Fotovoltaica para vehículos aéreos no tripulados

Investigadores de España y Ecuador han desarrollado un método de optimización para integrar células fotovoltaicas y baterías en vehículos aéreos no tripulados. Presentaron sus hallazgos en “Optimization of the solar energy storage capacity for a monitoring UAV” (Optimización de la capacidad de almacenamiento de energía solar para un UAV de monitorización), publicado recientemente en Sustainable Futures.

“Una de las principales aportaciones de este artículo es el aumento de la autonomía del UAV diseñado mediante la incorporación de un sistema de respaldo de energía solar fotovoltaica”, señalaron. “La optimización del sistema de almacenamiento se realiza a partir de una función objetivo, en la que se minimiza la capacidad de la batería para aumentar la autonomía de vuelo ya que tiene una relación directa con el peso de la aeronave”.

El grupo de investigación realizó primero un estudio aerodinámico y una simulación del flujo del viento. Utilizando un conjunto de ecuaciones y programas de simulación, los científicos propusieron un UAV con una superficie alar de 8347,50 cm2 y una envergadura de 342 cm. La longitud propuesta del fuselaje era de 97,6 cm.

Se suponía que el UAV disponía de algunos sistemas de telemetría, una cámara y un transmisor. También incluía un sistema de propulsión, servomotores y una batería. El peso total del UAV propuesto, incluidos los componentes de vigilancia y la propia aeronave, era de 3,5 kg.

A partir de esos parámetros, se realizó un diseño digital en 3D de la aeronave utilizando el programa AutoCAD y luego se importó a MatLab. Esto último permitió a los científicos simular el UAV en diferentes trayectorias de vuelo bajo radiación solar estándar sobre Ambato, Ecuador.

“Un sistema renovable compuesto por 48 celdas fotovoltaicas que se ubicarán a lo largo del ala fija del UAV”, señalaron los académicos, quienes indicaron que utilizaron celdas monocristalinas C60. “Además, debido a la geometría de la aeronave, las células deben conectarse en serie, alcanzando así una potencia de 178,56 W”.

Mediante un algoritmo de optimización, el grupo calculó la fuente de alimentación y la capacidad de almacenamiento necesarias y tuvo en cuenta los costes, el voltaje y el peso de la batería, así como la capacidad, la superficie y la eficiencia de la unidad fotovoltaica, junto con las dimensiones y las necesidades operativas del UAV.

“Para optimizar el sistema trabajamos con la biblioteca pymo de python, con la que determinamos una capacidad óptima de 15 mAh”, explican los investigadores. “Una vez estimada la capacidad de la batería, se integra un arreglo de iones de litio. El módulo de baterías está integrado por seis baterías de la serie Li-Ion-18650; cada batería proporciona un voltaje de 3,7 Vcc con una capacidad de 2200 mAh … Implementando esta técnica de optimización, la capacidad de autonomía del sistema puede incrementarse hasta cuatro veces”.

En el grupo de investigación participaron investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid (España), la Escuela Politécnica de Chimborazo (Ecuador) y la Universidad Técnica de Ambato.