Совет 1: Как летает самолет на солнечных батареях

Самолеты на солнечных батареях стали реальностью сравнительно недавно, хотя фотоэлементы известны более 100 лет, а электродвигатели - более 150. Это стало возможным в связи с разработкой солнечных элементов с высоким кпд, а также легких электромоторов и аккумуляторов.
Инструкция
1
Энергию, необходимую для полета, самолет на солнечных батареях получает из массива фотодиодов. В отличие от своих собратьев, предназначенных лишь для определения наличия света, силовые фотодиоды являются плоскими и имеют большую площадь. Работают они не в фотодиодном, а в фотогальваническом режиме, то есть, вырабатывают электроэнергию сами.
2
Один фотодиод, независимо от площади, вырабатывает напряжение около 0,5 В. А вот максимальный ток нагрузки прибора от площади зависит прямо пропорционально. Если умножить ток в амперах на напряжение в вольтах, получится мощность в ваттах. Элементы можно соединять в батареи подобно обычным гальваническим. Параллельное соединение используют для увеличения тока, а последовательное - для увеличения напряжения. В яркий солнечный день на один квадратный метр приходится несколько сотен ватт световой энергии. Сколько получится на выходе батареи, зависит от ее коэффициента полезного действия.
3
Кпд дешевой солнечной батареи невелик - от 5 до 10 процентов. При необходимой для полета мощности она окажется тяжелой - аэроплан с ней вряд ли поднимет сам себя. Лишь недавно получены сравнительно недорогие фотобатареи с кпд порядка 30 процентов. Именно их и ставят на экспериментальные модели самолетов. Располагают их на крыльях, обладающих значительной площадью.
4
Наилучшее отношение мощности к весу обеспечивают коллекторные электродвигатели. В прошлом их применяли только в кордовых моделях, получающих питание по проводу. Да и в этом случае их приходилось форсировать, что приводило к перегреву обмоток и быстрому износу щеток. Теперь многие детали таких двигателей выполняют из легких, но прочных композитных материалов. Из них же изготавливают и несущие конструкции самих самолетов.
5
Даже крупные летательные аппараты на солнечных батареях пока не делают пилотируемыми. Но и корды для управления ими давно не используют. Команды подаются по радиоканалу, а в ответ оператор получает изображение с камеры в реальном времени. Все это стало возможным благодаря миниатюризации электронных приборов. Даже телекамеры и спутниковые навигаторы сделаны столь легкими, что их способен поднять электрический самолет, где на счету каждый грамм.
6
Но вот внезапно изменилась погода - солнце скрылось за облаками. Несмотря на это, самолет продолжает лететь. Энергию он получает из аккумуляторов - но не тяжелых свинцовых (их он тоже не смог бы поднять), а легких литий-ионных. Точно такой же, только небольшой, установлен в вашем мобильным телефоне. И если вы когда-нибудь окажетесь на авиашоу или выступлении моделистов, где будут показывать солнечный летательный аппарат, обязательно достаньте мобильник из кармана и снимите полет на видео.

Совет 2: Кто придумал самолет на солнечных батареях

Главной идеей проекта по созданию самолета на солнечных батареях была популяризация применения альтернативных источников энергии. Проект получил название Solar Impulse Project - «Солнечный импульс» - и спланирован на поэтапную реализацию в течение почти целого десятилетия. Этим летом летательный аппарат должен совершить перелет на общее расстояние в 2500 км. Начаться он должен в Швейцарии, а закончиться в Марокко - там планируется закладка крупнейшей в мире солнечной электростанции.



Проект, в котором создание самолета не является самоцелью, стартовал в 2003 году с разработки в Федеральной политехнической школе Лозанны (Швейцария) технико-экономического обоснования. Это учебное заведение и в дальнейшем оставалось базой для всех работ Solar Impulse Project, хотя в проекте принимают участие уже десятки предприятий Европы. Инициаторами и главной движущей силой затеи являются два швейцарских энтузиаста аэронавтики - психиатр Бертран Пикар (Bertrand Piccard) и бизнесмен Андрэ Борщберг (Andre Borschberg). Они же и пилотируют самолет, первый вариант которого - HB-SIA - впервые был представлен публике в 2006 году.

Первый публичный полет аппарат на солнечных батареях совершил в 2009 году, а позже на нем был установлен рекорд длительности пилотируемого полета для этого класса самолетов. К 2011 году авторы проекта создали второй вариант летательного аппарата и совершили на нем круглосуточный полет. Все эти промежуточные этапы, включая и перелет этим летом в Марокко, являются подготовкой к запланированному на 2014 год кругосветному путешествию уникального летательного аппарата.

Второй вариант самолета имеет небольшой общий вес - в полностью снаряженном состоянии и с пилотом на борту он составляет 1600 кг. Однако у него очень длинные крылья (63,4 м), на поверхности которых площадью в 200 м² размещены солнечные батареи. Они обеспечивают работу четырех винтовых моторов мощностью по 7,5 кВт. Для того чтобы аппарат мог летать и при отсутствии солнечного освещения (ночью или в облаках), используются литий-полимерные аккумуляторы, составляющие четверть веса самолета. Однако и их мощности не хватает на темное время суток. Поэтому к наступлению вечера пилоты поднимают аппарат на максимальную высоту в 12 километров и несколько ночных часов планируют, постепенно теряя высоту. Затем включается питание электромоторов от аккумуляторов, заряда которых хватает до восхода бесплатного источника энергии.


Видео по теме
Источники:
  • Официальный сайт проекта Solar Impulse

Совет 3: Как работает самолет на солнечной энергии

Самолет нового поколения Solar Impuls, двигатель которого работает буквально от солнечного света, изобретен в Швейцарии. Батареи на крыльях летательного аппарата аккумулируют энергию солнца и при помощи фотоэлектрических преобразователей вырабатывают ток, запускающий работу двигателя. Поскольку самолет летает над облаками, его дневной полет может быть очень долгим. Ведь энергию он черпает прямо из воздуха.
Вам понадобится
  • летательный аппарат моноплан, солнечные батареи, фотопреобразователи, литиево-полимерные аккумуляторы, электрический двигатель, солнечный свет
Инструкция
1
Самолет длиной 21,85 метра, высота - 6,4 м, размах крыльев 53,4 м, вес - 1,6 тонны, внешние панели которого выполнены из углеродных композитов, оснастите электроприводом. Установите на нем четыре двигателя по 10 лошадиных сил, которые работают от электрического тока.
2
На поверхности крыльев машины, в области горизонтального оперения, расположите 12 000 ячеек солнечных батарей. Ячейки лучше сделать из монокристаллического кремния, толщина которого не должна превышать 130 мкм. Они будут частью плоскости крыла и смогут гнуться в полета вместе с ним.
Как работает самолет на солнечной энергии
3
На горизонтальном оперении летательного аппарат разместите 880 фотоэлектрических преобразователей. Они превратят солнечную энергию в электричество.
4
Установите на машину литейно-полимерные аккумуляторы. Они необходимы для того, чтобы накопить энергию и в ночное время обеспечивать работу двигателя.
5
Батареи «впитывают» солнечный свет. Фотоэлектрические преобразователи превращают его в ток, который по электроприводу поступает в двигатель. Он работает и обеспечивает полет самолета. Часть энергии накапливается в литий-полимерных аккумуляторах. Она пригодится, если возникнет необходимость лететь в темноте.
6
Если на перелет понадобится не мене суток, то выберите следующую стратегию. Днем набирайте высоту на самолете. Пока есть солнечная энергия, осуществите подъем на 8500 м. С наступлением сумерек, начинайте постепенно снижаться. На снижение уйдет около трех часов. Это позволит сэкономить запасенную энергию. Затем включайте аккумуляторы и начинайте подъем. Энергии в них должно хватить до восхода солнца. Когда взошло солнце, отключите источник питания и используйте энергию солнечного света.
7
Планируя перелет, рассчитывайте время. Такой самолет на относится к высокоскоростным. Его взлетная скорость составляет всего 35 км/ч, а крейсерская - 70 км/ч.
Видео по теме
Обратите внимание
Внешняя оболочка такого самолета должна быть только из углеродных панелей. При своем незначительном весе, они достаточно прочные, чтобы противостоять воздушной стихии.
Совет полезен?
Учитывая характер работы солнечных батарей и мощность привода, рекомендуемая максимальная длительность полета без посадки не должна превышать 36 часов.
Источники:
  • SolarImpulse - самолет на солнечных батареях
  • как работают энергии

Совет 4: Где используются солнечные батареи

Солнечные батареи пользуются все большей популярностью не только в военном деле, на производстве или при проектировании транспортных средств. Их преимущества давно оценили те, кто заинтересован в экономии электроэнергии и стремится к созданию комфортных условий для жизни в собственном доме.
Инструкция
1
Солнечные батареи давно и с успехом применяются в космонавтике. Они становятся незаменимыми автономными источниками энергии, способными питать бортовые системы космических аппаратов. Чтобы аппаратура пилотируемых кораблей и спутников могла работать без перебоев, в том числе и на теневых участках орбиты, космические корабли оснащают аккумуляторами, которые подзаряжаются от солнечных батарей.
2
Вторая перспективная область применения солнечных батарей – авиационная техника. При полетах в светлое время суток солнечные панели аккумулируют энергию, после чего постепенно отдают ее бортовым системам самолета. Авиационные комплексы, которые проектируются для научных целей, в будущем, возможно, будут летать только с использованием энергии, полученной с помощью солнечных батарей.
3
Большое значение солнечные батареи имеют для жизнеобеспечения жилых зданий и промышленных сооружений. Такие устройства могут быть источниками резервного питания, например, когда требуется обеспечить бесперебойную работу различных систем в случае аварийного отключения энергии. В тех регионах, где количество солнечных дней в году достаточно велико, комплексы из солнечных батарей могут стать основным источником автономного энергоснабжения домов.
4
Известны случаи использования энергии Солнца для поддержания работы уличного освещения. Солнечными батареями оснащают также автономные технические объекты, расположенные вдали от стационарных линий электропередач, например, маяки, датчики для съема метеорологической информации, надводные буи и разного рода информационные указатели.
5
Конструкторы автомобильной техники также пристально присматриваются к солнечным батареям. Такие устройства, способные аккумулировать дешевую энергию, все чаще можно встретить на экспериментальных моделях автомобилей. Панели из специальных датчиков, установленные на крыше транспортного средства, накапливают энергию, чтобы затем отдать ее при езде в темное время суток. Солнечные батареи – путь к созданию экологически чистого транспорта.
6
Инженеры и изобретатели из Южной Кореи активно разрабатывают солнечные генераторы, которые вскоре будут пригодны для подзарядки самых всевозможных гаджетов – ноутбуков, планшетов, мобильных телефонов и так далее. Подобные миниатюрные солнечные батареи хороши тем, что могут быть использованы вдали от электрических сетей. Такие приспособления вполне способны обеспечивать энергией и бытовые приборы, например, утюги или электрические бритвы.
Видео по теме
Поиск
Совет полезен?
Добавить комментарий к статье
Осталось символов: 500