אסטרטגיות לשילוב של כוח סולארי לתוך עיצוב פני השטח מטוסים

המעבר לעבר טיסה סולארית-Assisted

תעשיית התעופה מתמודדת עם לחץ גובר על טביעת הרגל פחמן שלה.בעוד מטוס מסחרי חשמלי מלא נשאר מטרה ארוכת טווח, אסטרטגיות לטווח ארוך להתמקד בצמצום שריפת דלק באמצעות חידושים מצטברים.אחד הדרכים המבטיחות ביותר הוא שילוב של פוטו-וולטאי (PV) טכנולוגיה לתוך העור החיצוני של המטוס.על ידי המרת השמש ישירות לתוך חשמל, לוחות סולאריים בתוך כנפיים, ממזג אוויר, ומערכת הפעלה חשמלית, אפילו כוח היברידית, יכול לתרום יחידות הנעה היברידית, אפילו כוח היברידית, כוח היברידית, אפילו תצורה של כוח היברידית.

גישה זו אינה מדע בדיוני. כלי טיס ניסיוני כמו סוליפול 2 הוכיחו כי טיסה סולארית מתמשכת מופעלת היא טכנית אפשרי.עבור תעופה מסחרית וכללית, האתגר משתנה מהאפשרות טהורה לאינטגרציה מעשית, יעילה בעלות שאינה מתפשרת בטיחות, ביצועים או מחזורי תחזוקה. מאמר זה מתאר את האסטרטגיות הליבה ומעצבים משתמשים כדי להביא כוח סולארי לתוך עיצוב מטוסים מרכזיים, הצלעות כי נשאר נקודות ניקוי בעתיד.

פיזיקה והנדסת הנדסה Constraints

לפני צלילה לטקטיקות עיצוב ספציפיות, חיוני להבין את הגבולות הפיזיים והמבצעיים השולטים באינטגרציה השמש על מטוסים.שמש מספקת בערך 1,000 וואט למטר מרובע ברמת הים בתנאים אידיאליים, אבל הדמות הזו יורדת באופן משמעותי עם גובה, כיסוי ענן וזווית של שכיחות. מטוס בשיוט בגובה 35,000 רגל מקבל זעזוע חזק יותר מאשר ברמת הקרקע, אבל הלוחות עדיין צריכים להתמודד עם וריאציות רחבות באוריינטציה יחסית לשמש.

האזור הנצפה לתאי השמש על מטוס טיפוסי מוגבל. Wings להציג את משטחים הרציפים הגדולים ביותר, אבל הם גם קריטיים עבור מעלית אווירודינמית.הוספת כל פרוטה או אפילו שינוי במרקם משטח יכול להגדיל. בדומה, הפתיל מציע משטחים מעוקלים כי לסבך את ההתקנה של לוחות קשיחים.כל סנטימטר של תאים סולאריים מוסיף מסה דרך התא עצמו, encapsulables, כוח, כל כך חזק, לחץ דם, ולכן, לחץ דם, כל כך חזק, לחץ דם, לחץ דם, לחץ דם, הוא לחץ דם, כל כך חזק, לחץ דם, לחץ דם, הוא לחץ דם, לחץ דם, כל כך, הוא לחץ דם חזק, לחץ דם, כל כך חזק, לחץ דם, לחץ דם חזק, לחץ דם חזק, לחץ דם, לחץ דם, לחץ דם חזק, כל כך, לחץ דם, לחץ דם חזק, הוא לחץ דם, לחץ דם חזק, לחץ דם חזק, כל כך, לחץ דם חזק, לחץ דם חזק, הוא לחץ דם חזק, לחץ דם חזק, לחץ דם חזק, לחץ דם, לחץ דם, לחץ דם חזק, הוא לחץ, כל כך, לחץ דם חזק, הוא לחץ דם, לחץ דם, לחץ דם חזק, כל כך, כל כך

ה Hurdles הטכניים

• תקציב:0Weight: FLT:1 , פאנל טיפוסי מונוקריסטלליין שוקל כ 10-15 ק"ג למ"ר. חלופות של ⁇ -סרט יכול ללטף את המשקל הזה, אך להקריב יעילות.
• (FLT:0) טוהר אווירודינמיקה: תאים סולאריים 1FLT:1ir חייב להיות שטף עם העור או מוטבע בתוך מבול מורכב כדי למנוע הפרעה של קו-שכבות.
• (FLT:0) ניהול רב-החל: 1FLT תאים PV לייצר חום; בגובה גבוה, קירור הוא מאתגר, והתחממות יתר מפחיתה את היעילות ואת תוחלת החיים.
• (ב) ⁇ :0 (Durability:0) , פאנלים חייבים לסבול קרינה UV, רכיבה תרמית, רטט, ברד, שביתות ברק וחשיפה נוזלית (דלק, כימיקלים מרתיעים).
• (FLT:0) אינטגרציה עם avionics:cioFLT:1 , כוח ניתוק נקודת כוח מקסימלי (MPPT), ו redundancy צריך לכרות עם מערכת החשמל של המטוס.

למרות המכשולים הללו, התקדמות מתמדת בחומרים מדע ואלקטרוניקה של כוח היא סגירת הפער בין אבטיפוס ניסיוני ופתרונות מוכנים לייצור.

אסטרטגיה 1: משקל אור וחומרים סולאריים גמישים

הדרך הפשוטה ביותר להפחית את עונש המשקל היא לאמץ תאים סולאריים המיועדים במיוחד עבור יישומי אווירוקל. תאים סיליקון מסורתיים הם קשיחים כבדים. טכנולוגיות די-סרטים, כגון נחושת ium Galllenide (CIGS) ו- CdTe), להפקיד חומר פעיל על תת-שכבות גמישות כמו פולימידיד או סולדת נירוסטה.

(החלפות האחרונות בתאים סולאריים perovskite, אשר להשיג יעילות מעבדה מעל 25% בתצורה חד פעמית, הם אטרקטיביים במיוחד. Perovskites ניתן להדפיס על תת-שכבות גמישות בעלות נמוכה מאוד, עם צפיפות נמוכה מאוד, החולשה העיקרית שלהם, פגיעת לחות וחמצן, מטופלת באמצעות טכניקות capsulation כי הם מתאימים היטב לסביבה החתומה של חברות להשחיתות כמו:2Fallasts:2Falstins להמשיך ולעבור קבוצות מחקר:

עקבו אחרי Add-On Panels

מושגים מוקדמים מעורבים בהצבת לוחות נוקשים אל פני השטח העליון של הכנפיים העליונות.עיצובים מודרניים להטביע שכבות פוטו-וולטאיות בתוך הזכוכית או עור פולימר-מרוס-הכוח פחמן עצמו.גישה זו מציעה מספר יתרונות: הלוח מוגן מפני התקפה סביבתית על ידי הדלי החיצוני, פני השטח נותר חלק, והמסה מופץ לתוך החרוטציה המבנית.

אסטרטגיה 2: היערכות דינמית

לא כל האזורים של מטוס מקבלים אור שמש שווה או רגישים במידה שווה לגרור.מיקום אסטרטגי ממקסם את קציר האנרגיה תוך צמצום עונשים.משטח האגף העליון הוא הנדל"ן הראשי: הוא רואה אור שמש ישיר עבור רוב הטיסה (מלבד בזמן סיבובים תלולים) והוא שטוח יחסית על מטוסים רבים.עבור עיצובים גבוהים כמו Cessna Caravan או אבטיפוס היברידיים, העליון מואר כל הזמן.

הייצוב האופקי הוא מועמד אחר.משטח העליון שלו מקבל אור שמש, אם כי שטח הכולל קטן יותר.על הפתיחת, רק המחצית העליונה היא שימושית; תאים משני צד לייצר כוח משתנה בהתאם לבילה ולזמן של היום. כמה עיצובים משלבים תאים על ייצובים, אבל היתרון הוא שולי בשל האזור הקטן וגילוח מן הפתיחת.

משטח Curvature ו- Conformability

תאים גמישים יכולים לעקוב אחר עקומות מורכבות, אבל כאשר bent, הם עשויים לפתח microcracks או לאבד יעילות. מעצבים להשתמש מודלים חיזויים כדי למפות את המתח על פני העור במהלך עומסי הטיסה. על ידי אומצת התאים עם ציר קצר שלהם במקביל לכיוון של ריפוי מקסימלי, יצרנים להפחית את הלחץ.

אסטרטגיה 3: אחסון אנרגיה מתקדם וניהול כוח

לוחות סולאריים על מטוס מייצרים חשמל רק כאשר מוארים.מערכות חשמל במהלך תנאים מעוננים, לילה, או פלחים נמוכים, מערכת אחסון אנרגיה יעילה היא חיונית.בטריות לטיסה סולרית חייב לעמוד בדרישות מחמירות: אנרגיה ספציפית גבוהה (Wh/kg), חיים מחזוריים גבוהים, יכולת טעינה מהירה, הסמכה בטיחות (תיקון 160 ציות).

כימאים ליתיום-יון שולטים, אבל סוללות מוצקות יותר מבטיחות שיפורים משמעותיים.סוללה של מדינה מוצקה יכולה להשיג באופן תיאורטי 400-500 Wh / ק"ג, בהשוואה ל-250 Wh/kg עבור חבילות ההלית הטובות ביותר של ימינו.חברות כמו FLT:0QuanScapeFLT:1 מפתחים תאים יציבים עם יציבות תרמית עבור מטוסים אלה, כגון עומס חירום, ללא לחץ חירום, או כוח עוברי, ללא לחץ אווירי, ללא לחץ על פני שטח, כגון, כגון, 000 כגון לחץ אווירי חירום, או לחץ על ידי אחסון מרכזי, ללא מגבלות שטח אחסון מרכזי, ללא מגבלות של אבטחה של מטוסים.

יציבות וחלוקת

לוחות סולאריים תואמים את המתח הנוכחי (DC) תלוי בעוצמה קלה וטמפרטורה. עוקבים של נקודת כוח מקסימלית (MPPTs) להתאים את העומס כדי לחלץ את הכוח הגבוה ביותר האפשרי.יחידות אלה חייבות להיות קלות משקל, יעיל (>98%), ומסוגלות לפעול על טווח מתח רחב.באדריכלות טיפוסית, MPPT מאכיל אוטובוס DC אשר גובה את הסוללה והאספקה של עומסים לא פולשניים כגון תא חשמל, תאורה חשמלית, יכול לשמש ציוד חשמלי.

אסטרטגיה 4: שילוב מבני ללא פשרות

המבנה של המטוס חייב להישאר מוסמך לשאת עומסי טיסה, לעמוד במחזורי עיתונות, ולשרוד את שביתות הציפור.אינטגרציה השמש לא יכולה להחליש את העור או להציג מצבי כישלונות.אחת השיטה המוכחת היא להשתמש בתאים הסולאריים כשכבה שיוצרת כוח בתוך פאנל כריך.העמוד החיצוני מספק התנגדות, הליבה (הלחצב או קצף) מספקת קשיחות, ואת הפנים הפנימי נושאת עומסי דם על פני השטח בין השכבה החיצונית לפירוק הפנימי של העור.

מהנדסים גם לשקול התערבות אלקטרומגנטית (EMI) אלקטרוניקה חשמל שפועל בתדרים של מעבר גבוה יכול לקרין רעש המשפיע על תקשורת וציוד ניווט.מגן וסינון יש לשלב, הוספת מסה אך להבטיח עמידה בסטנדרטים כמו RTCA DO-160.

תחזוקת ושיקולי תיקון

אם תא סולארי נכשל, אזור פאנל שלם עשוי לאבד כוח.מעצבים לטפל בזה על ידי חלוקת העור לאזורים קטנים, מפוצצים באופן עצמאי. תא אחד נכשל גורם רק לירידה מקומית, לא הפסד מוחלט.עבור החלמה, הטמעת תאים בלוח חיצוני חלופי הוא מעדיף על פני אינטגרציה מונוליטית.מודולרית כי על המבנה המטוס מאפשר החלפת מהירה ללא תחזוקה ברמה נמוכה, כל פאנל חייב להיות גרורתי חייב להיות גרורתי על פני מסגרת מגע הוגן.

אסטרטגיה 5: גירושים היברידיים-חשמליים

השימוש המשפיע ביותר של כוח סולארי במטוס כרוך בשילוב עם הנעה חשמלית.באדריכלות היברידית-חשמלית, מנועי הבעירה פנימית (טרפונס או מנועי פיסטון) מספקים כוח בסיס, בעוד מנועים חשמליים מוסיפים דחף במהלך שלבים ביקוש גבוה כמו Takeoff וטפס לוחות סולאריים לייצר חשמל במהלך השייט, או טעינה או הפעלת מנועים ישירות כדי להקל על המנועים.

עבור מטוסים אזוריים קצרים, שילוב סולארי הוא אטרקטיבי במיוחד.המטוסים האלה מבלים אחוז גבוה יותר של זמן הטיסה שלהם בשלב השייט השמשי יחסית לנטילת הפליאוף והירידה.ה-FLT:0Eviation AliceFLT:1 הוא עיצוב חשמלי מלא שיכול ליהנות מהגדלת השמש, אם כי כיום הוא מסתמך רק על אנרגיה סוללות מאוחסן על הקרקע.

סולרי ניוון Descent

הזדמנות לעתים קרובות מצופים היא להשתמש בכוח השמש במהלך הירידה. כמו המטוס, המנועים בדרך כלל בדל, ואת פני השטח של שליטה לייצר גרר משמעותי לוחות סולאריים ממשיכים לייצר כוח בגובה גבוה, שבו אי-דינס חזק יותר. כי אנרגיה ניתן להשתמש כדי לשמור על מערכות פועל ללא ציור של הסוללה, שמירה על מצב של מטען עבור מונית חשמלית מלאה או גישה.

תוכניות ודעות אמיתיות בעולם

האימפולס הסולארי 2 circumnavigation בשנת 2016 הראה את העולם כי טיסה סולארית לטווח ארוך אפשרית על פלטפורמה קלה, גבוהה-aspect-ratio. מאז, כמה תוכניות התמקדו יישום מעשי. Airbus Zephyr, a high-altitude פסאודו-satellite (HAPS), משתמש תאים סולאריים על כנפיו כדי להישאר חטוף במשך חודשים ב stratophre, בעוד שלא מודיעה ישירות על פני השטח.

בצד התעופה הכללי, חברות כמו FLT:0 Sunny Dayss AviationFLT 1 (בעלי מקום בדיוני להדגמה; להחליף ישות אמיתית אם יש צורך) הם רטרו-מחדש מטוסים קלים עם לוחות סולאריים גמישים אשר כוח avionics ולהפחית עומס ניתוח.

מוסדות מחקר כמו מרכז החלל הגרמני (DLR)אנדרל 1:1 הם בדיקות מוטבעות פוטו-וולטאיות על חלקים כנף מנהרות רוח, מדידת הסחר בין דור כוח וגרור. תוצאות ראשוניות מצביעות על כך עם הכנה על פני השטח, העלייה בגרור היא פחות מ-1%, בעוד יצירת 100-150 W/m בגובה השייט.

עלויות, הסמכה, וקריאה בשוק

למרות ההתקדמות הטכנית, מחסומים כלכליים ורגולטוריים נותרו משמעותיים.לוחים סולאריים עבור מטוסים חייב להיות מוסמך לאותן סטנדרטים כמו כל רכיב אחר של מטוסים.התשלום על עלויות הסמכה עבור חומר או מערכת חדשה יכול לעלות על מיליון דולר ולקחת 2-5 שנים.החזרה על ההשקעה חייבת להיות מוכחת לחברות תעופה ויצרניות מטוסים: האם חיסכון הדלק על מחזור החיים להצדיק את הפרימה הראשונית?

עבור רחבות-הכולה ארוכה, המשקל הנוסף של לוחות סולאריים עולה כיום על רווח האנרגיה, כי אזור כנף לכל נוסע נמוך ומשך הטיסה כולל תקופות ארוכות אפלות.עבור זעזועים אזוריים ומטוסים עסקיים, המתמטיקה היא יותר נוח.מספקים מוקדמים סביר יותר יהיו בפערים התעופה הכלליות ובמקטעי נוסעים, שם נטל הסמכה נמוך יותר וטיסות קצרות יותר תואמים עם יכולות השמש.

עתיד Outlook וחומרים הבאים

(במבט קדימה, שלושה מגמות טכנולוגיות יזרזו את האינטגרציה הסולארית: 1.10) תאים סולאריים גלקסיותיים של קרינת השמש (FLT) 1 לוכדים אור משני הצדדים, עלולים לייצר כוח מהשתקפות של עננים או מהקרקע. השני, FLT:2 ⁇ או שלב סמי- ⁇ של פוטו-וולטאיים 3FLT 3 יכול להחליף תא הטייס וחלונות תא תא הטייס, ולהפוך כל משטח מאנרגיה שלישית, אם כי אם כי אם כי אם כי אם כי אם כי אם כי אם כי אם כי אם כי אם כי אם כי הוא יכול לעבור את המיקרוגל הוא עשוי להיות בעל משקלווץ, או מכחול הוא עשוי להיות בעל עוצמה על בסיס של מתכתיונית, בין אם כי הוא יכול להחליף את המיקרוגל הוא 3, אם כי אם כי הוא בעל LT5 הוא יכול להחליף את המיקרוגל חיוני, אם כי אם כי אם כי אם כי אם כי אם כי אם כי אם כי הוא יכול להחליף את התוספת קריטית, בין אם כי הוא יכול להחליף את המיקרוגל הוא יכול להחליף את התוספת קריטית, אם כי הוא יכול להחליף את החמצן, אם כי הוא יכול להחליף את האלקטרומגנט, אם כי הוא יכול להחליף את התוספת של מתכת מתכת מתכת מתכתידור 3, אם כי הוא יכול

ההתכנסות של מרוכבים קלים, סרטים דקים בעלי יעילות גבוהה, סוללות מוצקות המדינה מביאים את החזון של טיסה מחוסמת השמש קרוב יותר למציאות. עד 2035, סביר להניח שכל מטוס אזורי חדש יציע עור סולארי כאופציה, ו ערכות רטרוfit יהפכו זמינות עבור מודלים פופולריים.

(ב) [ה]: [ה] [ה]] [ה]] [ה] [ה]] [ה]]] [ה]], [ה] [ה]]]ה']'[ה']'[ה]']'[ה']'[ה']'[ה']'[ה']']'[ה']']'[ה'[ה']']'[ה'[ה']']'[ה']']'[ה'[ה'[ה'[ה']'[ה'[ה']']']'[ה'[ה'[ה']']']']']'[ה']']'[ב'[ה'[ה'[ה']']']']'[ה'[ה'[ה']'[ה']']'[ה']']']'[ה']']'[ה'[ה'[ה'[ה']']'[ה']']'[ה'[ה'[ה'[ה'[