Il fotovoltaico sperimentale, come quello integrato nei sistemi di volo, ci porta in una nuova dimensione: volare con l’energia solare sarà effettivamente possibile?
Il fotovoltaico sperimentale come quello integrato con i sistemi di volo ci porta in una nuova dimensione: volare con l’energia solare sarà, nei prossimi anni, una nuova frontiera anche per viaggi commerciali.
Volare con l’energia del sole
Il fotovoltaico è ormai una tecnologia rodata e ampiamente utilizzata nella sua accezione classica: utilizzare l’energia solare per alimentare l’elettricità a vantaggio di abitazioni residenziali, industrie o uffici, autovetture… Ma, si sa, la tecnologia avanza veloce, e le energie rinnovabili sono in prima fila, anche in campo sperimentale. Obiettivi? Sempre maggiore efficienza e potenza nel fotovoltaico tradizionale e una grande spinta in campo sperimentale.
La combinazione tra il volo e il fotovoltaico è oggi nella sua fase di test prototipale, e sembra promettere bene, ed è ragionevole pensare a un futuro non troppo lontano in cui anche il volo di tipo commerciale possa diventare più green.
Il primo volo internazionale per un aereo alimentato totalmente a energia solare risale al ‘lontano’ 2011. Si tratta del velivolo Solar impulse, con due motori elettrici della potenza di 10 hp (7,3 kW), fissati sotto le ali insieme alle batterie al litio. Alimentato unicamente a energia solare, è stato progettato da due piloti svizzeri: André Borschberg e dal già famoso Bertrand Piccard. Si tratta di un aereo dotato di 12 mila celle solari distribuite sulle ali e sugli stabilizzatori orizzontali di coda, le quali hanno fornito potenza sufficiente ai motori elettrici per volare a una quota media di 6.000 piedi (poco meno di 2.000 metri) e a una velocità di crociera di circa 70 km/ora. Anche se, a causa dei tempi morti, in fase di decollo e di atterraggio, l’aereo ha viaggiato con velocità media effettiva di 50 km/ora.
Le celle solari hanno fornito energia sufficiente per caricare le batterie elettriche e permettere di terminare il volo, di notte, nella fase finale del tragitto. L’aereo è stato costruito con uno scheletro molto leggero ma molto resistente, di fibra di carbonio a nido d’ape, ricoperto da un sottile strato di materiale polimerico, tranne che nella parte superiore delle ali e sulla superficie superiore degli stabilizzatori di coda, coperte, invece, da celle solari. In questo modo, il peso complessivo dell’aereo è risultato di circa 1.700 kg, con un’apertura alare di 64 metri, quasi la stessa di un Boeing 777 o di un Airbus 380 che pesano, invece, qualche centinaio di tonnellate.
Quotidianità sperimentale
Già diversi prototipi hanno volato con questa tecnologia. Il più famoso è certamente SolarStratos, il primo aereo fotovoltaico ‘commerciale’ con equipaggio a penetrare nella stratosfera con celle fotovoltaiche con tecnologia Maxeon di SunPower nel 2020. Per una applicazione di questo tipo la tecnologia delle celle deve essere potente e duratura: generare energia partendo da una superficie di installazione piccola (nell’ordine dei 22mq) per i moduli solari e alimentare in modo continuativo l’ascesa, il volo ‘lineare’ e il decollo. Non solo. Mentre le celle fotovoltaiche convenzionali perdono gradualmente potenza, la tecnologia Maxeon, scelta per SolarStratos, genera fino al 35% di energia in più nello stesso spazio in 25 anni rispetto ai pannelli convenzionali.
Inoltre, stiamo parlando di un ambiente estremo, difficile: si tratta di generare energia e mantenerla costante per molte ore a temperature glaciali (fino a -60°), con forti venti, raggi ultravioletti non filtrati e altre difficoltà. In particolare, il fondatore di SolarStratos, Raphaël Domjan, è detentore di numerosi record: è anche stato al timone di PlanetSolar, la prima e più grande barca a compiere il giro del mondo utilizzando unicamente energia solare nel 2012. Le due aziende sono partner da oltre 10 anni, condividendo la stessa visione: “rendere possibile imprese straordinarie con l’energia solare”. Al momento questo volo ha mostrato di poter volare due volte più in alto degli aeromobili a carburante tradizionale.
Solar Stratos è di certo l’aeroplano che preannuncia i ‘viaggi solari’ di tipo commerciale nel prossimo futuro e il fallimento non è un’opzione: è quanto auspica Raphaël Domjan e il suo team. L’obiettivo raggiunto, intanto, è quello di aver mostrato capacità e potenzialità delle energie rinnovabili.
Nel 2019 è stata la volta di Hawk30 di HAPSMobile: la piattaforma ad alta quota a energia solare ha completato il suo secondo volo di prova quando ha toccato terra dopo un volo di 1,5 ore al NASA Armstrong Flight Research Center nel sud della California. Destinato a essere utilizzato come uno pseudo satellite a lunga durata e ad alta quota che porterebbe apparecchiature di telecomunicazione e la connettività cellulare a dispositivi come telefoni cellulari, droni… L’aereo è progettato per volare fino a 6 mesi senza sosta nella stratosfera, che è circa 65.000 piedi. È spinto da 10 motori elettrici e trasporta batterie agli ioni di litio, che sono ricaricate da pannelli solari che coprono la parte superiore del suo corpo alare lungo 78 m (256 piedi).
Ulteriori applicazioni, più vicine nel tempo
Tra i sistemi di volo le ultime tecnologie sono relative anche al volo di droni, senza piloti o equipaggiamenti particolari. Il drone, già ampiamente utilizzato come sistema di sicurezza o supervisione, rappresenta un’altra frontiera non troppo lontana nell’ambito dell’applicazione dell’energia solare da sfruttare a favore, per esempio, per una sorveglianza costante di luoghi sensibili (tra cui gli aeroporti) o in ambito agricolo per tenere lontano stormi di uccelli che possono compromettere campi e raccolti.
Il primo drone solare al mondo esiste e lo ha lanciato Leonardo lo scorso 2019, con inizio delle operazioni di volo per Skydweller previste per questo 2021. Con caratteristiche di persistenza e capacità di carico, l’obiettivo è quello di rispondere alle esigenze di sorveglianza di molti Paesi, per esempio in ambito militare, dalla sorveglianza terrestre e marittima al monitoraggio ambientale e delle infrastrutture, dai servizi di geo-informazione alle telecomunicazioni e alla navigazione di precisione, per fornire comunicazioni a supporto degli operatori in situazioni di emergenza e calamità.