Kuidas Päikeseenergia Töötavad

{h1}

Päikeseenergiat võib oluliselt vähendada kütusekulu. Külastage WordsSideKick.comit päikeseõhusõidukite õppimiseks.

Päikeseenergia on rikkalik ja lõputult taastuv. Seepärast ei ole üllatav näha päikese käes olevaid seadmeid. Päikesetõusu tuledest päikeseenergiaga kodudesse ja ettevõtetesse saavad paljud inimesed ära kasutada päikeseenergia energiat. Kuid võite mõelda, et päikesepanuse tuled ei ole kõik põnev (kuigi see võib olla nende taga) ja võibolla sa ei tea, mis seal seal veel on. Kas te arvate, et päikesevarjud?

Kuigi nad on juba 1970. aastatel lendanud, võivad päikeseõhusõidukid olla nii kaugel oma radari all, et nad tunnevad uut. Päikeseenergia lennuk võiks teid üllatavalt veetma. Sa pead alustama hommikul ja ootama pilvede selgeks muutmist. Propellerid häirivad, lennuk sõidab maandumisjärgse kiirusega rajal laskuvat kähku. Kui tuul lendas lennukit, siis tõuseks nii aeglaselt, et vajate seda oma istmele vajutama.

Sa roniksid üle linnudest üles Everest kõrgusel, kommertslendude kohal ja üle sõjalise spiooni lennukite (NASA ja AeroVironmenti Helios tõusis 96, 863 jalga [29 544 meetrit]). Sa tahaksid jõuda stratosfääri, kus on lehed kiskjad pilved.

Kuigi lõbus selline sõidurada võib tunduda, on päikese lennukid mõeldud kasutamiseks muul otstarbel. Kuna nad on põhimõtteliselt madala lennukiga satelliidid, nägi NASA esmakordselt satelliitside parkimine üle linnade, kuid see oli enne, kui meil oli mobiiltelefonide tornid. Nüüd sõidab sõjavägi jälgimise jaoks päikese tasapinda. Teoreetiliselt võivad nad aastaid kõrgemale jääda. Tegelikkuses pole aga statistikat veel päris olemas: rekord on kaks nädalat (tõesti!) Ilma maandumiseta, mille määrab QinetiQ mehitamata "Zephyr". Mehitatud õhusõidukite puhul on aga Šveitsi lennukite Solar Impulse valduses 26 tundi, 10 minutit ja 19 sekundit.

Selliste samalaadsete dokumentidega loodavad mõned organisatsioonid hoiakuid muuta, et päikeseenergia on nõrk ja ebaefektiivne.

Tõenäoliselt on lihtsaim viis mõista, kuidas päikeseõhusõidukid töötavad, võrreldes neid tavalisemate lennukitega taevas. Vaadeldame ühte kaubalaeva - Boeing 747-400 - ja üht sõjalist joont - F-22A Raptorit.

Kuidas päikeseenergia töötavad: allikas

Päike versus traditsioonilised lennukid

Nagu varem mainitud, on päikeseenergia lennukid enamasti jälgimissõidukid. Teiselt poolt lendab Boeing 747-400 Detroitist Tokyosse, kes veedab korraliku kütuse läbilaskevõimega sadu inimesi. Ja vastupidi, F-22A Raptor on Ameerika Ühendriikide õhujõudude hävituslennuk. Selle eesmärk on olla kiire, vilgas, vaikne ja peaaegu nähtamatu. Need on põhilised erinevused. Pange need lennukid peaa-peani või tiiva-äärega, et veelgi rohkem teada saada.

Paljud päikeseenergia lennukid on kujundatud nagu lendavad valitsejad. Näiteks NASA Helios lennukil on 247 jalga (75 meetrit) tiivaulatus, kuid see on ainult 12 jalga (3,7 meetrit) pikk. [Allikas: NASA]. 747-ne tiib on lühem, 211 jalga (64,3 meetrit) ja selle füsiālahik ulatub oma tiibade pikkusest [allikas: Boeing]. F-22A Raptor on spade-kujuline, jäigast tasapinnast 44,5 jalga (13,6 meetrit) üle tiibade ja 62 jalga (18,9 meetrit) pikk [allikas: Lockheed Martin].

Võrreldes teiste lennukitega on päikeseenergia lennukid praktiliselt ujukid. Mõned käivitatakse käsitsi, jooksvalt viskavad õhku. Helios on selle jaoks liiga raske. See kaalub maksimaalselt 2,048 naela (929 kilogrammi), mis on valmistatud kallistest, kergetest ja tugevatest materjalidest - ja vahtplastist [allikas: NASA]. Hämmastav, kogu lennuk paindub. (Rohkem selle kohta hiljem.) Raptor kaalub tohutult 83 500 naela (37 875 kilogrammi) ja see pole kindlasti mitte koormav. 747 kaalub kuni 875 000 naela (396 893 kilogrammi), kaasa arvatud kogu pagas lastiruumis.

Leiad palju elektrilisi propellereid - kuni 14 - päikese lennukil, ja see kõik on selle jõuallikana. Muidugi, reaktiivmootorite kõrval asuvad elektrilised propellerid. Raptori reaktiivmootorid lasevad ettepoole 70 000 naela (311 500 njuutonit) kogu tõukejõu [allikas: Lockheed Martin]. 747 kahe mootoriga liigutada seda kuni 126 600 naela kogu jõudu (563 145 nejutoni) [allikas: Boeing].

Sa ei oleks üllatunud, milline võidab võistlusel. Kuigi keskkond naeratab saastevaba päikeseenergia tasapinda, kiiruse jumalad seda ei tee. Madalatel kõrgustel liikudes sõidab Helios vähem kui 27 miili tunnis (43,5 kilomeetrit tunnis) [allikas: NASA]. 747 kruiisid kiirusel 567 miili tunnis (913 kilomeetrit tunnis) ja Raptor võib ulatuda Mach 2 lähedani [allikas: Boeing, Lockheed Martin].

Raptor võidab ka manööverdusvõime. Kuigi 747 ja Helios saavad omakorda pöörata, hüpata ja muuta oma kiirust, saab Raptor lendama ketrus-silmust.

Siiani võidab 747 vahemaa. Saare lennukist kõige kaugemal olev lend oli 163 miili (262 kilomeetrit). Raptori maksimaalne vahemik on 1841 kilomeetrit (2963 kilomeetrit), samas kui 747 saab lennata 8355 miili (13 446 kilomeetrit) [allikas: Lockheed Martin, Boeing].

Päikeseenergia lennukid võidavad kategoorias, mida te ilmselt pole pidanud arvestama - pikaealisus. Jettid peavad maha tankima. Päikeseenergiat ei pea. Nad võivad jääda kõrgemale niikaua, kuni nende patareid laaditakse ööseks. Üle kolme päeva pikkusel hoides on päikeseenergia lennukid juba jõgede ületanud ja paljud päikesepumba tegijad jagavad eesmärki kuude või aastatega.

Nüüd, kui sa tead, kuidas päikesepatarei korvab teiste õhusõidukite vastu, vaadake lähemalt selle disaini.

Päikese poolt piiratud

Päikeseenergia, mis tabab paneeli nelinurkset jalga päikese tasapinnal tund, on väike, võrreldes energiaga gallonit reaktiivkütust. Päikesepaneelid muudavad ka propellerite pööramiseks vähem päikeseenergiat (10-20%), võrreldes reaktiivmootori võimsuse põlemisega, mida kasutatakse jõuülekande edasilükkamiseks. Lõpuks annab päikesepaneelide üks ruutjalga (0,09 ruutmeetri kohta) kolm kuni kuus korda väiksemat jõudu, kui peate 60-vattlattuvat lampi valgustama, et saaksite aru, miks insenerid panevad paneeli tasapinda ja püüavad seda hoida kerge [allikas: Del Frate].

Solar Aircraft Design

Päikeseenergia lennukitel pole pardal palju. Nad on naeruväärselt lamedad ja õhukesed, kutsudes tuult neid tõsta, selle asemel, et neid koputada. Keha on tugev ja kerge, sageli valmistatud raami jaoks mõeldud süsinikkiudtorudest, millel on tugev kangas, nagu venitatud Kevlar. Kusagil struktuuris näete "X" või "V", mis takistab lennukit jooksvalt.

Enamik lennukeid kulgeb öösel akudel, kuigi mõned on kütuseelemente kasutanud. Patareid on kerged ja energilised ja asuvad tavaliselt lehel. QinetiQ päikeseenergia lennuk "Zephyr", mis hoiab praeguse vastupidavuse rekordi, kulgeb liitium-väävli-patareide lehel [allikas: Bush]. Patareid on ühendatud mootoritega, mis keeravad propellereid.

Te ei saa unustada päikesepaneele, mis on lennuki nahk ja süda. Need on erinevalt jäigatest, mahukatest päikesepaneelidest satelliitidel või päikesepinnast. Need paneelid on paksud millimeetrites, on piisavalt paindlikud rullimiseks ja on uskumatult tõhusad ja kallid [allikas: Bush, USO]. Päikesepaneelid paigaldatakse ka propelleritele.

Pardal on lennukil valguse, pinge ja tuuleandurid ning sellel on meetod selle teabe edastamiseks piloodile.

Kui te ei tea, kus on rattad, pole vaja vaeva. "Mõned päikeseenergia lennukid lendavad põhiliselt maandumist lendu, sest te ei kavatse neid vaja minna. Lennuk võib maanduda laevadele või krahhi maale. Insenerid vabanevad igast kaalutõvest, mida võite ette kujutada," ütleb John NASA Dryden Flight Research Center'i insener Del Frate.

Mõned päikeseenergia lennukid on tõsi UAVs või mehitamata õhusõidukid. Välja arvatud stardiks ja maandumiseks, sõidab autopiloot lennukit. Piloodid kasutavad pardaseadmeid lennuki jälgimiseks ja mootorite juhtimiseks maapinnast. Mehitamata lennukid on NASA surnud Helios, Zephyr ja Aurora Flight Sciences Odysseus ja SunLight Eagle.

Teised päikesevarjud võivad toetada pilooti. Piloteeritud päikeseõhusõidukite näideteks on NASA ja AeroVironmenti pensionile jäävad Gossameri penguinid ja Solar Challenger ning erineva grupi Solar Impulse, mille eesmärk on glooba ümberpaigutamine.

Kummaline päike

Aurora Flight Sciencesi komponeeritud Odüsseus on endiselt kujunduses. Simulatsioonides langeb raja kolmest lennuki lõikest. Kui segmendid ühinevad, tõuseb tasapind lennuki keskel. Püünima päike rohkem nurkadest, langeb lennuk ise nagu akordion.

Te võite olla skeptiline, kuid Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) ei ole. See valis Odüsseuse selle Vulture programmi jaoks, mis püüab lennata pidevalt viieks aastaks ja kannab 1000 kilo (454 kilogrammi) [allikas: DARPA].

Lendav päikeseenergia

Helios on palju propellereid.

Helios on palju propellereid.

Päikeseplaneetide lend algab kontrollidega. Kontrollige akut - see peaks olema laetud. Kontrollige maa tuju. Need ei tohiks ületada umbes 10 miili tunnis (16 kilomeetrit tunnis) või muidu lennuk võib rajale puruneda. Kontrollige turbulentsust õhus, sest lennuk peab tõusma läbi turbulentsete kihtide. Pilved on pilvedes halb märk. "Tuul on teie vaenlane," ütleb Del Frate.

Hommik on kõige parem laskumiseks, kui päike on õhuliinil ja päeval on jäänud palju päikesevalgustunde. Rajatena on vaja ringi veidi üle kolme jalgpalliväljaku, mis on 10 korda lühem kui keskmine lennujaama raja. Järgnevalt nurjutaite lennukit stardiks, kasutades seda ringi. Näidate lennukit nii, et tuul puhub peal, kuid mitte kunagi üle selle. Suuremate päikeseenergia lennukite hüppelauad hävivad, sest nad suudavad lennukit soovimatute suundade abil visata.

Kui sõukruvid on võrgus, võib aku ja päikeseenergia kombinatsioon käivitada nende pöörlemise ja lennuk on valmis rullima (või käes hoida õhku). "Lennuk langeb jalgratta kiirusel," ütleb Del Frate, sest laskumine toimub tavaliselt päikeseenergial. Piloodina, tavaliselt maapinnal, vältige varjusid ja juhiksite maksimaalse päikese eest, et akut saaks energiat säilitada.

Lennuk tõuseb aeglaselt. Teete selle üles tõusmiseks, kiirendades selle keskmist sõukruvid, kallutades selle üles. 35 000 jalga (10,6 kilomeetrit) või nii, olete tabanud jet stream. Oota. Selles tahkes kihilisamas kihis võivad lennukid, nagu NASA Helios, suunduda tuulega korterist dramaatilisse "U". Kui lennuk ei ole painutanud, võib tuul puruneda. Lennuk ei saa siia jääda, kus 747-ndad kruiisilaevu, sest kui turbulentne tuul ei tapa seda, lendab jetavoog selle ära.

Jugavoolu kohal dodge tuhmid pilved; nad blokeerivad päikest. Pööramine on sama lihtne kui sõukruvide kiiruse ühel küljel lennuk. 40 000 jalga (12 kilomeetrit) olete jõudnud stratosfääri, veelkordsele kihile, millel on külmakindlad pilved, mis ei blokeeri teie päikest. Lõpuks, 65 000 jalga (20 kilomeetrit), saate lõõgastuda vaikselt ja praktiliselt liuglema. Kui plaanite üleöö ööbida, veenduge, et teie aku on sõukruvide käivitamiseks laetud. Muidu alustad kõrguse kaotamist.

Lennuki ajal lülitub aku ja päikeseenergia vahel automaatselt välja päikeseenergialus. Kui päike on, käivitatakse sõukruvid ja laaditakse patareid või kütuseelemendid. Aku kiiremaks laadimiseks võib piloot lennata aeglasemalt. Öösel või pilvedes sõidavad propellerid ainult aku või kütuseelementidega.

Kui on aeg maanduda, lõigake jõu sõukruvide peatamiseks. Põlveliiged libisevad - insenerid pigem teevad need efektiivseteks lendudeks kui maandumisel kiiresti. "Nad langevad väga aeglaselt," ütleb Del Frate. "Kui sa üritad tuua ühe maandumise eesmärgil, tahaksite seda haarata ja tõmmata see alla."

Päikeseenergia õhusõiduki keskkonnamõjud

On raske ette kujutada, et maksta 20 miljonit dollarit lennukile õhukeseks vahvliteks, kuid see on sellepärast, mida päikese lennukid maksavad.

On raske ette kujutada, et maksta 20 miljonit dollarit lennukile õhukeseks vahvliteks, kuid see on sellepärast, mida päikese lennukid maksavad.

Paljud teadlased ütlevad, et on kasulik parkida päikesevariatus taevas. See võib liigutada kohapeal, kandes kaameraid või teisi andureid. Stratosfääri saab proovida gaase osoonikihi lähedal. Samuti saab vaadata metsatulekahjusid või jälgida orkaane maa peal.

Sõjaväelaste jaoks võivad päikeseenergiaga seotud lennukid aidata uurimisel. Nagu nuhkvara lennukid, lendavad nad kõrki, mis muudab need rahulikuks. Aga kuigi nuhkvara lennukid peavad lennata ja tagasi pöörduma, on päikeseenergia lennukid silmadeta silmad. Nad võivad aastaid katkestada fotod ja videod. "Kui sündmus juhtub, saavad nad õppida kõike, mis sellega juhtus," ütleb Del Frate. Õiguskaitse jaoks on neil hea piiri- ja sadama patrull.

Need tõelised satelliidid saavad täita mõnda neist ülesannetest. Kuid päikeseenergia lennukid näevad pigem madalama hinnaga kaameraid kohapeal, sest nad on tegevusele lähemal. Nad on ka kallimad ehitada ja käivitada. Kuigi satelliite on raske orbiidil liikuda, on päikeseenergia lennukid hõlpsasti liikuvad. Samuti on lihtsam hooldustööde tegemiseks päikeseenergiale planeerida.

Päikeseenergial töötavad õhusõidukid, mis on elektrilised, ei eralda heitgaasi. Kaubanduslikud lennukid teevad. 1992. aastal eraldasid lennukid 0,5 miljardit tonni CO2, või 2 protsenti inimese CO-st2 heited [allikas: IPCC]. Nende heitgaas sisaldab palju aineid, mis on seotud tervise- ja keskkonnamõjudega, kuigi Ameerika Ühendriikide keskkonnakaitseamet reguleerib nende taset ja uuritakse tervisemõju lennujaamade läheduses [allikas: EPA, Wachter]. Sõltumata sellest, ei saa päikeseenergia lennukid olla puhtad reisilaengud, sest neil pole tõenäoliselt kunagi piisavalt jõudu paljude reisijate veoks, ütleb Del Frate.

Stratosfääri reaktiivid, nagu F-22A Raptor ja U-2 spy lennukid, kiirgavad ka heitgaase. Kuigi nad eraldavad selle stratosfääri, kus gaasid püsivad kauem kui allpool meie troposfääri, pole nende panust õhusaastet, osoonikihi kahanemist ja globaalset soojenemist põhjalikult mõõdetud. Päikeseenergial töötavad lennukid, mis võivad selliseid lennukeid kiirendada ja manööverdada, on aastaid ära. Nii et praegusel ajal ei ole praktiline rääkida päikeseenergia lennukitest, mis on teiste lennukite keskkonnasõbralikud alternatiivid. Siiski on nad oma praeguste rakenduste jaoks keskkonnasõbralikud sõidukid.

Pühapäevase lennukite üllatav kasu, ütleb Del Frate, on see, et kui päikesepaneelide tootjad tarniksid tuhandete päikeseenergiale aastas suurete efektiivsete paneelidega, läheks teie kodukvaliteediga paneelide maksumus langema.

See on linn! See on lennuk!

"Keegi küsis minult kordagi, mis on lindudega? Kas olete mures lindu löögi pärast?" Tuletab meelde John Del Frate. "Ma pidin naerma, lind võib lennata üheks neist asjadest. Lind sai lendamisel ühele nendest asjadest pesa!" Kuna päikeseenergia lennukit pole raske liikuda, töötavad piloodid FAAga, et planeerida lennud eemal teistest lennukitest. Õnneks lendavad väga vähesed lennukid 65 000 jalga (20 kilomeetrit).

Päikeseenergiat puudutavad probleemid

"Ma mäletan, et inimesed ei arvanud kunagi, et nad suudaksid lennata. Pärast lennukirežiimide kehtestamist langesid need kriitikud vaikseks," ütleb Del Frate. Kuid kriitikud tegelevad ikkagi päikese lennukitega.

"Kriitikud ütlevad, et need lennukid on habras," ütleb Del Frate. Ta ütleb, et NASA hangar on tuule puhub ukse kaudu, NASA Pathfinder'i lennuk. "Me ehitame vajalikus tugevuses ja mitte rohkem, nad on kerge ja väga minimaalsed materjalist - põhjusel."

On raske ette kujutada, et maksta 20 miljonit dollarit lennukile õhukeseks vahvliteks, kuid see on sellepärast, mida päikese lennukid maksavad. Del Frate'i sõnul moodustavad päikesepaneelid vaid poole kuludest. Kuid selleks, et perspektiivis välja tuua, algab Boeing 747 234 miljoni dollariga [allikas: Boeing].

Lennukid ei ole rasketel tõstukitel; seni üles ehitatud tugevaim võib viia ühe piloodiga. "Kui nad vaevu kannavad mingit kasulikku koormust, siis mis juhtub?" Ütleb Del Frate, kes võtab kokku kriitikud. Ta viitab sellele, et päikeseenergia lennukid võivad viia andurite ja kaameratega, mis on kerged ja muutuvad kergemaks. "Vaata, kõik teie mobiiltelefoni saab teha. Vaevalt kaalub midagi."

Siiani vajavad päikeseenergia lennukid eritingimusi. Kuigi patareid võivad neid läbi öö ja varju viia, ei saa lennukid maanduda või lennata tormides. Nad ei saa tugeva tuulega tõusta. Nad ei saa jääda kupli-pilvedele või taeva turbulentsetele kihtidele.

"Kriitikud osutavad, et nad on kasulikud ainult üheksaks kuuks aastast, ja neil on õigus," ütleb Del Frate. Talvel on lennukid võitluseks, päevade lühike ja ööd pikad. Kuna päike on horisondi lähedal ja päikesepaneelid asuvad tavaliselt otse ülespoole, siis püüab lennuk koguda piisavalt päikesevalgust, et hoida kõrgemal. Disainerid rüüstavad ja panevad päikesepaneelid päikese kätte olenemata sellest, kus see asub - ja mõned kavandavad kokkuklapitavad lennukid.

Helios kokku Turbulence

Hawaii katse ajal võis turbulents tõenäoliselt haarata NASA Helios lennukile.See kõik algas siis, kui tuule pöördega 2800 meetrit (853 meetrit) painutasid tiivad üles, mis kallutasid lennukit [allikas: Noll jt]. "See hakkas võnkuma nina, ülespoole nina, nina üles, nina alla - ja iga kord, kui see võis, kiirenes kahekordistunud kiirus. Kui see läks kolm korda kiiremini kui see oli kavandatud lennuks, siis päikeseelemendid Pea meelt varsti kaotasime kogu lifti ja see langes Vaikse ookeani, "ütleb Del Frate.


Video Täiendada: Päikesepaneeli valmistamise 1. etapp: toorikkristalli tootmine.




Uurimistöö


Kas Teie Kodulinn On Tornado Linn?
Kas Teie Kodulinn On Tornado Linn?

Amazing Ice Circle Ilmub Jõel
Amazing Ice Circle Ilmub Jõel

Teadusuudised


Tualettlaud Tualett: Colonial Keraamika Firmalt Philly Privy On Display
Tualettlaud Tualett: Colonial Keraamika Firmalt Philly Privy On Display

Sofia Tõuseb: Imiku Nimi Võtab Üle Maailma
Sofia Tõuseb: Imiku Nimi Võtab Üle Maailma

Miks Heelium Mõjutab Teie Häält?
Miks Heelium Mõjutab Teie Häält?

Islandi Bardarbunga Vulkaan Algab Alamlagiaalne Purskus (Uuendatud)
Islandi Bardarbunga Vulkaan Algab Alamlagiaalne Purskus (Uuendatud)

Bionikaartehnoloogia Pakub Ennast Halvaks
Bionikaartehnoloogia Pakub Ennast Halvaks


ET.WordsSideKick.com
Kõik Õigused Reserveeritud!
Mistahes Materjalide Reprodutseerimine Lubatud Ainult Prostanovkoy Aktiivne Link Saidile ET.WordsSideKick.com

© 2005–2019 ET.WordsSideKick.com