Esnek Güneş Panelleri, Otonom Dronların Daha Uzun Uçuşlarını Açığa Çıkarıyor

Johannes Kepler Üniversitesi Linz’deki araştırmacılar, küçük bir drone’a enerji sağlayabilecek çok ince ve hafif perovskit güneş hücreleri geliştirdi. Nature Energy’de 2024’te yayımlanan çalışma, güneş yardımıyla tekrarlanan kısa uçuşları gösteriyor. Sonuç, sınırsız menzilli veya hiç şarja ihtiyaç duymayan ticari bir drone anlamına gelmiyor.

Drone için ağırlık neden önemli?

Motorlar, kontrol sistemi ve sensörler enerji tüketir. Daha büyük bir batarya daha fazla enerji depolasa da ağırlığı artırarak uçuş süresindeki kazanımı azaltabilir. Güneş hücreleri uçuşlar arasında bataryayı şarj edebilir; bunun için hücrelerin çok hafif olması gerekir. NASA’nın Ingenuity Mars helikopteri bataryalarını güneş enerjisiyle şarj etmişti. Buradaki araştırma ise Dünya’da küçük bir dört rotorlu drone ile yapılan ayrı bir denemedir.

Hücreler nasıl üretildi?

Bilim insanları, ışığı soğuran katmana alfa-metilbenzilamonyum iyodür eklenmiş yarı iki boyutlu bir perovskit kullandı. Hücreler, 2,5 mikrometreden ince ve alümina koruyucu tabakayla kaplanmış bir polimer folyo üzerine yapıldı. Şeffaf iletken oksit içermeyen yapı düşük ağırlığı, esnekliği ve daha iyi kararlılığı hedefliyor. Buna rağmen perovskit hücrelerin uzun süreli çalışma dayanıklılığı pratik uygulamalar için incelenmeye devam etmeli.

Ölçülen performans

En iyi hücrenin kütle başına gücü gram başına 44 watt, hücrelerin ortalaması ise gram başına 41 watt olarak bildirildi. En yüksek verim yüzde 20,1, ortalama verim yüzde 18,1 ve açık devre gerilimi 1,15 volttu. Bunlar hücre ölçümleridir; drone motorunun sürekli gücü veya her hava koşulunda ulaşılacak verim değildir.

Araştırmacılar, her biri 1 cm² olan 24 hücreyi bir modülde birleştirdi. Modül, drone ağırlığının yaklaşık 1/400’ü kadardı. Gösterimde kısa bir uçuş ve güneşle şarj, uçuş, yeniden şarj döngüleri gerçekleştirildi. Drone gece gündüz kesintisiz uçmadı.

Olası kullanım alanları ve sınırlar

Yüksek kütle başına güç, küçük hava araçları, taşınabilir cihazlar ve sensörler için değerli olabilir. Gerçek fayda güneş ışığına, hava durumuna, panel yönüne, bataryaya, taşınan yüke ve hücrelerin ömrüne bağlıdır. Çalışma, teknolojinin Mars’ta, uzun süreli arama-kurtarma görevlerinde veya bütün ortamlarda şarjsız çalışacağını kanıtlamaz.

Sonuç

Ultra hafif perovskit hücreler laboratuvarda yüksek özgül güç sağladı ve küçük bir drone ile güneş destekli kısa uçuş döngüleri gösterildi. Daha geniş kullanım için dayanıklılığın ve değişken gerçek dünya koşullarındaki performansın doğrulanması gerekiyor.