SOLAR IMPULSE un prototipo de avión solar.

Nota escrita por Nicolas Di Lalla

El Prototipo busca demostrar que es factible la construcción de un avión a hélice impulsado 100% con energía solar. Y redoblan la apuesta, con la particularidad de poder volar de noche, a través de la utilización de la energía acumulada en las baterías. Esta energía acumulada, es parte de la energía solar que se colecta durante el vuelo.

En la construcción de este tipo de avión hay que conjugar diversas pautas de diseño, una de ellas es la extensa área requerida para la suficiente captación de energía solar. Esto se realiza mediante paneles fotovoltaicos que están incorporados a las alas. La energía eléctrica producida por los paneles debe alimentar a los cuatro motores de 10 caballos de fuerza cada uno, y a la vez, parte de ella debe ser almacenada por las baterías. Las extensas áreas requeridas para la captación de la energía del sol son consecuencia de la baja densidad de energía solar disponible, un máximo de 1kW/m2 en horas pico. Para dar una idea una irradiancia solar de 1kW/m2 es equivalente a la potencia calórica que entrega una hornalla de cocina, pero diseminada en un metro cuadrado de superficie. Como se ve no es muy elevada.

La energía del sol en forma de radiación no puede ser aprovechada en un 100% por los paneles fotovoltaicos, por el bajo rendimiento de conversión de estos. Por lo general la eficiencia de conversión estándar de las celdas de silicio es del 15% (el límite teórico de eficiencia de conversión no es muy superior al 30%). Las celdas de Si pesan aproximadamente 1kg por metro cuadrado. Puede emplearse celdas con valores un poco superiores de eficiencia pero encarece enormemente al dispositivo (celdas de arsenurio de galio que se usan en el espacio).

Existen tecnologías denominadas de películas delgadas, se basan en depositar superficialmente, en este caso sería en el ala del avión, una serie de materiales semiconductores (diseleniuro de cobre e indio, teluriuro de cadmio etc). Si bien están bastante desarrolladas no se logran eficiencias superiores,  presentan la gran ventaja del menor peso (1gr /m2).

Seguramente el gasto mayor de energía se realiza durante el despegue con los cuatro motores a full. Al estar en vuelo estacionario el requisito de potencia es menor, probablemente la mitad o menos. En ese momento parte de la energía eléctrica producida van a las baterías.

Otro inconveniente de una aeronave de este tipo, es el acarreo del peso de las necesarias baterías (400 Kg en este avión). Las que comúnmente se utilizan en aviación son las de Ni/Cd, que si bien, son superiores a las de plomo no dejan de ser muy pesadas. Para superar este inconveniente hace falta un salto cuantitativo en la tecnología de baterías, con la aplicación de nuevos materiales más livianos, en este tópico se está trabajando a nivel mundial.

En cuanto a la estructura del avión (en este pesa 1200Kg), un reducido peso se logra utilizando materiales de alta resistencia específica, o sea alta relación resistencia mecánica/peso. Por ej materiales compuestos de fibra de carbono y aleaciones de aluminio son los utilizados en la industria aeroespacial.

Nota: La fibra de carbono posee una resistencia específica 10 veces más que el acero (o sea una pieza de FC que soporta lo mismo que una de acero pesa 10 veces menos que esta). Equivalentemente las piezas de aleaciones de aluminio pesan un 30% menos que las de acero.

Lic. Nicolas Di lalla ndilalla@gmail.com