Güneş Enerjili Uçaklar İçin Kritik Batarya Eşiği Belirlendi: 500 Wh/Kg

Harvard Üniversitesi araştırmacıları, haftalarca hatta aylarca havada kalabilen güneş enerjili uçaklar için kritik batarya hedefini belirledi. Araştırmaya göre, bu uçakların uzun süreli uçuşlarını mümkün kılmak için bataryaların kilogram başına 500 Wh/kg enerji yoğunluğuna ulaşması gerekiyor.

Güneş enerjisiyle çalışan sabit kanatlı insansız uçaklar, ticari jetlerin 30.000 fitlik (9.144 metre) seyir yüksekliğinin iki katı yüksek olan stratosferde haftalarca veya aylarca uçmak üzere tasarlanıyor. Gündüz güneş panelleriyle elektrik üreten bu araçlar, fazla enerjiyi bataryalarında depolayarak gece boyunca uçuşlarını sürdürüyor. Ancak batarya kapasitesinin artırılması, ağırlığı da beraberinde getirdiği için önemli bir mühendislik sorununa yol açıyor.

Harvard Üniversitesi Mühendislik ve Uygulamalı Bilimler Fakültesi'ndeki (SEAS) araştırmacıların yürüttüğü çalışma, bu sorunun aşılması için yeni nesil bataryaların ulaşması gereken performans seviyesini ortaya koyuyor. Araştırmaya liderlik eden Craig Mascarenhas, daha yüksek enerji depolama kapasitesine duyulan ihtiyacın batarya ağırlığını artırdığını, bunun da uçağın havada kalabilmesi için daha fazla enerji gerektirdiğini belirtiyor.

NASA tarafından desteklenen ve MIT ile özel havacılık şirketlerinin de katıldığı Stratospheric Airborne Climate Observing System (SACOS) araştırma iş birliği, güneş enerjili uçakların atmosfer gözlemlerinde kullanılmasına odaklanıyor.

Günümüzde NASA'nın ER-2 gibi yüksek irtifa araştırma uçakları, bilimsel cihazlarla atmosferi incelemek için kullanılıyor. Ancak bu uçaklar bir görevde yaklaşık 6 ila 8 saat havada kalabiliyor ve uçuş maliyetleri saat başına on binlerce dolara ulaşabiliyor.

Buna karşılık, yeterli enerji depolama kapasitesine sahip insansız güneş enerjili uçaklar aylar boyunca havada kalabilir. Daha az personel gerektirmeleri ve işletme maliyetlerini düşürme potansiyelleri sayesinde atmosferin uzun süreli gözlemlenmesinde önemli avantajlar sağlayabilirler.

Bu araçlar, atmosfer kimyasının incelenmesinden kasırgaların izlenmesine, iklim araştırmalarından orman yangınlarının tespitine kadar farklı alanlarda kullanılabilir. Aynı bölgenin tekrar tekrar gözlemlenmesi de daha ayrıntılı ve tutarlı verilerin elde edilmesine yardımcı olabilir.

Araştırmacılar, güneş enerjili stratosfer uçakları için bataryalarda 500 Wh/kg enerji yoğunluğunu önemli bir eşik olarak belirledi. Bu seviyeye ulaşılması, atmosfer koşullarının elverişli olduğu dünyanın birçok bölgesinde uzun süreli uçuşları uygulanabilir hale getirebilir.

Günümüzde elektrikli otomobillerde kullanılan bataryalar yaklaşık 250 Wh/kg enerji yoğunluğuna sahip. Deneysel veya özel amaçlı bazı batarya hücrelerinde ise 400 Wh/kg seviyesine ulaşılmış durumda.

Bu nedenle araştırmacılar, hedefin ulaşılmaz olmadığını düşünüyor. Ancak 400 Wh/kg seviyesindeki hücrelerin hala oldukça pahalı olması, maliyetlerin düşürülmesini de önemli hale getiriyor. Gelişen batarya teknolojileri ve üretim süreçlerinin bu maliyetleri zaman içinde azaltması bekleniyor.

Araştırmanın dikkat çeken sonuçlarından biri, güneş enerjili uçaklar için batarya geliştirme yaklaşımının farklılaşması gerektiği. Geleneksel tasarımlarda enerji yoğunluğu ve güç yoğunluğu birlikte optimize edilirken, bu uçaklarda enerji yoğunluğuna öncelik verilmesi gerektiği belirtiliyor.

Bunun temel nedeni, uçakların anlık güç ihtiyacının görece düşük olması, ancak gece boyunca uçuşu sürdürebilmek için yüksek miktarda enerjiyi depolamaları gerekmesi. Dolayısıyla bataryaların kilogram başına daha fazla enerji depolaması, bu araçların uçuş süresini artırmak açısından daha büyük önem taşıyor.