Harvard Üniversitesi’nden araştırmacılar, uzun süre havada kalabilen güneş enerjili uçaklar için önemli bir batarya hedefi belirledi. Araştırma sonuçlarına göre, bu uçakların uzun süreli uçuşları gerçekleştirebilmesi için bataryaların kilogram başına 500 Wh/kg enerji yoğunluğuna ulaşması gerekmektedir. Güneşle çalışan sabit kanatlı insansız hava araçları, ticari jetlerin 30.000 feet (9.144 metre) yüksekliklerinin iki katı olan stratosferde haftalarca veya aylarca uçmak üzere tasarlanıyor. Gündüzleri güneş panelleri aracılığıyla elektrik üreten bu araçlar, fazla enerjiyi bataryalarında depolayarak gece boyunca da uçuşlarını sürdürüyor. Ancak batarya kapasitesinin artırılması, taşıdığı ağırlığı da artırdığı için ciddi bir mühendislik sorunu ortaya çıkarıyor.
Harvard Üniversitesi Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Fakültesi’nde (SEAS) gerçekleştirilen çalışma, bu sorunun üstesinden gelmek için yeni nesil bataryaların ulaşması gereken performans seviyesini belirliyor. Araştırmaya liderlik eden Craig Mascarenhas, daha yüksek enerji depolama kapasitesine olan ihtiyacın batarya ağırlığını artırdığını ve bunun da uçağın havada kalabilmesi için daha fazla enerjiye ihtiyaç duyduğunu ifade ediyor.
Güneş Enerjili Uçaklar Aylarca Havada Kalabilir
NASA tarafından desteklenen ve MIT ile özel havacılık şirketlerinin de yer aldığı Stratospheric Airborne Climate Observing System (SACOS) araştırma iş birliği, güneş enerjili uçakların atmosfer gözlemlerinde kullanımı üzerine odaklanmaktadır.
Günümüzde NASA’nın ER-2 gibi yüksek irtifa araştırma uçakları, bilimsel ekipmanlarla atmosferi incelemek amacıyla kullanılmaktadır. Ancak bu uçaklar bir görev sırasında yaklaşık 6 ila 8 saat havada kalabiliyor ve uçuş maliyetleri saatte on binlerce dolara kadar çıkabiliyor.
Buna karşın, yeterli enerji depolama kapasitesine sahip insansız güneş enerjili uçaklar aylar boyu havada kalabilir.Daha az personel gerektirmeleri ve işletme maliyetlerini düşürme potansiyelleri sayesinde atmosferin uzun süreli gözlemlenmesinde önemli avantaj sağlarlar.
Bu hava araçları, atmosfer kimyasının incelenmesinden kasırga takibine, iklim araştırmalarından orman yangınlarının tespitine kadar birçok alanda kullanılabilir. Aynı bölgenin tekrar tekrar izlenmesi ise daha detaylı ve tutarlı verilerin elde edilmesine yardımcı olabilir.
Mevcut Bataryaların İki Katı Enerji Yoğunluğu Hedefleniyor
Araştırmacılar, güneş enerjili stratosfer uçakları için bataryalarda 500 Wh/kg enerji yoğunluğunu kritik bir eşik olarak belirledi. Bu seviyeye ulaşılması, atmosfer koşullarının uygun olduğu pek çok bölgede uzun süreli uçuşların mümkün hale gelmesini sağlayabilir.
Piyasada mevcut elektrikli otomobillerde kullanılan bataryalar yaklaşık 250 Wh/kg enerji yoğunluğuna sahiptir. Deneysel ya da özel amaçlı bazı batarya hücrelerinde ise 400 Wh/kg‘a ulaşılmış durumdadır.
Bundan dolayı araştırmacılar, hedefin ulaşılamaz olmadığını düşünüyor. Ancak 400 Wh/kg seviyesindeki hücrelerin hala oldukça pahalı olması, bütçe yönetimini zorlaştırıyor. Gelişen batarya teknolojileri ve üretim süreçlerinin bu maliyetleri zamanla azaltması bekleniyor.
Piyasa Yoğunluğundan Çok Enerji Yoğunluğu Önem Taşıyor
Araştırmanın en dikkat çekici bulgularından biri ise güneş enerjili uçaklara yönelik batarya geliştirme yaklaşımının değişmesi gerektiği yönünde. Geleneksel tasarımlarda enerji yoğunluğu ve güç yoğunluğu aynı anda optimize edilirken, bu tür uçaklarda enerji yoğunluğuna öncelik verilmesi düşünülüyor.
