Estudo e desenvolvimento da aplicação de um sistema fotovoltaico em drones

Abstract

Buscando a melhor autonomia de voo para um veículo aéreo não tripulado (VANT), foi desenvolvido um projeto de captação de energia solar por células fotovoltaicas. Inicialmente foram analisadas diversas opções de células solares disponíveis comercialmente; após a escolha realizada, foram estudadas diferentes geometrias de aplicações das células sobre o VANT utilizado; ao associar 21 células em série, a tensão elétrica de operação resultante do painel formado foi de 12,05V. Foi escolhido um módulo conversor de potência CC-CC do tipo boost que melhor se adaptou às especificações do projeto. Realizadas as medidas em solo com o sistema fotogerador, foi possível comparar com dados de voos anteriores à aplicação; a potência média em voo fornecida apenas pelo conjunto de baterias do VANT foi de 113,08W; em testes de solo com apenas o sistema fotovoltaico aplicado, chegou-se à média de 26,52W de potência elétrica. Ao final, estimou-se um aumento de 27 minutos de autonomia, o que representa 35,7% em relação à 1 hora e 15 minutos referentes à autonomia anterior à aplicação do sistema proposto – mesmo utilizando apenas 41% da área disponível da aeronave, devido às limitações impostas pela geometria.

A project of solar energy capture with the use of photovoltaic cells has been developed while looking for the best flight autonomy for a UAV (unmanned aerial vehicle). Firstly, it was analyzed many options of commercial solar cells available; after chosen, it was studied different geometries of applications of the cells on the UAV used; associating 21 cells in series, the operating electrical voltage resultant of the panel formed was 12.05V. It was chosen a boost type power converter module DC-DC (direct current), which is more suitable to the project specifications. Ground measurements were performed with the photogenerator system, it was possible to compare with the flight’s data before the application; the mean power in flight given by the UAV’s batteries was 113.08W; in ground tests with only the photovoltaic system applied, it reached the electrical mean power of 26.52W. Finally, it was estimated an increase of 27 minutes of autonomy, that represents 35.7%, compared to 1 hour and 15 minutes without the solar power system proposed – even though only 41% of the aircraft’s available area was used, due to limitations imposed by the geometry.