شارژ پهپادها با سلول‌های خورشیدی ۲۰ برابر نازک‌تر از مو

پهپادهای مجهز به سلول‌های خورشیدی از نور خورشید برای شارژ مجدد در حال پرواز استفاده می‌کنند.

به نقل از ان‌ای، دریافت خودکار انرژی برای حفظ عملکرد مستقل سیستم‌های قدرتی برای مدت زمان طولانی، هم در زمین و هم در فضا ضروری است. این نیاز در ماموریت‌های عملیاتی به ویژه در موقعیت‌های دور یا غیرقابل پیش‌بینی تقویت می‌شود.

اکنون به لطف فناوری جدیدی که توسط پژوهشگران دانشگاه یوهانس کپلر لینز(JKU) توسعه یافته است، چنین تلاش‌هایی به زودی ممکن می‌شود.

راه حل آنها ابداع و توسعه یک سلول خورشیدی بسیار سبک و انعطاف‌پذیر است که تولید انرژی خودکفا و طولانی مدت را امکانپذیر می‌کند.

سلول‌های خورشیدی شِبه دو بعدی پروسکایت با درجه پایداری نسبتاً بالا و توان خروجی تا ۴۴ وات بر گرم، عملکرد پیشرفته‌ای را ارائه می‌دهند.

کریستوف پوتز یکی از سرپرستان این پژوهش در بیانیه‌ای گفت: فتوولتائیک‌های سبک، سازگار و بسیار کارآمد، کلید توسعه نسل بعدی سیستم‌های انرژی خودکفا هستند.

سبک، انعطاف‌پذیر و پر انرژی

منابع انرژی متعارف مانند سوخت‌های فسیلی، باتری‌ها و سایر تکنیک‌های تولید انرژی تجدیدناپذیر، اشکالاتی دارند. به عنوان مثال، آنها اغلب دارای حجم بیش از حد هستند، نیاز به کابل یا شارژ ثابت دارند، تأثیر نامطلوبی بر محیط زیست دارند یا چگالی توان نامناسبی دارند.

حالا پژوهشگران با هدف یافتن جایگزین‌ها به ماده جدیدی به نام «پروسکایت» روی آورده اند که آنها را قادر می‌سازد سلول‌های خورشیدی فشرده و انعطاف‌پذیر ایجاد کنند.

سلول‌های خورشیدی پروسکایت در تبدیل نور خورشید به الکتریسیته عالی هستند و انرژی خورشیدی ارزان‌تر و با راندمان بالا را ارائه می‌دهند. روش‌های تولید ساده‌تر و مقرون‌به‌صرفه‌تر آنها مانند پوشش چرخشی و چاپ جوهرافشان، آنها را در برابر سلول‌های سیلیکونی معمولی متمایز می‌کند.

به گفته این تیم، ماژول سلول خورشیدی منعطف و فوق سبک که ۲۰ برابر نازک‌تر از تار موی انسان است، می‌تواند وسایل الکترونیکی مختلف را در هر جایی که نور موجود باشد، تامین کند.

ضخامت سلول‌های خورشیدی شبه ۲ بعدی پروسکایت با بازده ۲۰.۱ درصد و انعطاف‌پذیری عالی کمتر از ۲.۵ میکرومتر است. مهمتر از همه، آنها به لطف چگالی توان پیشرفته ۴۴ وات بر گرمی از سایر فناوری‌های سلول خورشیدی متمایز هستند.

دستیابی به سلول‌های خورشیدی قابل اطمینان و بسیار پایدار با نسبت توان به وزن برتر، به تعادل ظریفی نیاز دارد. این تعادل نیازمند نفوذپذیری کم در برابر گاز و رطوبت، همراه با انعطاف پذیری بالاست. این باید در حالی انجام شود که از بسترهای پلاستیکی شفاف ادغام شده با مواد فتوولتائیک قوی استفاده شود.

پژوهشگران ادعا می‌کنند که یک رویکرد دو مرحله‌ای به طور قابل توجهی پایداری عملیاتی این سلول‌ها را بهبود بخشیده است. در ابتدا، یک لایه اکسید آلومینیوم شفاف روی لایه نازک اعمال می‌شود و به دنبال آن بهینه‌سازی دقیق مواد سلول خورشیدی انجام می‌شود.

پتانسیل استفاده روزمره

پژوهشگران این سلول‌های خورشیدی فوق‌العاده سبک را در یک پهپاد کوادکوپتر تجاری به اندازه کف دست نصب کردند تا قابلیت‌های فناوری نوآورانه خود را به نمایش بگذارند.

بیست و چهار سلول از این نوع که به شکلی زیبا در ساختار پهپاد گنجانده شدند، تنها یک چهارصدم جرم کلی آن را تشکیل دادند. به همین دلیل این پهپاد توانست به راحتی به طور مستقل کار کند و چرخه‌های متوالی شارژ، پرواز و شارژ مجدد را تکمیل کند.

این کارها بدون شارژ مجدد کابلی انجام شد و کارایی و طول عمر سلول‌های خورشیدی را ثابت کرد.

این تیم ادعا می‌کند که این تکنیک جدید می‌تواند در نقشه‌برداری در مقیاس بزرگ، تولید انرژی خورشیدی در فضا، ماموریت‌های جستجو و نجات و اکتشاف منظومه شمسی استفاده شود.

پوتز می‌گوید: سلول‌های خورشیدی بسیار نازک و سبک وزن نه تنها پتانسیل عظیمی برای متحول کردن روش تولید انرژی در صنعت هوافضا دارند، بلکه طیف گسترده‌ای از کاربردها شامل لوازم الکترونیکی پوشیدنی و اینترنت اشیا نیز برای آنها وجود دارد.

همانطور که بالگرد مریخی نبوغ(Ingenuity) نشان داد، پژوهشگران بر اهمیت پرواز خودکفا با انرژی خورشیدی تأکید می‌کنند. این بالگرد به عنوان اولین هوانوردی که با موفقیت از زمین به سیاره دیگری رفت و در آنجا به پرواز درآمد، در تاریخ ثبت شد.