Ricercatori spagnoli ed ecuadoriani hanno sviluppato un metodo di ottimizzazione per integrare celle fotovoltaiche e batterie negli UAV. Hanno presentato i loro risultati in “Optimization of the solar energy storage capacity for a monitoring UAV”, pubblicato di recente su Sustainable Futures.
“Uno dei principali contributi di questo articolo è l’aumento dell’autonomia dell’UAV progettato incorporando un sistema di backup dell’energia solare fotovoltaica”, hanno dichiarato. “L’ottimizzazione del sistema di accumulo viene effettuata sulla base di una funzione obiettivo, in cui la capacità della batteria viene minimizzata per aumentare l’autonomia di volo, poiché ha una relazione diretta con il peso del velivolo”.
Il gruppo di ricerca ha innanzitutto condotto uno studio aerodinamico e una simulazione del flusso del vento. Utilizzando una serie di equazioni e programmi di simulazione, gli scienziati hanno proposto un UAV con una superficie alare di 8347,50 cm2 e un’apertura alare di 342 cm. La lunghezza proposta per la fusoliera era di 97,6 cm.
Si ipotizzava che l’UAV fosse dotato di alcuni sistemi di telemetria, una telecamera e un trasmettitore. Inoltre, comprendeva un sistema di propulsione, servomotori e una batteria. Il peso totale dell’UAV proposto, compresi i componenti di sorveglianza e il velivolo stesso, era di 3,5 kg.
Sulla base di questi parametri, il velivolo è stato progettato in 3D con il software AutoCAD e poi importato in MatLab. Quest’ultimo ha permesso agli scienziati di simulare l’UAV in diverse traiettorie di volo in condizioni di radiazione solare standard sopra Ambato, in Ecuador.
“Un sistema rinnovabile composto da 48 celle fotovoltaiche che saranno posizionate lungo l’ala fissa dell’UAV”, hanno detto gli accademici, sottolineando di aver utilizzato celle monocristalline C60. “Inoltre, a causa 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 e la capacità di immagazzinamento necessarie, tenendo conto dei costi, della tensione e del peso della batteria, nonché della capacità, della superficie e dell’efficienza dell’unità fotovoltaica, oltre che delle dimensioni e delle esigenze operative dell’UAV.
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“Per ottimizzare il sistema abbiamo lavorato con la libreria pymo di python, con la quale abbiamo determinato una capacità ottimale di 15 mAh”, hanno detto i ricercatori. “Una volta stimata la capacità della batteria, è stata integrata una disposizione agli ioni di litio. Il modulo batteria è integrato da sei batterie della serie Li-Ion-18650; ogni batteria fornisce una tensione di 3,7 Vdc con una capacità di 2200 mAh. Implementando questa tecnica di ottimizzazione, la capacità di autonomia del sistema può essere aumentata fino a quattro volte”.
Il gruppo di ricerca comprendeva ricercatori dell’Università Autonoma di Madrid, della Scuola Politecnica di Chimborazo e dell’Università Tecnica di Ambato.
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