Classificazione dei sistemi ibridi a idrogeno per UAV

1.Il principio del sistema di alimentazione ibrido a idrogeno

Il sistema ibrido a idrogeno UAV utilizza solitamente l’idrogeno come principale fonte di energia, combinato con altre fonti di energia (come le batterie) e converte l’energia chimica dell’idrogeno in energia elettrica o meccanica attraverso reazioni chimiche per alimentare il volo del drone.

L'idrogeno può subire una reazione elettrochimica in una cella a combustibile per produrre energia elettrica, che fa funzionare direttamente il motore; Può anche essere bruciato per produrre gas ad alta temperatura e alta pressione per far funzionare turbine o motori a pistoni e allo stesso tempo recuperare il calore di scarto per altri sistemi per migliorare l’efficienza energetica.

La batteria assiste il sistema fornendo potenza aggiuntiva durante l'avvio, l'accelerazione, carichi elevati, ecc. o quando la potenza della cella a combustibile è insufficiente e può recuperare l'energia di frenata per immagazzinarla.

2.Classificazione dei sistemi elettrici ibridi a idrogeno

(1) Sistema ibrido con batteria a combustibile a idrogeno

Membrana a scambio protonico la cella a combustibile (PEMFC) è il principale dispositivo di generazione di energia, che presenta i vantaggi di un'elevata efficienza di conversione energetica, zero emissioni e bassa rumorosità. Come fonti di energia ausiliaria vengono utilizzate le batterie (ad esempio batterie al litio) e le due sono collegate al sistema di azionamento elettrico del drone tramite un convertitore di potenza.

Durante il volo, la cella a combustibile fornisce una potenza di base stabile e la batteria al litio fornisce potenza aggiuntiva quando la richiesta di energia istantanea è elevata e l'energia viene recuperata e immagazzinata in condizioni di bassa efficienza della cella a combustibile (come bassi carichi), ottimizzando l'efficienza e le prestazioni dell’intero sistema.

Attualmente, la maggior parte dei droni ibridi a idrogeno utilizzano sistemi ibridi con celle a combustibile a idrogeno e batterie.

(2) Sistema ibrido motore a combustione interna a idrogeno-batteria

Il motore a combustione interna dell'idrogeno viene utilizzato come fonte di energia e la potenza generata dalla combustione dell'idrogeno nel cilindro viene utilizzata per far volare il drone. I motori a combustione interna a idrogeno hanno le caratteristiche di una tecnologia matura e di un’elevata densità di potenza, ma le loro emissioni e l’efficienza termica sono inferiori a quelle delle celle a combustibile a idrogeno.

In questo sistema, la batteria viene utilizzata principalmente per migliorare le prestazioni di avviamento del motore a combustione interna, ottenere una rapida regolazione della potenza e recuperare l'energia di frenata, ridurre gli sprechi energetici e ridurre il consumo di carburante e le emissioni del motore a combustione interna a idrogeno in alcune condizioni di lavoro e migliorare l’economia generale e la tutela dell’ambiente.

Poiché il sistema ibrido motore a combustione interna a idrogeno-batteria deve bruciare l’idrogeno nel cilindro per generare energia, viene generalmente utilizzato in aeromobili relativamente grandi.

Il primo aereo dell'aviazione generale autosviluppato dalla Cina alimentato da motore a combustione interna a idrogeno è dotato di un motore a combustione interna a idrogeno a iniezione diretta sovralimentato a emissioni zero da 2,0 litri, che utilizza stoccaggio di idrogeno gassoso ad alta pressione, peso di stoccaggio dell'idrogeno di 4,5 kg, motore a combustione interna a idrogeno efficienza termica massima superiore al 43%, efficienza termica complessiva superiore al 40%.

(3) Sistema ibrido con celle a combustibile a idrogeno e batteria solare

Oltre alle celle a combustibile e alle batterie, sono stati introdotti anche i pannelli solari.

I pannelli solari convertono l'energia solare in elettricità durante il giorno, quando c'è abbastanza luce per ripristinare il volo del drone o per ricaricare la batteria.

La cella a combustibile è il principale dispositivo di fornitura continua di energia e la batteria svolge un ruolo nel bilanciare la potenza, immagazzinare energia e garantire il funzionamento del drone di notte o quando la luce è insufficiente.