شارژ پهپاد‌ها با سلول‌های خورشیدی فوق نازک

به گزارش برق نیوز، پهپاد‌های مولتی روتور ممکن است روزی بتوانند به جای بازگشت به ایستگاه شارژ، باتری‌های خود را در حین پرواز شارژ کنند. این پیشرفت به لطف سلول‌های خورشیدی فوق نازک داخلی انجام خواهد شد که کارآمدی خود را روی یک کوادکوپتر کوچک نشان داده اند.

یکی از دلایلی که امروزه شاهد استفاده گسترده‌تر از پهپاد‌ها نیستیم این است که بیشتر آن‌ها می‌توانند تنها حدود ۳۰ دقیقه پرواز کنند و پس از این مدت باتری شان تمام می‌شود. این بدان معنی است که آن‌ها معمولا محدود به سفر‌های رفت و برگشتی هستند که هر طرف فقط ۱۵ دقیقه طول می‌کشد، از پایگاه خود تا مقصد و مسیر بازگشت.

یک راهکار این است که پهپاد‌ها در صورت نیاز در ایستگاه‌های شارژ در طول مسیر‌های تعیین شده توقف کرده و باتری خود را شارژ کنند. اما چنین راهکاری مستلزم ساخت، تغذیه و نگهداری چنین ایستگاه‌هایی است.

علاوه بر این، پهپاد‌ها محدود به دنبال کردن مسیر‌های پروازی هستند که این ایستگاه در آن‌ها پیش بینی شده باشد؛ و این همان جایی است که سلول‌های خورشیدی جدید وارد می‌شوند.

پژوهشگران دانشگاه یوهانس کپلر در لینز اتریش، سلول‌های سبک وزن و انعطاف پذیری از یک ماده نیمه رسانا به نام پروسکایت ساخته اند که ضخامت شان کمتر از ۲.۵ میکرومتر (تن‌ها یک بیستم قطر موی انسان) است. نکته مهم‌تر اینکه، این سلول‌ها در تبدیل نور خورشید به برق ۲۰.۱ درصد کارآمد هستند و توان خروجی شان تا ۴۴ وات بر گرم است.

دانشمندان در آزمایش اثبات مفهومی این فناوری، آرایه‌ی حلقه‌ای از ۲۴ سلول را بر روی یک کوادکوپتر مینیاتوری CX ۱۰ با نام تجاری «Solar Hopper» «سولار هوپر» نصب کردند. این آرایه فقط یک بیست و پنجم وزن کل پهپاد و خود سلول‌ها نیز فقط یک چهارصدم وزن آن را تشکیل می‌دادند.

این پیکربندی پهپاد را قادر می‌سازد تا به طور خودکفا عمل کند و چرخه شارژ- پرواز- شارژ متوالی را بدون شارژ مجدد سیمی انجام دهد.

در یک سری آزمایش‌های داخلی که تحت یک منبع نور مصنوعی شبیه سازی نور خورشید انجام شد، پهپاد پی در پی به مدت ۱۰ ثانیه در حالت نیمه پرواز معلق ماند، سپس فرود آمد و به مدت ۳۰ دقیقه برای شارژ مجدد رها شد. شش مورد از این چرخه‌های «شارژ- پرواز- شارژ» پشت سر هم را با موفقیت به پایان رساند و احتمالا همچنان می‌توانست این روند را به طور نامحدود ادامه دهد.

دانشمندان بار دیگر سولار هوپر را در حالت نیمه پرواز شناور کردند، اما این بار تا زمانی که باتری آن تمام شد در همین حالت باقی ماند. این آزمایش‌ها هم با و هم بدون اتصال آرایه خورشیدی انجام شد. مشخص شد که وقتی آرایه متصل شد، زمان پرواز حدود شش درصد افزایش یافت.

اگرچه این رقم زیادی نیست، اما هدف از این فناوری آن است که به پهپاد‌ها امکان دهد هر جایی که نور خورشید وجود دارد توقف کرده و شارژ شوند، نه برای شارژ شدن در هنگام پرواز. علاوه بر این، دانشمندان خاطرنشان می‌کنند که اگر پهپاد به شکلی تغییر می‌کرد که از نظر انرژی کارآمدتر باشد، این رقم بزرگتر می‌شد.

البته، این فناوری می‌تواند کاربرد‌هایی فراتر از شارژ مجدد پهپاد‌ها را داشته باشد مانند عملیات جستجو و نجات، نقشه برداری در مقیاس بزرگ، تولید انرژی خورشیدی در فضا و کاوش در منظومه شمسی.

«کریستوف پوتز» «Christoph Putz» یکی از نویسندگان اصلی این مطالعه می‌گوید: سلول‌های خورشیدی فوق العاده نازک و سبک وزن نه تنها قابلیت عظیمی برای متحول کردن روش تولید انرژی در صنعت هوافضا دارند، بلکه طیف گسترده‌ای از کاربرد‌ها شامل تجهیزات الکترونیکی پوشیدنی و اینترنت اشیا نیز وجود دارد که می‌توانند از این فناوری جدید بهره‌مند شوند. فتوولتائیک‌های سبک، سازگار و بسیار کارآمد، کلید توسعه نسل بعدی سیستم‌های انرژی خودکفا هستند.

نتایج این تحقیقات در نشریه Nature Energy منتشر شده است.

منبع: آنا