Aerei a volo autonomo e celle solari, abbiamo le linee guida per unire fotovoltaico e aviazione

Un team di accademici multi-disciplinare, con ricercatori dell’Università Autonoma di Madrid in Spagna, della Scuola Politecnica di Chimborazo dell’Ecuador e dell’Università Tecnica di Ambato, ha identificato i parametri e stilato le linee guida da seguire per sviluppare UAV (Unmanned Aerial Vehicle, veicoli aerei senza controllo umano) elettrici a guida autonoma dotati di celle solari.

Lo studio, "Optimization of the solar energy storage capacity for a monitoring UAV" è stato pubblicato su Sustainable Futures.

"Uno dei principali contributi di questo articolo verso il settore degli UAV è la possibilità di aumentare sensibilmente l'autonomia integrando un sistema di backup dell'energia solare fotovoltaica", ha affermato Franklin Salazar, primo autore del paper "L'ottimizzazione del sistema di accumulo viene effettuata sulla base di una funzione obiettivo, in cui la capacità della batteria è ridotta al minimo per aumentare l’autonomia di volo poiché ha una relazione diretta con il peso dell'aeromobile".

Il gruppo di ricerca ha condotto uno studio aerodinamico e una simulazione del flusso del vento, utilizzando una serie di equazioni e programmi di simulazione, su un modello di UAV con superficie alare di 8347,50 cm2 e un'apertura alare di 342 cm. La lunghezza proposta della fusoliera era di 97,6 cm e l'apparecchio era dotato di sistemi di telemetria, una telecamera, un trasmettitore, un sistema di propulsione, servomotori e una batteria. Il peso totale dell'UAV era di 3,5 kg.

Sulla base di questi parametri, è stata eseguita una progettazione digitale 3D del velivolo, utilizzando il software AutoCAD; in seguito, il modello è stato importato in MatLab, un programma di simulazione che ha permesso agli accademici di verificare il comportamento dell'UAV in diverse traiettorie di volo sotto la radiazione solare standard sopra Ambato, in Ecuador.

"Abbiamo appurato la fattibilità e la resa di un sistema composto da 48 celle fotovoltaiche che saranno posizionate lungo l'ala fissa del'UAV", hanno spiegato gli accademici, dichiarando di aver utilizzato (per la simulazione) celle monocristalline C60. "Per via della geometria del velivolo, le celle devono essere collegate in serie, raggiungendo così una potenza di 178,56 W".

Attraverso un algoritmo di ottimizzazione, il gruppo ha calcolato l'alimentazione elettrica richiesta e la capacità di stoccaggio e ha considerato i costi, la tensione e il peso della batteria, nonché la capacità, la superficie e l'efficienza dell'unità fotovoltaica, insieme alle dimensioni e alle esigenze operative dell'UAV. .

"Per ottimizzare il sistema abbiamo lavorato con la libreria pymo di Python, con la quale abbiamo determinato una capacità ottimale di 15 mAh", hanno spiegato i ricercatori. "Una volta stimata la capacità della batteria, è stata integrata una soluzione agli ioni di litio. Il modulo batteria è integrato da sei celle della serie Li-Ion-18650, ognuna delle quali fornisce una tensione di 3,7 Vcc con una capacità di 2200 mAh… Implementando questa tecnica di ottimizzazione, la capacità di autonomia del sistema può essere aumentata fino a quattro volte".