Miks mõnedes piirkondades on päikeseloomade kasutuselevõtt madal, kuigi päiksesse on palju?

Päikeseloomade tehnoloogia mõistmine ja selle potentsiaal kõrguse rakendustes

Mis on päikeseloom ja kuidas see kasutab päikseenergiat?

Päikesepallid tõusevad, kui päikesevalgus kuumutab õhku nende kerges, läbipaistvas kaanes. Soe õhk laieneb ja muutub kergemaks kui ümbruses olev õhk, mistõttu pall tõuseb loomulikult ilma mingi kütuse põletamiseta. Uuemad versioonid viivad selle lihtsa idee edasi, lisades pallidele otse päikesepaneelid. Need paneelid toodavad elektrit GPS-i jälituse, raadio sidevarustuse ja erinevate sensorite töötamiseks, kui nad seal üleval hõljuvad. Mõned testid näitasid, et stratosfääri pallide erilised konstruktsioonid saavad tugevaimal hetkel päikesest tegelikult umbes 500 vatti ruutmeetri kohta, nagu 2017. aastal Liu ja teised avaldatud uuringus kirjeldati. Nii soojusest tuleneva tõusu kui ka päiksest saadava elektri ühendamine võimaldab neil pallidel palju kauem lennata ilma, et keegi peaks midagi täiendama.

Fotovoolikogumi paigutuse roll stratosfääri sõidukites

Päikesepallide tõhusus sõltub sellest, kuhu me paneerime fotovoltaatpaneeli, kuidas me püüame leida õige segu kaalu jaotuse, õhuvoogude vahel ja veendudes, et nad püüavad piisavalt päikesevalgust. Enamik inimesi paigaldab õhukese kihiga päikeseelektroonid kas spiraalvormis või plaatide moodi kogu õhukese ballooni väliskerdale. See võimaldab saada maksimaalset päikesevalgust ilma materjalile liiga suurt rõhku kandmata. Vastavalt mõnedele uuringutele taastuvenergia poolt 2020. aastal, paneelid 15 kuni 20 kraadi nurga all päikese kõrguse poole, suurendab nende energia tootmist umbes 12 kuni 18 protsenti võrreldes nende lametamisega. Sellised arukad disainivalikud valikud muudavad kõik, et hoida energia voolu püsivalt, kui õhupalli tõuseb taevasse ja jätkub läbi päeva ja öö tsüklite, kui valgustus muutub ja ilmastik on pidevalt muutumas.

Päikesepalli eelised traditsiooniliste õhuplatvormide ees

Päikesepallid on odavam ja keskkonnasõbralikum valik kui kallid satelliidid ja need müravad kütuse põletanud droonid, mida me tänapäeval kõikjal näeme. Need asjad võivad lennata umbes 20 kuni 25 kilomeetri kõrgusel mitu nädalat järjest, andes pideva katmise meie planeedi vaatamiseks, kliimamuutuste jälgimiseks ja isegi kommunikatsiooni signaalide abil. Eelmisel aastal tehtud uuringus selgus, et päikesepallide paigaldamine vähendab kulusid ligikaudu 60 protsenti võrreldes madala maa orbiidiga. Lisaks toodavad nad 700 grammi vähem süsinikdioksiidi kilovatt tunnis kui tavalised droonid. Nende tõhusus on nende lihtsas kujunduses, mis võimaldab neil sõita koos tuulevoogudega stratosfääris kõrgel, mis tähendab, et nad ei vaja palju energiat, et õhus püsida, mis pikendab nende tööaega enne hooldust.

Geograafiline ebavõrdsus: päikesevalguse suured piirkonnad, kus päikesepallide kasutamine on väike

Paradooksi tuvastamine: suur päikesepaiste, kuid piiratud kasutamine

Kuigi need piirkonnad saavad palju päikesepaistet, moodustavad ekvaatori lähedal asuvad ja kuivad kõrbapiirkondades, kus päikesevalguse keskmine päevane kogus on 5 kuni 6 kWh ruutmeetri kohta, vähem kui 12 protsenti kogu maailma päikesepalli paigaldustest. See on üsna erinev sellest, mida me näeme kohapeal, kus traditsioonilisi päikeseenergiaparkide kasutuselevõtt on umbes 67% suurem samades päikeselistes kohtades. Miks selline suur vahe? Siin on mõned tõelised väljakutsed. Tuul võib mõnikord kiiremini puhata, tuules üle 120 kilomeetri tunnis ja see muudab balloonide stabiilsuse raskeks. Lisaks on seal päike nii tugev, et päikesepaneelide erikaitse kulgeb 40% kiiremini kui külmemates maailma piirkondades.

Päikese kiirgusele analüüsimine ja praegused kasutussuundumused

22 riigist, kus päikesepaiste on igal aastal vähemalt 2800 tundi, on ainult kaheksal praegu päikesepalli projekte. Enamik neist õhupallidest satub keskpikkuse laiuskraadi lähedal kohtadesse, kus on korralik, kuid mitte äärmuslik päikesevalgustus (umbes 3-4 kWh ruutmeetri kohta). Nendes piirkondades on taastuvenergia jaoks enamasti parem valitsuse toetus ning juba olemasolevad tehnilised süsteemid selliste projektide toetamiseks. Vaadake neid mõõdukaid tsoone, kus õhupallid lendavad 85% ajast, kuigi nad toodavad umbes 18% vähem energiat kui võrreldavad võrreldavaid seadmeid ekvaatori lähedal. Paistab, et stabiilsus on eelisväärne, kui pigistada iga viimast tilka päikeseenergiast, kui tegemist on reaalsete rakendustega.

Tehnilised takistused päikeseenergia usaldusväärse integreerimisega õhupallidesse

Energiasõidu ja päeva tsüklite korral tekkivate kõikumiste juhtimine

Päikesepaneelide jõudlus langeb 47% võrra, kui nad tõuseb, kuna temperatuurid muutuvad kiiresti vastavalt riikliku taastuvenergia labori uurimustele 2023. aastal. Seal, umbes 20 kilomeetri kõrgusel, kuigi päikesevalgus muutub tugevamaks ligikaudu 25%, muutuvad paneelid palju vähem tõhusaks, kui on külm kuni miinus 56 kraadi Celsiuse kraani, just siis, kui oleks vaja lisatootmist. Selleks, et hoida olulised süsteemid töös nende keeruliste hommikuste ja õhtuste perioodide ajal, seisavad insenerid silmitsi suure väljakutsega, juhtides pinge kõikumisi, mis on tegelikult kolm korda suuremad kui tavaliste maapõhiste päikeseenergiasüsteemide puhul. See tähendab, et tuleb paigaldada spetsiaalne varustus, et tõhusalt käsitleda neid jõuvoolu pöördeid.

Materiaalpinge ja termiline lagunemine stratosfääri tingimustes

Stratosfääripallide äärmuslikud temperatuurid võivad ühe päevaga tõusta kuni 165 kraadi Celsiuse järgi, mis põhjustab nende polümeerikujuliste õhukeste pingeid ja kokkuvarisemist peaaegu kaks korda päevas. Kogu see pidev laienemine ja kokkuvõtmine võtab materjalide kallal oma toll. Eelmisel aastal Aerospace Materials Review'is avaldatud uuringu kohaselt kulgeb see umbes neli korda kiiremini kui tavalistes madalamates õhusõidukites. Ja on veel üks probleem. 50 000 jala kõrgusel, kus need õhupallid töötavad, on ultraviolettkiirgus piisavalt tugev, et fotovoltaatiliste rakkude spetsiaalsed peegelduvkihi kokku murda umbes 32 protsenti kiiremini kui tavaliselt. Selle probleemi lahendamiseks on insenerid pidanud kasutama tugevamat kvartsklaaslaminaati. Kuid nende tugevamate materjalide puhul on see kulukas - nad kaaluvad ruutmeetri kohta 9 kilogrammi. See lisakaal ei ole hea uudis, kui palju aega õhus püsib või kui palju lasti ta kannaks.

Pööratavate fotoelektriliste süsteemide kaal ja tõhususe tasakaalustamine

Vastavalt MIT-i 2022. aasta uurimustele on õhukese kihiga päikesepaneelide energiatõhusus tavaliste ränipaneelidega võrreldes umbes 21 protsenti parem, mis muudab need ideaalseks asjadeks, mis peavad olema kerged. Aga on üks lõks, et nad on üsna habras materjal. Et taluda neid hullumeelset reaktsioonivoolu, mis suudab jõuda 160 kilomeetri kiirusega, vajavad need paneelid tõsiseid tugevdamisstruktuurid. Ja siin tekivad disaineritele tõelised probleemid. Üks kilogramm päikeseenergia säästmine tähendab tavaliselt kolme kilogrammi ekstra kaalu lisamist, et hoida kõik stabiilsena. See vähendab enamuse sellest, mida me nende uhkete uute materjalide kasutamisest saame.

Infrastruktuuri, reguleerimise ja rakendamise väljakutsed kasutuselevõttes

Väljaspool piirkondi on lennukite startimisel ja taastamisel puudulik maapealne toetus

Parimad kohad startimiseks on kõrbmajad või päikesega plateau, kus on palju valgust, kuid peaaegu mitte midagi muud. Enamikul neist kohtadest ei ole korralikke teid, hangareid ja kindlasti ei ole piisavalt inimesi, kes teavad, mida nad teevad, kui tegemist on ohutult asjade üles ja tagasi laskmisega. Kui ettevõtted peavad sinna ajutiselt baase paigutama, et seal tegutseda, siis see sööb nende eelarvest ära. Me räägime kulude hüpetest 40 kuni 60 protsendini. - Miks? - Miks? Sest nad vajavad eriseadmeid nagu need suured heeliumkompressorid ja juhtimissüsteemid, mis on ehitatud vastu võtma karmidele ilmastikutingimustele. Viimane vaatamine stratosfääri operatsioonidele aastal 2023 kinnitas seda probleemi. Ja ilma mingisuguse püsiva infrastruktuuri olemasoluta, maksab iga missioon lihtsalt seadistamiseks lisaraha. See muudab skaleerimisoperatsioonide palju raskemaks, kui keegi tahaks.

Õhuruumi eeskirjad ja piiriüleste lendude piirangud

Päikesepallid, mis lendavad umbes 60 000 kuni peaaegu 80 000 jala kaugusel, sattuvad lõpuni selles keerulises õhuruumis, kus erinevad lennunduse eeskirjad kattuvad. FAA lubab Ameerika inimeste jaoks osa 101 alusel eksperimentaalseid asju, aga Euroopas ja Aasias soovivad valitsused iga lennule eriloa. Püüa saada need õhupallid üle piiri tekitab ainult rohkem peavalu. Võtame näiteks selle Kesk-Merel tegutseva keskkonnapanuse projekti, mille heaks kiitmise protseduur oli kuus erinevat riiki ja selle lahendamiseks kulus vähemalt 14 kuud. Kõik see bürokraatia aeglustab asju, kui on vaja kiireid vastuseid ja lisab tonne paberitööd, millega keegi ei taha tegeleda.

Hooldusraskused päikesevalguse ja juurdepääsetavuse piirkonnas

Päike võtab kuumades kliima piirkondades materjalidele oma toll, kus UV-degradeerumine toimub umbes 30% kiiremini kui tootjad algselt prognoosisid. See tähendab, et kaitsekivide eluiga on oluliselt lühendatud. Kui tuleb päikesepaneelide või vesiniku ladustussüsteemide remondi aeg, muutub asi veelgi keerulisemaks, sest seal pole piisavalt oskusi omavaid tehnikaid, lisaks puudub paljudes kohtades kontrollinõude jaoks sobiv varustus, nagu droonid või sobivad maandumiskohad helikopteritele. Eelmisel aastal tehtud tööstuse uuringu kohaselt juhtub peaaegu 6 ootamatust seisakuust 10ndast sellepärast, et hooldus on kuivades piirkondades edasi lükatud. Ja ärgem unustagem neid liivaturme, mis läbivad neid piirkondi, mis kiirendab ainult kulumise protsessi veelgi.

Majanduslik elujõulisus ja poliitilised puudused takistavad laialdast kasutuselevõttu

Kõrged algkulud võrreldes pikaajalise investeeringutasuvusega

Keskmine päikesepalli süsteem vajab algamiseks umbes 1,2 miljonit dollarit vastavalt REN21 andmetele 2023. aastast, mis on umbes kaks korda rohkem kui traditsioonilised jälgimisdronid maksaksid. Kuigi need süsteemid ei vaja kütust ja vajavad üldiselt vähem hooldust, säästavad nad kümne aasta pärast siiski kokku umbes 40% kogukuludest. Kuid siin on lõks, enamik valitsusasutusi ja reguleerivaid asutusi keskenduvad oma otseste eelarvekonstruktiivide asemel mõtlema nende pikaajaliste säästele. Kindlasti on fotovoltaatiliste rakkude hind alates 2010. aastast langenud ligi 90%-ni, kuid mõned erilised osad nagu vesinikukindlad ümbrikud ja need uhked täpsemad lennukikontrolli süsteemid jäävad kalliks, sest tootjad lihtsalt ei tooda neid piisavalt palju.

Uuenemisvõimsusega õhusõidukite jaoks valitsuse stiimulite puudumine

Ainult ligikaudu 12 protsenti A-klassi päikeseenergiasüsteemidega riikidest pakuvad tegelikult maksuvabastusi päikesepallide paigaldamiseks, samas kui umbes kaks kolmandikku neist pakuvad vastavalt viimase 2024 energiapoliitika järeldustele rahalist toetust traditsioonilistele maa peal paigaldatud päikeseenergiasüsteemidele. Mis on selle lõhe põhjus? Enamik lennunduse eeskirju käsitleb päikesepalle jätkuvalt eksperimentaalsena, mitte seadusliku infrastruktuuri. Tootjad seisavad silmitsi tõsiste väljakutsetega, sest neil ei ole juurdepääsu teadusrahastustele ega tootmismaksusoodustustele, mis sarnased tuuleturbiini tootjate ja tavaliste päikesepaneelide tootjatega. Selle rahalise toetuse puudumine muudab ettevõtete jaoks väga raskeks, kui nad üritavad suurendada tootmismahtu või vähendada hindu skaalastabiilsuse abil.

Juhtumiuuring: Soolaarpalli läbikukkunud piloot Saharast lõuna pool Aafrikas

Mali kuivatuse jälgimise projekt, mis käivitati 2022. aastal 18 päikesepalli plaanidega, kukkus kaheksa kuu pärast läbi igasuguste probleemide tõttu. Tolliametnikud maksid selle hiilgavast komposiitmaterjalist, mida me importsime, šokeerivat 740.000 dollari väärtuses tollimaksu, mis tõsiselt kurnitas meie eelarve. Ja kui asjad hakkasid lagunema? Seal polnud lihtsalt ühtegi kohalikku tehnikat, kes teadis, kuidas need vesinikukambrid parandada, nii et üks probleem teise järel kestis. Lisaks sellele tähendasid ranged lennureeglid, et me suudame hõlmata vaid 30% sellest, mida me algselt jälgida tahtsime. Lõppude lõpuks maksis see kogu segadus umbes 2,6 miljonit dollarit. Mida see meile õpetab? Raha üksi ei piisa, isegi kui päike siin iga päev helendab. Meil on vaja paremat planeerimist erinevate asutuste vahel, kohalikele sobivaid koolitusprogramme ja targemat regulatsiooni, mis tegelikult töötab projektidega kohapeal, mitte nende vastu.

KKK jaotis

Millised on päikesepallide peamised eelised?

Päikesepallid pakuvad kuluefektiivset ja keskkonnasõbralikku alternatiivi traditsioonilistele õhusõidukitele nagu satelliidid ja droonid. Need võivad anda kliima seire ja side pidevat katet madalama hinnaga, tekitades samal ajal vähem süsinikdioksiidi.

Kus päikesepalle tavaliselt kasutatakse?

Päikesepalle kasutatakse sageli keskmise laiuskraadi aladel, mis tagavad päikesevalguse ja stabiilsuse tasakaalu. Need piirkonnad saavad tavaliselt taastuvenergiaprojektide jaoks paremat valitsuse toetust ja neil on olemasolev tehniline taristu.

Millised on päikesevalguse piirkondades päikesepalli paigaldamise väljakutsed?

Päikesevalguse piirkonnas on päikesepalli paigaldamisel väljakutseid nagu kõrge tuulekiirus, mis mõjutab stabiilsust, ja intensiivne päikesevalgust, mis põhjustab kiiremat materjali lagunemist. Need tegurid aitavad kaasa päikesepalli piiratud kasutamisele sellistes piirkondades.

Miks peetakse päikesepalle eksperimentaalseks?

Päikesepalle klassifitseeritakse sageli eksperimentaalseks, kuna lennunduse eeskirjad kattuvad ja valitsuse stiimulid puudub, mis sarnanevad traditsiooniliste taastuvenergia tehnoloogiatega, mis põhjustab takistusi laialdaseks kasutuselevõtuks.