从太阳能下游的应用角度看:高空长航时太阳能无人机关键技术

来源:光伏逆变电器行家发布时间:2015-07-29 23:59:59
小编前言:其实光伏的应用远远不只有太阳能并网发电,国内有些企业在并网发电领域里,由于激烈的市场竞争,已经奄奄一息。也许换个角度思考,扩充新的下游应用领域,开拓出新的蓝海应用市场,也是个不错的选择。比如下文介绍的:高空长航时太阳能无人机关键技术 ,开动思想,转换角度,也许能得到新的行业机会呢。

核心提示:以太阳能为动力的高空长航时无人机拥有广阔的应用前景,但制造这种无人机需要大量先进技术:高效率电力系统、轻量化结构和先进能源管理系统等,以提高无人机性能。

从太阳能下游的应用角度看:高空长航时太阳能无人机关键技术


NASA开发的长航时太阳能无人机“格里奥斯”号(Helios HP01)

高空长航时太阳能无人机具有飞行高度高、工作时间长、覆盖区域广、使用灵活、运行成本低和无环境污染等优点,成为执行情报、侦察、监视和通信中继等任务的理想空中平台,有着非常广阔的应用前景。

太阳能飞机在白天使用太阳能电池维持系统工作并对机上蓄电池充电;晚上通过释放蓄电池中储存的电能来维持整个无人机系统的运转。太阳光辐射强度在近地面受地球大气层影响显著,太阳能飞机通常要在距地面20km以上的临近空间飞行。如果能量平衡能够一直维持,那么高空飞行的太阳能无人机在理论上就可以实现数月乃至数年的不间断飞行。

随着太阳能电池、蓄电池和相关领域关键技术的突破,高空长航时太阳能无人机将会实现跨越式发展。

基于重量和能量平衡的飞行器总体综合设计

与其他使用燃料的飞行器相比,太阳能飞机有个特点,即在飞行过程中始终保持重量和能量平衡,没有燃料消耗带来的重量变化。正因如此,太阳能飞机的气动力设计属于“单设计点”。在飞机总体方案设计过程中,如果使飞机在设计点的效率达到最高,就可以把全机需用功率降到最低。

长航时太阳能无人机要完成长时间持续飞行,必须使整个系统在一昼夜内获得的可用能量与全机实际消耗的能量之间达到平衡。由于从太阳光获得的能量受到可用的太阳能电池面积影响,太阳能电池面积又与机翼面积密切相关,而实现夜间飞行所需要的蓄电池重量又影响到飞机总重,这些因素最终都会影响到飞机的翼载和推重比,因此在太阳能飞机总体设计过程中必须采用基于能量平衡的方法确定飞机的总体设计参数。

先进太阳能电池和储能系统

太阳能电池按基体材料的不同可分为:硅太阳能电池、化合物太阳能电池和有机太阳能电池。太阳能电池的性能,尤其是转换效率,是太阳能飞机基本性能的决定因素。近几十年来太阳能电池研究方面的进步很快,例如美国Solar Junction公司制造的三结叠层太阳能电池在418倍聚光条件下效率已达到43.5%。

表1 不同类型的蓄电池性能对比


除太阳能电池本身,太阳能电池在飞机上的施工工艺也是技术难点。通常太阳能电池既是产生电能的功能元件,同时又可作为飞机蒙皮的一部分承载部分气动载荷。过去的太阳能电池由于自身厚度薄、刚度差、易碎易裂,很难适应机翼上曲率变化大的部位。

当机翼受载变形时,电池可能严重受损。这就要求既要解决对太阳能电池的封装问题,又要为电池提供良好的铺设平台。为保证气动效率,太阳能电池不仅要保证安装时与飞机蒙皮共形,而且要保证在整个飞行过程中与蒙皮的紧密贴合,
所以太阳能电池的柔韧性也至关重要。

储能系统是太阳能飞机实现昼夜持续飞行的关键系统之一,目前在太阳能飞机上应用最成熟的主要有燃料电池和锂电池。虽然燃料电池的能量转换效率可以高达40%~50%,而且重量轻、符合环保要求,但由于燃料电池依赖燃料补充,无法满足长航时飞行对续航时间的要求,因此大多数太阳能飞机仍然采用高能量密度的锂电池来储备电能。

与其他电池相比,锂电池的能量密度大、电压高、自放电率低、循环使用寿命长、高温放电性能优于其他各类电池、不含有重金属有害物质,无环境污染等。表1为不同种类的蓄电池的性能对比。

尽管锂电池的能量密度已经很高,目前也只能满足电动推进系统的最低要求。因此,要满足高空长航时太阳能无人机的使用要求,储能器件还需有较大幅度的提高,另外,锂电池在高空低温环境下使用时的环境适用性也是需要解决的关键问题之一。

能源综合管理系统

高空长航时太阳能无人机通过太阳能电池将太阳能转化为电能,再通过锂电池或燃料电池的配合,以及相关电器附件,如功率转化器、电子调速器等设备的配合,驱动无刷直流电机和螺旋桨,为无人机提供动力,同时为机上的飞控、航电以及任务系统等设备提供能源。

由于供电和用电系统并存,而且大量不同用电品质的负载同时工作,因此,为了在有限的资源下最大程度地满足各单元的用电需求,需要通过能源综合管理系统实现对全机能源的管理分配和优化。通常对能源综合管理系统的要求有:实时接收飞行管理计算机给出的电力需求信息;实时探测太阳能电池、蓄电池的工作状态信息;根据测量信息对能源进行控制,满足不同阶段的能量需求:能够处理来自能源系统的突发故障情况等。

从太阳能下游的应用角度看:高空长航时太阳能无人机关键技术


能源综合管理系统的主要作用就是实时监测各单元的能源供给和需求,并合理高效地进行能量分配,使得太阳能电池吸收转换的能量得到最好的利用。太阳能无人机的飞行过程可以概括为能量的收集、储存、管理和消耗的过程。在设计过程中, 需要通过能源综合管理系统优化结构,提高能源利用率。

从太阳能下游的应用角度看:高空长航时太阳能无人机关键技术


“探路者”号太阳能飞机的桁架肋、圆管梁、薄膜蒙皮和太阳能电池。
完整的能源管理系统组成包括:地面站控制端、飞行控制模块、动力系统模块、电源系统模块、能源管理控制模块以及传感器模块等。地面站控制端将能源控制指令发射给机载计算机,机载计算机将无人机飞行的功率需求信息和能源控制指令以及传感器测量到的信息都传递给能源管理控制单元,能源管理控制单元将电力需求信息传递给电子调速器,以控制动力系统的功率输出,执行给定的能源管理控制策略,控制各个电源的输出以满足动力系统的需求。
 
责任编辑:solar_robot
索比光伏网&碳索光伏版权声明:

本站标注来源为“索比光伏网”、“碳索光伏"、"索比咨询”的内容,均属www.solarbe.com合法享有版权或已获授权的内容。未经书面许可,任何单位或个人不得以转载、复制、传播等方式使用。

经授权使用者,请严格在授权范围内使用,并在显著位置标注来源,未经允许不得修改内容。违规者将依据《著作权法》追究法律责任,本站保留进一步追偿权利。谢谢支持与配合!

推荐新闻
Standard Solar从OneEnergy Renewables收购华盛顿州15.79兆瓦太阳能项目来源:indexbox 发布时间:2026-10-15 13:51:10

Standard Solar公司从OneEnergy Renewables收购了华盛顿州两个社区规模太阳能项目——位于Connell的12.1兆瓦Palouse Junction项目和Othello的3.69兆瓦Cunningham项目,总装机容量达15.79兆瓦。两项目均由OneEnergy负责开发及EPC建设,预计均于2027年第一季度完工。Franklin公共事业区和Big Bend电力合作社分别作为购电方,将利用所发电量服务本地用户,强化区域电力供应与长期能源规划。此举标志着Standard Solar首次进入华盛顿州市场,也体现了农村市政公用事业在推动清洁能源本地化、提升可及性方面的重要作用。双方合作聚焦于契合社区需求、可持续落地的分布式太阳能发展路径。

ContourGlobal在亚利桑那州启动450MW太阳能加储能项目Sterling的建设来源:indexbox 发布时间:2026-10-13 10:00:17

ContourGlobal公司已正式启动位于亚利桑那州莫哈维县的Sterling太阳能加储能混合项目施工。该项目为450MWac光伏电站配套1.4GWh电池储能系统,由300个磷酸铁锂集装箱式储能单元构成,占地超2000英亩,预计2028年投运。建成后,年发电量将超1.1TWh,其中约90%电力通过2026年7月签署的购电协议售予特斯拉,该协议被称作迄今规模最大的同类混合项目承购协议之一。项目采用私人融资,此前获得国际银行银团股权过桥贷款,并新建5.2英里接入66号公路的道路。其设计聚焦客户用电需求,可实现日落后最多16小时稳定供电。此举紧随该公司在科罗拉多州建成324MW太阳能电站之后,凸显其在美加速布局清洁能源资产的战略。

横店东磁申请太阳能电池的制备方法专利,降低接触电阻来源:金融界 发布时间:2026-10-12 06:00:37

横店集团东磁股份有限公司于2026年6月向国家知识产权局申请了一项名为“太阳能电池的制备方法”的发明专利(公开号CN122892299A)。该专利聚焦于优化太阳能电池结构,通过在基底层受光面和/或背光面构建具有区域差异化的掺杂半导体层,使接触区表面凸起且掺杂浓度高于相邻非接触区,或在背光面交替设置两类掺杂层作为接触区,再配合电极制备。其核心技术创新在于实现局部精准调控,从而有效降低金属电极与半导体之间的接触电阻,进而提升电池的开路电压与短路电流。作为国内光伏与磁性材料领域的重要企业,横店东磁长期布局技术研发,截至当前已累计拥有专利2911项。(199字)

Temu加入比利时三项EPR计划,覆盖电器、太阳能板和电池来源:indexbox 发布时间:2026-09-20 14:02:46

Temu已正式加入比利时三家生产者责任组织(PRO),分别接入Recupel(覆盖电气电子设备)、PV CYCLE Belgium(覆盖光伏板)和Bebat(覆盖电池)三大EPR计划,全面履行其在比延伸生产者责任义务。此举使Temu平台上的卖家可依托当地注册、报告、收集与回收体系,合规开展废弃物管理,并承担相应融资与组织责任。各组织分别提供针对性服务:Recupel对接合规回收商处理电子废弃物;PV CYCLE Belgium构建太阳能板报废回收基础设施;Bebat协助完成电池法规注册及废弃电池回收。作为其欧洲EPR合规战略的一部分,Temu目前已与欧盟超60家PRO合作,覆盖包装、电池、电子电器及光伏等多个品类,并通过专属网页向比利时消费者公开官方回收点信息。(199字)

Copec从Metlen收购Tamarico II太阳能加储能项目来源:indexbox 发布时间:2026-09-15 10:08:12

智利公用事业公司Copec于9月10日通过子公司Copec Flux S.p.A.,从希腊开发商Metlen Energy & Metals收购了位于智利的Tamarico II太阳能与储能项目。该项目包含165MW光伏装机容量及初始725MWh、可扩展至925MWh的电池储能系统(BESS)。交易体现了Metlen“开发—建设—退出”的资产轮换策略,也强化了其与Copec集团自三年前建立的合作关系,为双方在智利进一步拓展可再生能源及储能投资奠定基础。当前,智利BESS行业发展迅猛:今年4月全国运营中储能容量已突破1GW,提前一年达成2027年部署目标,并有望在2027年即实现原定2050年的长期储能发展目标。

美国商务部最终对来自印度、印度尼西亚和老挝的太阳能进口征收高额关税来源:路透社 发布时间:2026-09-14 08:52:30

美国商务部最终裁定,对来自印度、印度尼西亚和老挝的太阳能电池及组件征收高额反倾销与反补贴关税,认定这些国家生产商存在倾销行为并获得不公平政府补贴。具体税率方面,三国反倾销税率分别为123.04%、94.36%和65.43%;反补贴税率则分别为126.09%、73.2%–173.7%和82.03%–153.67%。该调查由美国太阳能制造与贸易联盟发起,成员包括First Solar、韩华Qcells等本土企业。联盟称此举旨在维护公平竞争环境。下一步,美国国际贸易委员会将于10月14日裁定进口是否对国内产业造成实质性损害;若认定成立,商务部预计11月发布最终征税命令。此案延续了自2012年针对中国太阳能产品启动的长期贸易争端,反映了美国为遏制产能转移、保护本土制造业所采取的持续性贸易措施。(199字)

460万元 !安普态斩获空间钙硅叠层太阳机翼重磅订单来源:钙钛矿光链 发布时间:2026-09-01 09:20:26

安普态公司近日与上海捷翔航空技术有限公司签署460万元订单,将作为总包方为高空固定翼无人机项目提供基于空间钙硅叠层技术的太阳机翼系统。该系统涵盖能源方案设计、太阳电池阵面研制、封装互连、电气集成、系统测试及全套交付资料,直接嵌入整机制造、地面测试与试飞支持流程。区别于单一电池或材料供应,此次交付的是面向临近空间长航时飞行需求的完整工程化能源子系统,需在有限翼面面积内兼顾高功率密度、轻量化、结构适配性与系统可靠性。订单标志着安普态从空间电源器件研发正式延伸至临近空间飞行器能源系统的工程交付阶段,并通过与零翔科技、捷翔航空、探源智造的四方协同,将总体需求逐级分解为可执行、可验证的接口级工程要求。(198字)

苏丹决定免除进口太阳能设备的关税来源:商务部网站 发布时间:2026-08-07 15:07:44

苏丹政府于8月4日宣布,对进口太阳能设备全面免除关税。此举旨在缓解进口商与投资者的财务压力,降低太阳能产品终端价格,从而减轻民众用电负担。政策出台背景是苏丹长期面临的严重电力短缺问题,全国供电不稳定、覆盖率低,亟需发展替代能源。通过关税减免,政府希望加速太阳能设备的引进与普及,推动可再生能源基础设施建设,切实落实国家层面的可再生能源发展战略。该措施覆盖各类用于发电、储能及配套应用的太阳能设备,属短期应急与长期能源转型相结合的政策安排。(199字)

阳光护航,生命无界:搭载爱旭ABC的全球首款太阳能救护车正式揭幕亮相来源:爱旭股份 发布时间:2026-07-28 09:30:55

全球首款太阳能救护车Stella Juva正式亮相:搭载爱旭ABC高效电池,晴天续航715公里,时速120km/h,兼具越野能力与“移动零碳诊所”功能,可为偏远地区提供全天候医疗救援。23名大学生团队一年攻坚落地,以光伏科技直击全球“就医难”痛点。

中节能太阳能:TOPCon依旧是主流路线,具备成熟的市场应用与竞争力来源:摩尔光伏 发布时间:2026-07-24 09:02:26

中节能太阳能公司指出,当前TOPCon电池技术仍是光伏行业主流路线,具备成熟的应用基础和市场竞争力。与此同时,公司正重点布局钙钛矿/晶硅叠层电池这一前沿方向,已实现小面积叠层电池效率突破33%、210半片叠层电池效率达29%,核心技术指标居行业前列。为加速产业化,公司将推进10兆瓦中试产线建设,攻关量产集成工艺,完善标准体系与国际互认机制,并开展示范项目以拓展应用场景。作为国内首家以太阳能发电为主业的A股上市公司,公司业务涵盖光伏电站投资运营与高效电池组件制造,截至2025年6月底,总装机规模约12.647吉瓦;在江苏镇江建有5吉瓦制造基地,正通过技术创新与模式优化向科技型、轻资产方向转型。

从十五五规划,看多元屋顶的适配之道来源:晶科新场景 发布时间:2026-07-14 09:05:46

“十五五”深化电力市场化改革,分时电价重塑光伏收益逻辑——“何时发电”比“发多少电”更关键。晶科飞虎3以TOPCon弱光优势(早启晚停、95%~98%效率)精准匹配早晚高峰高电价时段,并推出眩光、积灰、荷载、安全等多场景定制产品,实证单月增益76万元。