használják, és a repülőgépeket borító napelem modulok látják el ezt a feladatot. Ezekkel a modulokkal a sugárzó energiát elektromos energiává alakítják. Ezt az elektromos energiát használják fel az elektromos motorokat tápláló akkumulátorok töltésére.

A motorokra szerelt propellerek állandó tolóerőt generálnak. A levegő dinamikus hatása tehát meghajtja a repülőgépet, és a szárnyakon a súly lefelé irányuló erejével ellentétes erőt hoz létre. Az akkumulátorok jelentik az egyetlen energiaforrást éjszaka.

A napelemes repülőgépek előnyei

A napenergiával működő repülőgépek környezetbarátak. A napelemes repülések legfontosabb előnye és fejlesztésük alapvető oka, hogy tiszta energiaforrásra támaszkodnak, amely nincs negatív hatással a környezetre.

A napenergia jelentős előnyökkel rendelkezik a fosszilis tüzelőanyagokkal szemben, mivel ingyenes, tiszta és megújuló energiaforrás.

A napelemes repülőgépek hátrányai

A hagyományos repülést kevésbé befolyásolják az időjárás változásai, mint a napenergiával működő repülőgépeket. A hagyományos repülőgépek az időjárás miatt késhetnek, vagy az utazás nagyobb kihívást jelenthet. A napelemes repülőgépek azonban csak bizonyos időjárási körülmények között tudnak repülni, különösen nagy távolságokra, mivel a levegőben kell feltölteni őket.

Bár a napenergia gyakorlatilag ingyenes, a begyűjtéséhez és felhasználásához szükséges berendezések és technológia nagyon drága, különös tekintettel az egyszemélyes repülőgép üzemeltetéséhez szükséges léptékekre.

Az első napenergiával működő repülőgép és modern repülőgép

Az elektromosságot régóta használják repülő gépek meghajtására. Az első egy hidrogénnel töltött francia repülő hajó volt, amely 1884-ben megnyert egy 10 km-es versenyt Villacoulbay és Medon közelében.

Amikor a benzinmotor megérkezett, a repülőgépek elektromos meghajtását felhagyták, és a mező csaknem egy évszázadon át szunnyadt. Akkoriban az elektromos rendszer előnyben volt egyetlen riválisával, a gőzgéppel szemben.

Izgatott közönség és fotósok előtt a SunPower 2 földet ért Abu-Dzabiban 2016. július 26-án a hajnali órákban. A repülőgép végrehajtotta azt, amit sokan lehetetlennek tartottak. 14 hónap és 550 óra repülés után 25 000 mérföldet tett meg a Föld körül folyékony üzemanyag használata nélkül, átszelve négy kontinenst, két óceánt és három tengert. Ennek a járműnek az egyetlen energiaforrása a nap fényes sugara volt.

Napelemes repülőgépekkel kapcsolatos legújabb kutatások és fejlesztések

A többi versengő technológiai megközelítéshez hasonlóan a napelemes tüzelőanyag-cellákat úgy fejlesztették ki, hogy a helyhez kötött rendszerek számára villamos energiát állítsanak elő. A jelenlegi kutatási és fejlesztési erőfeszítések megbízható, alacsony költségű, nagy teljesítményű energiahálózatok fejlesztésére irányulnak légi közlekedési alkalmazásokhoz.

Gyors technológiai fejlődés folyik a napenergia repülésben való felhasználásának javítása és kiterjesztése érdekében. Ebben az összefüggésben a szerves fotovoltaikus rendszerek nagy jelentőséggel bírnak. Az organikus fotovoltaik (OPV) szerves anyagok sokféle és sokoldalú skálájából készülnek, és korlátlan lehetőségeket kínálnak a teljesítmény javítására. A szerves molekulák olcsók, jó fényelnyelő tulajdonságokkal rendelkeznek, és akár néhány száz nanométeres vékony bevonatokat is lehetővé tesznek.

A napenergiával működő repülőgépek legújabb fejlesztése a Zephyr S repülőgép fejlesztése. A drónként és álműholdként is ismert Zephyr S repülőgép az Egyesült Államok hadseregének arizonai Yuma kísérleti területéről szállt fel. Úgy tervezték, hogy hosszabb ideig a levegőben maradjon, lehetővé téve, hogy katonai szenzorplatformként működjön.