Outras aplicações destes drones DMI com maior autonomia são comerciais, onde o aumento do tempo de voo permitiu a monitorização de enormes parques solares, como a maior central de energia solar da Coreia, localizada em Solasido (Haenam). Para realizar a mesma missão com um drone movido a bateria, a bateria teria de ser trocada mais de seis vezes.
Figura 1: Drones da DMI entregaram mantimentos médicos de emergência às Ilhas Virgens. Uma bateria de célula de combustível de hidrogénio tornou isto possível, conseguindo uma autonomia de voo de mais de duas horas — quatro vezes mais do que a maioria dos drones movidos a bateria.
Design de Alta Densidade para Otimizar o Desempenho do Sistema de Energia:
O desenvolvimento de uma célula de combustível de hidrogénio para dispositivos móveis exige uma ampla inovação tecnológica, desde a ciência dos materiais até à otimização do design global do sistema. A miniaturização, o aumento da eficiência e a redução do peso do sistema são fundamentais para a mobilidade. Para voos longos e estáveis, a maior geração de energia e a maior durabilidade também são essenciais. Assim sendo, reduzir o peso da célula de combustível, configurar um sistema de propulsão com maior densidade de potência e simplificar o design do sistema de energia, incluindo os componentes periféricos, são medidas necessárias para otimizar todo o sistema.
Figura 2: As inspeções de painéis solares são realizadas com uma eficiência e rapidez significativamente mais elevadas graças aos drones da DMI. Um drone equipado com uma célula de combustível de hidrogénio, uma câmara convencional e uma câmara termográfica foi capaz de mapear uma central de aproximadamente 20 MW com apenas dois voos automatizados em padrão de grelha. A mesma missão, utilizando um drone movido a bateria, exigiria mais de seis trocas de bateria
A chave para alcançar estes objetivos de projeto reside na arquitetura e implementação da rede de distribuição de energia (PDN) do sistema. O DP30 possui dois sistemas de propulsão que alimentam os rotores do drone e o controlador das duas baterias. Graças à ampla gama de tensão de saída variável do DP30, entre 40 e 74 V, os sistemas de propulsão foram concebidos para garantir uma saída precisamente regulada de 48 V e 12 A para os motores dos rotores do drone, bem como uma saída de 12 V e 8 A para a placa controladora da bateria e os ventiladores.
Para alcançar uma elevada eficiência e densidade energética na PDN, a DMI selecionou os reguladores buck-boost PRM™ da Vicor e um regulador buck ZVS. Os PRM aceitam tensões de circuito aberto (OCV) até 74 V da célula de combustível de hidrogénio e proporcionam uma regulação de tensão estável até 48 V, como se pode observar na Figura 5.
Figura 3: Comparação da densidade de energia entre uma célula de combustível de hidrogénio e uma bateria de lítio.
Na rede de distribuição de energia (PDN) do rotor do drone, dois reguladores buck-boost PRM (PRM48AF480T400A00) estão ligados em paralelo para fornecer os 12A necessários aos rotores. A PDN da placa controladora digital da bateria utiliza um PRM de menor potência (PRM48AH480T200A00) seguido de um regulador buck ZVS de 48V para 12V (PI3546-00-LGIZ).
Figura 4: Estrutura de uma célula de combustível de hidrogénio.
Figura 5: Para alcançar uma elevada eficiência e densidade energética, foram utilizados reguladores buck-boost Vicor PRM™ e um regulador buck ZVS. Os reguladores PRM aceitam tensões de circuito aberto (OCV) até 74 V da célula de combustível de hidrogénio e proporcionam uma regulação de tensão estável até 48 V.
Diversificação da linha de produtos por capacidade energética.
Além dos 2,6 kW gerados pelo DP30, a DMI planeia diversificar as suas linhas de produtos por capacidade energética. A empresa pretende desenvolver produtos com diferentes níveis de capacidade, desde uma célula de combustível de hidrogénio de 1,5 kW, com lançamento previsto para o próximo ano, até uma célula de combustível de 10 kW para lançamento de drones, adaptada a cada sistema de energia.
A abordagem modular da Vicor à tecnologia de células de combustível facilita a adaptação a diversas linhas de produtos. Permite também que a DMI se concentre noutros desafios de engenharia, como alterações na estrutura da pilha, no sistema de propulsão e nos componentes periféricos, bem como nos métodos de dissipação de calor, que surgem com o aumento da potência de saída. Com a Vicor, a DMI está em melhor posição para atingir os seus principais objetivos: aumentar a durabilidade e a estabilidade, bem como miniaturizar e reduzir o peso das células de combustível com maior densidade energética.
