Energia Solar Impulsionando o Aeromodelismo.

O aeromodelismo elétrico vem se desenvolvendo a cada dia que passa, com seus aviões pequenos e extremamente modernos, uma solução para quem reside a grandes distancias da pista de aeromodelismo, a verdade é que aeromodelos elétricos são baseados na mais pura harmonia entre a tecnologia da eletrónica e a da mecânica, mas com certeza a grande vantagem de um aeromodelo elétrico para um à combustão, é a economia pois seu "combustível" é constituído de um pack de bateria recarregavel que tem uma vida útil de aproximadamente dois anos, se for utilizada da maneira correta. Mas acontece que mesmo utilizando uma bateria de 1000mah e 7,2 V de maneira correta, em vôo, utilizando um motor da classe espeed 400 com uma hélice 7x4 direct drive (que propicia um vôo de maior velocidade), para um avião de 550g no máximo, o seu tempo de duração é no máximo de 8 minutos (valor encontrado após a realização de dez vôos em um intervalo de tempo de três dias, onde em três vôos obtive a duração de 6minutos e 30 segundos; em cinco vôos a duração de 7minutos e 12 segundos; e somente em dois vôos consegui obter a duração de 8minutos). Esses valores são considerados normais principalmente pela utilização da hélice 7X4 direct drive, que faz com que o motor trabalhe a uma rotação de 8800 rpm em média, consumindo uma corrente de 8Amperes/hora aproximadamente, porem não fiquei satisfeito pois para me propiciar uma diversão que um aeromodelo a combustão me propiciaria utilizando um motor rolamentado e um tanque de 10 oz, seria necessário eu ter pelo menos 4 packs de bateria, onde em media eu gastaria R$ 400,00 para os quatro, já que um pack de 7,2 V; 1000mah de boa qualidade esta na faixa de R$ 100,00 a R$ 120,00, ou seja cerca de 50% do valor que fica um aeromodelo elétrico mais seus equipamentos. 

Buscando uma solução para este problema venho pesquisando um novo método de aumentar o tempo de vôo utilizando a mesma bateria de 7,2V; 1000mah, e após 8 meses de pesquisas e testes indubitavelmente encontrei a solução, consiste em utilizar um método inovador no aeromodelismo, baseado na tecnologia da conversão fotovoltaica, e para falar dessa tecnologia devemos destacar alguns princípios da termodinâmica e da transformação da energia renovável solar em energia elétrica. Essa espécie de energia renovável, é representada pela radiação eletromagnética na sua forma direta. Como consiste a transformação da energia solar? Basicamente, a conversão das energias de uma forma para outra é governada pela termodinâmica, surgida no século XIX, através de sua primeira e segunda lei :

A primeira lei da termodinâmica é na verdade uma confirmação da conservação de energia dentro do principio consagrado de que, "Na natureza nada se perde nada se cria, tudo se transforma". A variação de energia entre um estado inicial e final, se mantém invariável. Logo, para se realizar um trabalho perde-se energia e ganha-se calor, de tal modo que: E=W+q.

A segunda lei da termodinâmica fala da impossibilidade de transferir calor (ou energia térmica), de uma fonte fria para uma fonte quente, sem a realização de um trabalho. Unifica-se portanto que qualquer que seja a forma de conversão haverá sempre uma perda de energia útil. Necessariamente com relação a conversão de energia solar em elétrica, aplicar-se-à a primeira e a segunda lei da termodinâmica. 

Conversão Fotovoltaica

A conversão fotovoltaica consiste na transformação direta de energia luminosa do sol em energia elétrica, utilizando captores denominados fotocélulas, capitação essa, que pode ser feita com pequena taxa de radiação solar, ou seja não importa se o dia estiver nublado. As fotocélulas constituem um campo altamente promissor do aproveitamento de energia solar, cuja viabilidade técnica vem sendo comprovado através de sua utilização em satélites, artefatos espaciais e aparelhos elétricos e eletrônicos. E é justamente a utilização dessas células fotovoltaicas que consiste o cerne da pesquisa, o principio de funcionamento delas, se baseia na propriedade que alguns materiais (principalmente os cristais), quando devidamente manuseados, de gerar uma corrente elétrica quando sobre eles incide um feixe de luz, esses materiais são denominados de semicondutores, de condutibilidade intermediaria entre os condutores e os isolantes. Quando submetido ao zero absoluto, o semicondutor tem o comportamento idêntico ao de um isolante perfeito, e a temperatura ambiente ou sob ação de um feixe luminoso, libera elétrons produzindo uma corrente continua. Ao liberar os elétrons, os lugares por eles ocupados na rede do cristal recebe o nome de vazios, aos quais se atribui simbolicamente uma carga positiva. O deslocamento dos elétrons na rede do cristal se faz até que eles se combinem com os átomos incompletos preenchendo assim os vazios. Nos cristais puros os elétrons e os vazios, são em igual numero e portanto as recombinações são freqüentes dano origem a uma fraca condutibilidade. Para melhorar uma condutibilidade costuma-se introduzir no cristal uma certa quantidade de impureza constituída por átomos que possuam um numero de elétrons de valença diferente daquele do cristal, fazendo com que os elétrons circulem mais livremente já que nesse caso o numero de recombinações é bem menor. A introdução de impurezas no cristal, dá-se o nome de dopagem. Verifica-se que quando o numero de elétrons está em excesso, tem-se um semicondutor negativo do tipo n. Quando o excesso é de vazios, tem-se um semi condutor positivo do tipo p. Pode-se portanto numa rede cristalina reconhecer duas partes principais, denominadas parte de valência e parte de condução. Entre estas duas partes existe uma faixa intermediaria, denominada junção onde os elétrons não podem se encontrar. No zero absoluto todos os elétrons se encontram na parte de valença. A incidência de um feixe luminoso faz que os elétrons da faixa de valença passem para a faixa de condução, produzindo uma ruptura de determinado numero de ligações já que os elétrons são livres. 

A junção P-N, de fato é onde a energia solar sofre o processo de transformação para energia elétrica. Em um cristal, chama-se junção uma região de pequena espessura na qual a condutividade passa do tipo p para o tipo n. A junção é geralmente obtida graças a dopagem dando origem a uma região rica em elétrons e uma outra rica em vazios. Os elétrons da região n, durante sua agitação, vão até a região p, preenchendo os vazios, fazendo com que na região n próxima da junção surja uma região com carência de elétrons, logo uma região carregada positivamente. Igualmente na região p, surge uma região onde os vazios são ocupados pelos elétrons, logo carregada negativamente. Logo, entre essas duas regiões carregadas com cargas elétricas de sinais contrários, surge um campo elétrico dirigido de p para n.

Após esse comentário de como funcionam às células fotovoltaicas, explicarei agora detalhadamente como eu adaptei esse método para o aeromodelismo elétrico. 

Primeiramente, adquiri um painel solar (associação de fotocélulas), cuja sua área total é de 100cm²,10 volts e 30 watts, um painel de alta tecnologia constituído de fotocélulas de silício monoccristalino com um rendimento de 33%(pois como já foi explicado, de acordo com a segunda lei da termodinâmica qualquer forma de transformação de energia sempre haverá uma perda de energia útil, e com as células fotovoltaicas principalmente não é diferente); Logo em seguida interliguei o painel a um modulo inversor pwm, com tecnologia mosfet, sincronizado ao giro do motor. Que através de um modulo regulador de tensão , está conectado ao pack de bateria de 7,2V de 1000mah, de NIMH pois não corre o risco de sofrer efeito memória; Posicionei o painel na parte superior da asa do aeromodelo. Vide diagrama em bloco do sistema experimental .

A bateria já sai completamente carregada, sendo muito importante cobrir o painel para que enquanto a bateria estiver carregada ele não converta energia solar em elétrica, somente após ligar o motor e os comandos, devera então descobri-lo. Pois o modulo inversor pwm é responsalvel pela otimização da carga do pack de baterias . 

Resultados Obtidos 

Em dois meses de testes os resultados foram relativamente satisfatórios, pois como já havia dito antes dessa nova técnica o vôo mais longo registrado foi de 8minutos, e uma media de 7minutos, e após a nova técnica fiz os mesmos dez vôos repetindo-os por três outras vezes, nas mesma horas do dia que foram das 3h às 5h30min com um intervalo de 20 dias de um teste para o outro, onde consegui até mesmo alguns vôos de pouco mais de 10minutos, veja os resultados:

Nos primeiros dez vôos obtive uma media de 9 minutos e 10 segundos, ou seja 2 minutos e 10 segundos a mais que o tempo obtido sem o auxilio do painel solar que deu uma media de 7 minutos. Um aumento comprovado na duração do vôo de 31%.

Na segunda etapa de dez vôo, obtive um resultado um pouco inferior à primeira, mas nada desanimador, obtive uma media de 8 minutos e 26 segundos apenas 44 segundos a menos que os primeiros testes, e 1 minuto e vinte e seis segundos a mais que os testes feitos sem o painel, que representa uma porcentagem de 27%

Na terceira e ultima etapa obtive o melhor resultado, mas pouca coisa a mais que o primeiro teste obtive uma media de 9 minutos e 27 segundos apenas 17 segundos a mais que os primeiros testes e 2 minutos e vinte e sete segundos a mais que os testes feitos sem o painel o que representa um aumento de 35%.

Portanto os valores colhidos mostram pequenas variações, isso devido à precisão do painel solar. Mas também tenho que concordar que os resultados não obtiveram um desempenho excepcional que leve todo mundo a aderir a esse método, fator esse explicado pelo fato de o rendimento do painel solar ser de apenas de 33%, sua área de captação luminosa ser um pouco reduzida, vários fatores que poderão ser modificados em futuros testes que já estou planejando, onde testarei novos painéis de tecnologias diferentes e tamanhos diferentes, e também testarei outros tipos de baterias. O importante é que apartir desse momento dá-se um enorme passo para a inclusão da energia renovável solar no aeromodelismo nacional que daqui para frente pode seguir essa linha desenvolvida por min ou também poderá seguir varias outras direções, não importa qual seja o que realmente importa é que a cada dia que passa estamos aprimorando e descobrindo técnicas novas para o desenvolvimento do aeromodelismo.

Victorio Augusto
Como visto em: http://www.hobbys.com.br/18energiasolar.htm