Reine Solardrohne hebt ohne Pufferkondensator oder Batterie ab
Die Solardrohne von Luke Maximo Bell fliegt mit dem Strom, den Solarzellen gerade liefern. Das Design der Drohne ist besonders effizient.
(Bild: Luke Maximo Bell/Screenshot)
Der sĂĽdafrikanische Ingenieur Luke Maximo Bell hat eine Drohne gebaut, die ausschlieĂźlich von Solarenergie angetrieben wird. Um das zu erreichen, musste Bell jedoch einige Optimierungen an der Drohne hinsichtlich des Gewichts und der Effizienz vornehmen.
Die Drohne baute Bell, der bereits durch die Weltrekord-Hochgeschwindigkeitsdrohnen zusammen mit seinem Vater bekannt geworden ist, von Grund auf neu auf. Ihr GrundgerĂĽst besteht im Wesentlichen aus zwei Karbonstangen, die mit 3D-gedruckten Verbindern ĂĽber Kreuz miteinander verbunden sind.
An den Enden befestigte Bell vier Motoren des Typs T-Motor Antigravity MN4004 300 KV. Dabei handelt es sich um einen leichten, leistungsstarken bürstenlosen Drohnenmotor, der 300 Umdrehungen pro angelegtem Volt Spannung erzielt. Der Motor verwendet eine einzige Kupferdrahtwicklung, minimiert damit den Energieverlust und ist sehr schmal aufgebaut. Zusätzlich leitet der Motor die entstehende Wärme gut ab und ist stabil. Insgesamt soll der Motor eine sehr gute dynamische Rotorbalance liefern und schnell beschleunigen können. Das soll ein stabiles Fliegen mit den NS-18x16-Rotoren ermöglichen, die ebenfalls von T-Motor stammen und aus Karbonfaser gefertigt sind. Durch deren geringes Gewicht muss weniger Masse beschleunigt werden. Das verbessert die Flugeffizienz, erläutert Bell.
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Zusätzlich spendierte der Ingenieur der Drohne unterhalb des Motors Landefüße, die ebenfalls aus dem 3D-Drucker kommen und der Drohne beim Start etwas Abstand vom Boden verschaffen. Die Steuerungselektronik platzierte Bell in der Mitte der Drohne.
Effizientes Design
Zunächst machte der Südafrikaner einen Probeflug mit der Drohne unter Verwendung eines Akkus. Die Drohne flog nach Kalibrierungsarbeiten weitgehend stabil. Zugleich bestimmte Bell die benötigte Leistung zum Abheben und für einen herkömmlichen Flugbetrieb, um die benötigten Solarzellen ermitteln zu können. Nach Angaben von Bell erzeugen die Motoren einen Auftrieb von 17 g pro Watt. Seine Drohne benötigt jedoch lediglich 0,7 g pro Watt, um seine Drohne aufsteigen lassen zu können, was für eine hohe Effizienz seines Designs spricht.
Danach machte sich Bell an den eigentlichen Energielieferanten des Systems: die Solarzellen. Dazu verwendete er Maxeon Sunpower C60 Silizium-Solarpanel mit einer Kantenlänge von 161 mm. Sie leisten ungefähr 5 Watt pro Zelle in vollem Sonnenlicht und sind ultraleicht – aber auch sehr bruchanfällig, wie er zum eigenen Leidwesen mehrfach feststellen musste. Bell fasste drei Arrays von je 3 × 3 Panel zusammen und erreichte eine Ausgangsspannung von 24 Volt bei ungefähr 97 W. In der Spitze fiel die Leistung unter voller Sonneneinstrahlung noch höher aus.
Die Solarzellen befestigte Dell auf einer Konstruktion aus leichten Karbonstangen, die er auf der Oberseite der Drohne befestigte. Zuvor hatte er mit einer Widerstandsmessung ausprobiert, ob die Solarzellen ĂĽberhaupt ausreichend Energie liefern wĂĽrden.
Bell gelang es, die Drohne in vollem Sonnenlicht aufsteigen zu lassen. Er verwendete dabei weder Kondensatoren noch eine Batterie zur Zwischenpufferung des Stroms.
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Der Südafrikaner plant nun, die Drohne mit einer Pufferbatterie und autonomen Funktionen zu erweitern. Sein Ziel: Er möchte einen Weltrekord für die am längsten in der Luft bleibende Drohne aufstellen.
(olb)
