太阳能电池组无人机利用阳光进行现场充电

未来，多旋翼无人机有望在执行任务时实现自主充电，无需返回基地。这一愿景的实现依赖于一种新型的超薄太阳能电池技术，该技术已在小型四轴飞行器上进行了成功的测试。

目前，无人机尚未得到广泛应用的一个主要原因是其电池续航时间有限，通常只能支持大约30分钟的飞行时间。这意味着无人机的作业半径受限，只能在基地与目标地点之间进行短暂的往返。

一种解决方案是让无人机在飞行路径上的充电站停靠以补充能量，但这需要额外的基础设施建设、电力供应和维护工作。此外，无人机的飞行路径也将受到充电站位置的限制。

新型太阳能电池技术的引入，为解决这一问题提供了新的思路。这种电池由奥地利林茨约翰内斯·开普勒大学的科学家开发，它采用一种名为钙钛矿的半导体材料，具有轻质、柔韧的特性，厚度仅为2.5微米，大约是人类头发宽度的五分之一。这种电池的光电转换效率高达20.1%，且每克功率输出达到44瓦，表现出色。

在对这项技术进行的概念验证测试中，科学家们在一款商用的CX10微型四轴飞行器上安装了一个由24个电池组成的环形阵列，该飞行器被命名为Solar Hopper。这个电池阵列仅增加了飞行器重量的1/25，而单个电池的重量占比更是微乎其微，仅为1/400。

通过一系列室内实验，Solar Hopper在模拟阳光的人造光源下进行了多次测试。在半油门状态下，无人机能够悬停10秒钟，随后着陆并进行30分钟的充电。这一过程重复了六次，显示出无人机具备持续循环充电和飞行的潜力。

在另一组实验中，Solar Hopper在半油门状态下悬停，直至电池耗尽。这些测试在有无太阳能电池板连接的情况下分别进行。结果显示，当太阳能电池板连接时，无人机的飞行时间增加了约6%。

虽然这一提升幅度并不显著，但关键在于这项技术能够使无人机在阳光充足的环境中实现间歇性充电，而非在飞行过程中持续充电。科学家们还指出，如果无人机的设计能够进一步优化以提高能效，那么太阳能电池带来的飞行时间延长效果将更加显著。

在目前的化身中，Solar Hopper 需要 1 小时 35 分钟才能通过其太阳能电池从空电中完全充电——如果其所有电气功能都关闭JKU

当然，该技术的用途可能超出了无人机充电的范围。

“超薄和轻质太阳能电池不仅具有彻底改变航空航天业能源产生方式的巨大潜力，还有广泛的应用，包括可穿戴电子产品和物联网，也可以从这项新技术中受益，”该研究的主要作者之一Christoph Putz说。“轻量化、适应性强、高效的光伏是开发下一代自给自足能源系统的关键。”

由Martin Kaltenbrunner教授和Niyazi Serdar Sariciftci教授领导的一篇关于这项研究的论文最近发表在《自然能源》杂志上。