Stworzenie zeroemisyjnych środków transportu jest jednym z celów największych producentów pojazdów. Dlatego od lat rozwijane są technologie, dzięki którym w przyszłości powstać mają samoloty wykorzystujące do napędzania energię słoneczną. Badania nad nimi trwają od lat 70. XX w. i takie maszyny są już od dawna dostępne. Problem w tym, że są to najczęściej konstrukcje bezzałogowe. Zobaczmy, czy w ogóle można stworzyć samolot pasażerski napędzanego przez słońce.
Stworzenie samolotu pasażerskiego napędzanego energią słoneczną może być trudniejsze, niż wielu z nas sądzi. Ludzkość potrzebuje znacznie zaawansowanej technologii, by w ogóle myśleć o takim projekcie- Samoloty zasilane energią słoneczną mają wiele ograniczeń, włącznie z bardzo niską prędkością i wymogiem tworzenia skrzydeł o ogromnej rozpiętości
- Inżynierzy szukają sposobu na zwiększenie efektywności paneli słonecznych. Nawet wtedy jednak prędkość osiągana przez samoloty będzie niewystarczająca do przenoszenia dużego ładunku i lotu na dalekie odległości
W ostatnim czasie coraz częściej słyszymy o udanych lotach samolotów napędzanych energią słoneczną. W badaniach nad nimi przez lata przodowało NASA, która wspólnie ze swoimi podwykonawcami pokazała już takie projekty jak Pathfinder, Centurion czy Helios. Swoje maszyny tworzy również Airbus, inwestujący ogromne pieniądze w program Zephyr. Wydawać by się mogło, że jesteśmy coraz bliżej momentu wprowadzenia na rynek pierwszego samolotu pasażerskiego, w którym umownie bak na paliwo zostanie zastąpiony panelami słonecznymi. Niestety jest to bardzo mało prawdopodobne, a według wielu naukowców wręcz niemożliwe.
By zrozumieć problem, należy rzucić okiem na to, jak wyglądają obecnie samoloty zasilane energią słoneczną. Właściwie wszystkie to bezzałogowe konstrukcje, sterowane zdalnie. Niektóre wyglądają jak powiększony sterowiec i łączy je z nim też stosunkowo niska waga całej jednostki. Kluczowe w ich przypadku jest też to, że mają gigantyczne skrzydła. W przypadku niektórych maszyn mają one podobną rozpiętość do tej, jaką oferuje Boeing 737, czyli najpopularniejszy na świecie wąskokadłubowy samolot pasażerski średniego zasięgu. Różnica jest taka, że ten ostatni może zabrać na pokład nawet do 215 osób, a samoloty “solarne” najczęściej żadnej.
Duża rozpiętość skrzydeł jest wymagana ze względu na niezbędną powierzchnię do montażu paneli słonecznych. Te bowiem zajmują zwykłe właściwie całe dostępne miejsce. Mimo tego są one w stanie napędzić silniki, których moc wystarczy do wyniesienia w powietrze tylko stosunkowo lekkiej maszyny. Przyjmując, że potrzebne jest więcej paneli, musiałaby zwiększyć się też powierzchnia skrzydeł, a to z kolei może być nie tylko fizycznie niemożliwe, ale też sprawiać gigantyczne problemy z dostępem do lądowisk. W końcu pasy startowe i hangary mają też swoje ograniczenia.
By wznieść się, a następnie lecieć, niezbędna jest odpowiednia prędkość. Istnieje sześcienne powiązanie między prędkością i ilością energii, którą należy wygenerować, by tę prędkość w powietrzu osiągnąć. Choć teoretycznie energii słonecznej nie powinno nam zabraknąć, to równocześnie jej “zbieranie” przez panele fotowoltaiczne jest bardzo nieefektywne – zwykle sprawność wynosi w ich przypadku tylko 10 do 20 proc., w najlepszych konstrukcjach dobija do 30 proc. Mówimy tutaj o instalacjach naziemnych, bo w samolotach średnia sprawność to zaledwie 11 proc. To z kolei pozwala rozpędzać większość samolotów napędzanych energią słoneczną do ok. 80 km/h. Dla porównania komercyjne samoloty pasażerskie poruszają się z prędkością ok. 965 km/h. Widać więc, że różnica jest znaczna.
Jak wskazuje dr Tony Tao, nawet poprawienie efektywności energetycznej może niewiele nam dać. Jego zdaniem zwiększenie sprawności do 100 proc. pozwoli przyspieszyć samoloty “solarne” do ok. 170 km/h. Kwestia szybkości była podnoszona przy Zephyr 7, który na swojej optymalnej wysokości ponad 20,5 tys. m osiągał prędkość zaledwie 56 km/h. To sporo za mało na jakiekolwiek “poważne” transportowanie ludzi. Wystarczy zresztą pomyśleć, jak wydłużyłyby się loty między Europą i USA.
Poza tym należy pamiętać, że sprawność paneli wyliczana jest na podstawie danych z instalacji stacjonarnych. Lecący samolot taką instalacją zdecydowanie nie jest. Zarówno maszyna, jak i samo słońce nieustannie poruszają się po niebie, co powoduje ciągłą zmianę kąta, pod którym światło pada na panele. Z tego powodu panele na samolotach nie przechwytują tyle energii, ile poprawnie ustawione panele zainstalowane na dachu. Konstruktorzy musieliby opracować system, w którym kąt paneli jest dostosowywany do położenia słońca, co jednak wydaje się praktycznie niewykonalne.
Przy dużej rozpiętości bardzo cienkich skrzydeł pojawiają się też inne kwestie, które trzeba wziąć pod uwagę. Ze względu na delikatność takiej maszyny może zdarzyć się, że podczas lotu poszycie zostanie uszkodzone przez warunki atmosferyczne. Może się okazać, że aby możliwe było w ogóle zbudowanie pasażerskiego samolotu “na słońce”, potrzebne będzie opracowanie nowych stopów metali lub innych kompozytów, które obecnie albo nie są używane w lotnictwie cywilnym, albo nie są jeszcze nawet znane.
Istnieje też kwestia przechowywania energii. Prąd wytwarzany przez panele fotowoltaiczne nie jest oczywiście na bieżąco wykorzystywany w całości. Samoloty musiałyby mieć na pokładzie dość ciężkie akumulatory. Co prawda, już teraz bez problemu można stworzyć ogniwa o zwiększonej gęstości energii 400 – 600 Wh/kg, ale może być to nadal za mało na długie trasy. Do tego takie ogniwa wytrzymują do 500 cykli przy standardowym ładowaniu, dlatego ich wymiana mogłaby być dość uciążliwa.
Inna sprawa, że jeśli udałoby się obejść większość tych problemów, to samoloty zasilane energią słoneczną i tak najpewniej nie byłyby stosowane do przewozu ludzi. Producenci samolotów pasażerskich od lat eksperymentują z napędem na energię elektryczną, przy czym w tym przypadku akumulatory ładowane są na ziemi. To sprawia, że maszyna bardziej przypomina obecne samoloty, a czasem jest po prostu ich przerobioną wersją. Z konstrukcjami zasilanymi przez energię słoneczną nie ma najmniejszych szans na taką konwersję.
