Высокоэффективные солнечные элементы для дронов

Дроны или БПЛА (беспилотные летательные аппараты) уже давно используются во всём мире в гражданских и военных целях. В апреле 2019 калифорнийская компания Alta Devices представила новые солнечные панели Anylight Solar, обещающие очередную революцию в изготовлении и эксплуатации дронов, питающихся от энергии солнца. Разработка позволит аппаратам находиться в воздухе очень долго. Практически бесконечно.

Суперэффективность

Электрические беспилотники, как утверждают разработчики, смогут заменить обычные вышки связи в удаленных и труднодоступных регионах, а созданные Alta Devices высокоэффективные солнечные панели будут обеспечивать их бесперебойную работу.

Примечательно, что коммерческое использование солнечных панелей было начато именно в США и именно в сфере телекоммуникации.

Для энергообеспечения беспилотников созданы одно- и двухпереходные арсенид-галиевые (GaAs) фотоэлементы, ранее разработанные компанией Alta Devices с рекордными показателями эффективности 29,1% и 31,6% соответственно. Выходная мощность Anylight Solar в условиях большой высоты составляет 300 Вт/м² и 345 Вт/м² для однопереходных и двухпереходных панелей соответственно.

ВАЖНО: Данные указаны для параметров испытаний AM0 (за пределами атмосферы) и мощности излучения 1366 Вт/м². При стандартных («земных») испытаниях, показатели КПД и выработки, конечно же, будут ниже.

Anylight Solar сочетают в себе результаты новейших разработок в энергетике. Солнечные панели проектировались с учетом того, что беспилотники будут работать на высоте более 20 км. Эффективность фотоэлементов позволяет снизить вес солнечных панелей до 280г/м² и, соответственно, самих беспилотников в целом. Панели со специально разработанным покрытием служат аппаратам защитой от ряда внешних факторов, включая ультрафиолетовое излучение, озон и высокие температуры. 

Сферы применения и перспективы

Солнечные панели для высотных беспилотников (HALE) гибкие и долговечные. На высоте 20 километров от поверхности уровень ультрафиолетового излучения выше, чем в нижних слоях атмосферы, поэтому энергии аппарат получает больше, чем около поверхности земли. В светлое время суток батареи вырабатывают достаточный запас энергии для работы всех систем дрона ночью. 

Подобные дроны (иногда их называют также псевдоспутниками — HAPS) могут летать на высоте 20 километров практически неограниченное время. Помимо их использования в качестве различных платформ связи, эти летательные аппараты могут использоваться для для наблюдений и разведки, поиска и спасения людей, пограничного патрулирования, картографирования и многого другого. Солнечное излучение в качестве источника энергии имеет решающее значение для дронов, поскольку позволяет им летать без подзарядки в течении многих лет.

За год с 2018 по 2019 год специалисты Alta Devices увеличили производительность однопереходных солнечных элементов на 5% и снизили их вес на 40%. На следующий год в планах компании повышение КПД двухпереходных солнечных элементов ещё на 10%.

Выводы

Если развитие технологий увеличения мощности и снижения веса будет продолжаться, вскоре мы сможем получить «вечные» летательные аппараты, способные помогать человеку. А введение подобных солнечных панелей в массовое производство снизит их стоимость и, возможно, выведет из раздела специализированных в массовый рынок. На данный момент, производство арсенида галия обходится в 5 раз дороже, чем кремния.

Правда, есть одна «загвоздка»: токсичность арсенида галия ещё до конца не изучена, но точно известно, что продукты его гидролиза (реакция с водой) весьма токсичны и канцерогенны. Поэтому защиту таких элементов для широкого рынка нужно будет ещё дорабатывать. Это следует сделать ещё и потому, что GaAs более хрупкий элемент, чем кремний, использующийся в современных солнечный панелях.

Поддержите проект Solar-News.ru на Patreon

Вступайте в наш телеграм-канал — @SolarNewsRu