Défis techniques dans la construction solaire

Comme l'avait prédit la FAA il y a quelques années, les ventes de drones à des fins commerciales ont considérablement augmenté, tout comme la capacité mondiale d'énergie solaire. Ces deux technologies réunies ont fait naître l'espoir de voir des drones à énergie solaire voler très haut dans le ciel. De nombreuses petites entreprises privées, de grands géants de la technologie et de l'aviation comme Airbus, Boeing, Google, AeroVironment, Sunbirds SAS, Sunlight Aerospace, etc. sont déjà sur le marché depuis un certain temps déjà et travaillent intensément au développement de drones à énergie solaire..

L'accent mis sur une plus grande utilisation des sources d'énergie renouvelables devrait stimuler davantage la croissance du marché et l'application de drones à la photographie aérienne, à l'agriculture solaire, à la collecte de données, à l'agriculture, à l'exploitation minière, etc. stimule la croissance de le marché des drones solaires. Selon le rapport Global Solar-Powered UAV Market 2020-2024, le marché des drones à énergie solaire devrait croître de 485,46 millions de dollars d'ici 2024, avec un TCAC de 10%.

Sans aucun doute, les drones à énergie solaire ont démontré des capacités intéressantes pour la haute altitude et la longue endurance, mais les drones actuels à énergie solaire sont extrêmement légers et fragiles et ont de petites charges utiles. En termes de poids et d'énergie captée, les panneaux solaires deviennent de plus en plus efficaces mais la question qui reste à résoudre est - Quelle est la faisabilité des drones à énergie solaire et à quels problèmes techniques les compagnies aériennes sont-elles confrontées? Nous avons parlé en détail des drones, de leurs types et de leur application dans l'un de nos articles. Aujourd'hui, nous avons décidé de faire la lumière sur les drones à énergie solaire, leur faisabilité et les difficultés techniques.

Quelle est la faisabilité des drones à énergie solaire?

La dépendance aux conditions météorologiques, l'absence de réglementations strictes, l'augmentation des incidents d'UAV, etc. sont les principaux facteurs qui ont réduit la faisabilité des drones à énergie solaire. Techniquement parlant, le soleil fournit 100% d'énergie et pour qu'un drone stocke et utilise l'énergie solaire, il faut une vaste zone sur laquelle des panneaux solaires peuvent être installés. De plus, les panneaux solaires doivent être efficaces à 100%. Parlons des difficultés / défis à résoudre pour qu'un drone à énergie solaire maximise la collecte d'énergie solaire.

Grande surface requise pour les panneaux solaires

Les drones à énergie solaire ont de faibles coûts de maintenance et permettent de réduire l'empreinte carbone à grande échelle, mais pour assurer un rendement élevé, une grande surface est nécessaire pour l'installation des panneaux solaires. Les panneaux solaires des drones solaires sont installés sur des ailes fixes. Plus les panneaux sont grands, plus ils absorbent la puissance du soleil. Augmenter considérablement la taille du drone peut aider à optimiser l'utilisation de l'énergie solaire et c'est là que réside le problème. Les panneaux solaires volumineux ne sont pas du tout réalisables pour les applications de drones. Ce problème est abordé par diverses entreprises travaillant sur des panneaux solaires flexibles, minces et légers de nouvelle génération qui sont largement utilisés.

Collecte et utilisation de l'énergie solaire

Étant donné que l' énergie solaire récoltée varie considérablement avec le temps, la panne d'énergie du drone solaire varie en conséquence. La probabilité d'une panne d'énergie est élevée le matin en raison de la baisse de la puissance récoltée et continue d'augmenter jusqu'à midi. Après midi, la puissance récoltée diminue et la panne d'énergie diminue également. À midi, l'énergie solaire récoltée est comparativement plus élevée. Par conséquent, le temps de charge de la batterie au même niveau diminue.

Quelle est la solution alors?

En raison de l'augmentation de la capacité de production d'énergie solaire, plusieurs progrès sont en cours sur le marché des drones à énergie solaire dans le monde. En outre, les organisations explorent de nouvelles possibilités d'utilisation des drones à énergie solaire à des fins diverses et de s'attaquer aux problèmes à l'échelle mondiale. Avec cette application des drones dans diverses industries, des recherches sont en cours pour remplacer les composants structurels des drones par des dispositifs de stockage d'énergie et de production d'énergie afin d' améliorer l'endurance de vol et les capacités de performance des drones à énergie solaire.

Placer des cellules solaires sur des drones n'est pas la seule technologie de drone dans laquelle la recherche et le développement se déroulent. Les compagnies aériennes s'efforcent de réduire le poids parasite qui est élevé en raison des systèmes d'alimentation requis à bord. En outre, des efforts sont faits pour inclure des batteries au lithium polymère et des dispositifs de génération d'énergie tels que des cellules solaires. Divers appareils générateurs d'énergie gratuits, à savoir. des dispositifs de stockage d'énergie structurels, des générateurs thermoélectriques, des cellules solaires structurelles, etc. sont utilisés pour faire voler efficacement le drone. De plus, des efforts sont faits pour améliorer le rapport puissance / poids de l'aéronef et permettre à une structure de résister à diverses conditions de charge aérodynamique nominale et non nominale qu'elle pourrait subir en vol.

Des chargeurs d' arbre solaire et de VE sont développés par des sociétés comme Envision Solar. Cette société basée en Californie a également conçu EV ARC (qui agit comme un chargeur de drone) pour résoudre les problèmes liés à la distance et à la portée. L' UAV ARC est complètement hors réseau et est équipé de batteries rendant le produit beaucoup plus évolutif. L'appareil n'est pas seulement destiné à être utilisé pour charger des flottes de drones, mais également pour collecter des informations sur les drones solaires et fournir des informations sur les performances des rapports.

Nous avons eu l'occasion de parler à Shweta Patil, spécialiste de la technologie chez ISPAGRO Robotics, et avons compris certains aspects technologiques de la conception de drones à énergie solaire ainsi que leur faisabilité. Voici ce qu'elle a dit:

Progrès récents qui ont eu lieu dans les drones à énergie solaire

De l'année 2017 où le drone à énergie solaire de Facebook avec une envergure d'un Boeing 737 a pris un vol à l'année 2019 lorsque le drone à énergie solaire chinois - Meiying a volé pendant 10 heures long-courrier en hiver faiblement éclairé; plusieurs drones à énergie solaire ont effectué des vols d'essai. Si certains ont réussi, certains doivent être améliorés sur plusieurs fronts. Récemment, le drone solaire SB4 Phoenix de Sunbirds a pris son envol et a traversé deux fois la Manche, faisant un aller-retour de Sangatte à Douvres. Examinons de plus près certains des drones à énergie solaire qui ont récemment pris leur envol.

HAWK30 - Pseudo-Satellites à haute altitude (HAPS)

Il s'agit d'un drone solaire sans pilote à longue endurance développé en partenariat entre la filiale de SoftBank basée à Tokyo, HAPSMobile, et l'entrepreneur de défense américain AeroVironment. HAWK30 a effectué un vol d'essai dans un centre de recherche de la NASA en Californie en septembre 2019 et est en cours pour commencer à fournir des services basés sur HAPS d'ici 2023. Le drone est construit à partir de matériaux légers, possède 10 hélices et une envergure de 256 pieds. Les panneaux solaires sont installés sur la surface de l'aile pour alimenter une batterie lithium-ion à haute densité d'énergie permettant à l'UAV de continuer à voler et à transmettre même après le coucher du soleil.

SB4 Phoenix

Ce drone à énergie solaire entièrement autonome de Sunbirds a pris son envol le 14 septembre 2020, en traversant deux fois la Manche, faisant un aller-retour de Sangatte à Douvres. Ce drone léger à énergie solaire a parcouru 100 km et 2 h 21 min. survol de la mer d'un pays à l'autre avec des batteries chargées à 100% à l'arrivée.

Drone solaire coréen EAV3

Récemment, l'EAV3 fabriqué par l'Institut coréen de recherche aérospatiale (KARI) a terminé son vol continu le plus long de 53 heures à haute altitude où l'air était insuffisant. Ce drone à énergie solaire est équipé de cellules ultra-denses en énergie, il mesure 9 m de long, avec une envergure de 20 m et pèse environ 21 kg (46 lbs). Il a volé à une hauteur de 12 à 18 kilomètres dans la stratosphère pendant 16 heures et a battu le record d'un drone à énergie solaire qui a effectué un vol de 90 minutes à une altitude de 18 kilomètres en 2016.

Google / Titan Aerospace: Solara 50 Boeing / DARPA: SolarEagle, Aurora Flight Sciences: Odysseus, BAE Systems: PHASA-35, Chinese Academy of Aerospace Aerodynamics (CAAA): Caihong (Rainbow) T-4, Facebook / Ascenta: Aquila, Airbus: Zephyr-S fait partie des autres drones UAV à énergie solaire qui ont été conçus et développés ces dernières années.

En voyant les solutions et en voyant de plus en plus d'entreprises rejoindre le train en marche, il est difficile de ne pas prédire les brillantes perspectives qui s'annoncent pour les drones à énergie solaire. Des efforts sont activement en cours dans le monde entier pour développer cette technologie à appliquer aux aéronefs, principalement parce qu'elle peut effectuer des tâches de manière écologique à moindre coût. Qu'il s'agisse d'aider à diverses opérations militaires, à la collecte de données et à la livraison par drone pour les secours en cas de catastrophe et les détaillants commerciaux, les drones à énergie solaire ont rendu les choses nettement plus efficaces et économiques. Nous n'aurons pas tort d'appeler les drones à énergie solaire et la prochaine grande chose!