會飛的光伏電池 光電無人機問世

編譯/高晟鈞

經過科學家的努力,太陽能電池的足跡從陸地遍布到了海上。如今,光伏電池終於也要踏入空中領域了。

經過測試,在搭載光電系統後,儘管無人機總重量增加了690克,但飛行時間卻顯著提高了3倍之多。示意圖。圖/123RF

近日,來自西班牙與厄瓜多爾的研究人員開發了一種將光伏電池整合到無人機的最佳化方法,並透過納入太陽能備用系統來提高無人機的自主性。光伏儲存系統的最佳化,是透過編寫目標函數來實現;另一方面,研究團隊將電池的容量最小化,減輕了負載重量,增加了無人機飛行的自主性。

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風流與空氣動力學模擬

研究團隊利用一組方程式與模擬程序得知,機翼的理想面積落在8347.5cm2,翼展342cm,機身長度97.6公分,總重量則為3.5公斤。機上搭載遙控系統、攝影機、發射器、推進系統、伺服器連線馬達和電池。

根據這些參數,研究團隊使用AutoCAD軟體完成了數位3D設計,匯入MatLAB後,成功模擬在標準太陽輻射下,無人機的不同飛行路徑。

最優化的光電無人機

就無人機來說,電池是最關鍵的組成部分,因為飛行自主性很大程度上幾乎與決定於電池。光電無人機的機翼上將搭載48個C60單晶體電池,組成可再生能源系統;透過串聯,預計能達到178.56W的功率。

透過優化演算法,研究小組計算了無人機的尺寸與操作需求,並整合了從成本、電壓、電池容量再到整體效能的需求,最終確定了15mAh的最佳電池容量。電池模組將由6顆Li-Ion-18650系列的電池整合而成,每個電池將能提供3.7Vdc的電壓和2200mAh的容量。

經過測試,在搭載光電系統後,儘管無人機總重量增加了690克,但飛行時間卻顯著提高了3倍之多。

此研究進一步拓展光伏電池的使用範疇,或許有朝一日,我們將能搭乘完全由光伏電池所製造的飛機去世界各地旅行。

資料來源:Sciecedirect

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