¿Podría haber alguna vez un avión de pasajeros totalmente alimentado por energía solar capaz de realizar vuelos transatlánticos?

¿Podría un avión de pasajeros nuevo o uno existente modificado, por ejemplo, un Boeing 737, ser totalmente propulsado por energía solar y hacer los viajes de longitud normal que hacen los aviones propulsados ​​por combustible de aviación?

La forma más probable de lograrlo sería una gran planta de energía solar a combustible para aviones en tierra, utilizando uno de varios procesos químicos.
Defina "energía solar"; el petróleo proviene de los dinosaurios (et al.) que se hicieron tan grandes y aterradores al comer otros dinosaurios que comían plantas que comían fotones solares.
Para darte una idea de la tecnología solar actual: Esta es una planta de energía solar de 1 MW . Necesitas 90 MW para volar un B747-8, según esta respuesta . Y debe elegir la hora de salida para volar solo durante el día. Si la eficiencia de la celda fuera del 100 %, solo necesitaría 1/5 del área de la celda actual. Sigue siendo un gran desafío (la irradiancia solar es de aproximadamente 1kW/m² en el espectro visible, en la Tierra).
@brian Buena suerte consiguiendo un dirigible hasta Mach 0,75 más o menos.
@brian no es tan descabellado como parece, más ligero que el aire tiene algunas ventajas, pero el clima debería ser favorable.
Sí. Paneles solares masivos que dividen el agua de mar en H2/O2 para alimentar aviones. Como dijo pjc50, se necesita demasiada energía solar para la superficie de los aviones.
Tenga en cuenta que si no necesita preocuparse por una paleta de carne , puede deshacerse de mucho peso. La NASA , Qinetiq/Airbus y otros han fabricado "satélites aéreos" que tienen números de resistencia en las semanas o límites de altitud >90 000 pies (más alto que un U-2 y con hélices , no un motor a reacción). Enviarlos a través del Atlántico parece una tarea trivial, la parte molesta es el despegue/aterrizaje para tales estructuras de telaraña.
@NickT La otra parte molesta es que lleva días o semanas cruzar el Atlántico en lugar de unas pocas horas y la posible carga útil es insignificante. También podría usar un dirigible. Los 'satélites aéreos' son una buena idea para las cosas que necesitan mantener una cantidad muy pequeña de peso flotando sobre un área determinada durante un período prolongado de tiempo, pero no son tan útiles para volar 200 pasajeros a través de la Tierra a Mach 0,75. -0.8.
El VoltAir es un concepto de avión completamente eléctrico: nbcnews.com/id/43556583/ns/technology_and_science-luxury_tech/t/…
" ¡Oh No! Veo nubes... ¡vamos a morir!"

Respuestas (8)

Respuesta corta: No

Respuesta larga: No. Mire el proyecto de impulso solar , esta es una de las mejores tecnologías solares eléctricas que existen, y apenas puede transportar a una persona, muy, muy lentamente. Si tomara un avión de pasajeros, lo cubriera con las mejores celdas solares disponibles y lo conectara a los mejores motores eléctricos disponibles, probablemente ni siquiera podría rodar.

Un poco de ciencia aquí: La densidad de energía máxima del sol en la Tierra es de aproximadamente 1300 vatios/metros cuadrados. Alrededor del 30% se pierde en la atmósfera, por lo que lo mejor que obtendrá en la superficie de la tierra es de aproximadamente 900 W/m2. El 737, por ejemplo, tiene 102 metros cuadrados de área alar, lo que equivaldría a unos 90 000 vatios (90 KW) de energía solar que inciden en el ala. La mejor conversión de energía que tenemos de la energía solar a la electricidad que tenemos es de alrededor del 10 %, por lo que obtendría como máximo 9 KW de energía de un panel solar 737. Como vemos en esta respuestase necesitan 90 MW (megavatios) de potencia para lanzar un 747, asumiendo que se necesita alrededor de 1/3 o eso (30 MW o 30 000 KW) para lanzar un 737, entonces esa matriz solo generará el 0,3 % de la electricidad necesario, y ese es el mejor caso posible en el sol más fuerte. Si está nublado o de noche, no tienes suerte.

Cualquier solución basada en la tecnología de batería actual se aborda aquí , y es un no en este punto.

En teoría, no es posible que un avión de pasajeros con energía solar pueda ser tan bueno como un avión de pasajeros con motor jet-a1, esto se debe a que la energía del sol no es suficiente incluso si tuviera una conversión del 100% en electricidad. Si la tecnología de las baterías se convirtiera en órdenes de magnitud mejores hasta el punto de su densidad de energía en comparación con los combustibles líquidos, entonces muy bien podría hacerlo, esto está muy lejos, las mejores baterías que actualmente son conceptos de laboratorio tienen aproximadamente 1/5 de la densidad de combustible líquido. Una vez que las baterías lleguen allí, la energía solar podría cargarlas para el vuelo. En realidad, es posible que la energía solar se pueda utilizar para producir combustible líquido de forma renovable a partir del CO2 y otros elementos del medio ambiente. Los biocombustibles funcionan con energía solar, pero no podemos hacer mella en el uso de combustible con ellos sin quitarles la comida a las personas'

No estoy de acuerdo con esta respuesta simplemente porque analiza la tecnología actual y el "mejor de los casos" de conversión de energía actual: cuando la pregunta es "¿Podría haber alguna vez?". Por lo tanto, la pregunta se convierte en si un "mejor caso" de 80 kW (suponiendo un ala más grande y una eficiencia del 80%) es suficiente para un avión en vuelo de crucero. Las baterías (cargadas por paneles solares terrestres) podrían suministrar la energía de despegue, complementada en el aire con energía solar para cruceros. Sospecho que la respuesta sigue siendo no, pero no del todo por las razones que das
@JonStory, incluso los paneles solares 100 % eficientes solo tendrán alrededor del 3 % de la potencia necesaria para que el B737 despegue.
@ratchetfreak si vuelve a leer mi comentario, estoy diciendo que "poner el 737 en el aire" podría ser asistido por baterías, cargadas con energía solar en tierra. Una vez en la altitud de crucero, un avión comercial usa significativamente menos energía. Y, por supuesto, no hay nada que diga que un ala más grande está fuera de discusión, ni paneles solares en un diseño de cuerpo plano. No digo que esas cosas sean necesariamente suficientes, solo que esta respuesta solo aborda el presente
también puede usar el cuerpo del avión para colocar paneles, cambiar la forma del avión para obtener más superficie de elevación y más superficie de panel, reducir un poco la velocidad del avión para obtener menos resistencia y usar celdas solares de primera línea, con 44% de eficiencia en lugar de un mero 10%
Sería interesante ver un cálculo de cuán liviano tendría que ser el avión para permitir un vuelo transatlántico con 100 personas a bordo y con la tecnología actual de paneles solares y baterías. Si el peso tuviera que ser negativo, es seguro decir que es imposible . Sin embargo, si el peso tuviera que ser muy bajo, es simplemente improbable ...
Sólo un par de liendres. En primer lugar, las mejores células fotovoltaicas comerciales de la actualidad tienen una eficiencia de alrededor del 22 %, no del 10 %: cleantechnica.com/2015/10/03/… Sin embargo, esto no cambia el resultado final. Y segundo, los límites teóricos no permiten una eficiencia del 90%. IIRC alrededor del 50% es lo mejor que se puede hacer.
@JonStory Permanecer en el aire usa menos energía que T/O, pero no 30 veces menos. Incluso con una eficiencia del 100% al mediodía en el ecuador en el verano, nunca será suficiente (bueno, suponiendo que excluyamos el "sol que se vuelve gigante rojo" mencionado en un comentario sobre otra respuesta ... eso podría hacerlo .)
@reirab, como dije, asumo que esa también sería la conclusión, pero no creo que esta respuesta lo explique completamente, incluso sin explorar cuánto más ligero/más lento tendría que ser el avión, y los posibles ahorros de peso de la futura energía solar y tecnología de batería
Olvídate de lanzarte al aire por un momento. (Supongamos que tenemos antigravedad o algún handwavium similar). Debería ser bastante fácil (si te gusta la aerodinámica, de todos modos) calcular la velocidad máxima de tu avión a partir del CdA y la energía disponible de las células solares. Supongo que será algo por debajo de 60 mph, no 600.
Asumió que el avión de pasajeros solar tendría la misma relación carga útil/área del ala que el 737, mientras que todos los aviones solares actuales ya han demostrado que se hace de otra manera. El resto de su publicación es solo una consecuencia de este error.
No asumí nada @Agent_L, estoy respondiendo la pregunta tal como la entendí, que es: ¿puede alimentar un avión de pasajeros grande con carga con energía solar? Claro, probablemente se podría construir un avión con un ala gigante, 1/4 de los pasajeros de un 737 sin carga pero con cepillos de dientes, pero luego tomaría 48 horas llegar de Londres a Nueva York en lugar de 8 y eso no es realmente lo que la gente querría.
@bogl: Creo que lo que significa "similar a un 737" es que el avión transportaría una cantidad similar de pasajeros a la misma distancia en aproximadamente el mismo tiempo. Su forma es irrelevante, siempre y cuando puedas acomodar personas en él.
@jamesqf Efectivamente. No dije nada sobre la forma, solo la carga útil, la velocidad y el alcance.

Cubrir un avión de pasajeros de diseño actual con células solares y conectarlas a motores eléctricos que hacen girar los ventiladores no funcionará. Alguna vez. Lea la excelente respuesta de @ GdD por las razones.

Pero el coche de hoy tampoco es un buggy con motor de gasolina. Ha evolucionado y adaptado a las posibilidades. Lo mismo tiene que pasar con el avión de pasajeros. Ahora veamos lo que es posible. Mirar hacia atrás a los desarrollos históricos tiene sentido aquí, porque los primeros pioneros también tenían motores muy pesados ​​​​y de baja potencia para trabajar, y aún así podían cruzar el Atlántico.

El primer cruce del Atlántico fue planeado por una tripulación de Zeppelin en 1918, pero el gobierno alemán les prohibió volar. Así le tocó a una copia británica de un Zeppelin, el R-34 , cruzar el Atlántico en los dos sentidos en 1919. Tenía 5 motores de 270 hp cada uno, lo que corresponde a 1006,7 kW. Con una longitud de 196 m y un diámetro máximo de 24 m, la superficie disponible para las células solares habría sido de aproximadamente 3000 m², lo que proporcionaría la energía suficiente si asumimos células solares con una eficiencia del 40 %.y tiempo despejado. Por supuesto, la cobertura de nubes, la menor altitud solar y especialmente el anochecer darían como resultado una producción de energía mucho menor de las celdas. Si hacemos la heroica suposición de que las células solares pesan tanto como lo que se puede ahorrar en masa mediante las modernas técnicas de construcción, una aeronave que cruce el Atlántico impulsada por energía solar es bastante realista. Pero no podría embarcar muchos pasajeros y sería muy lento.

Ahora al departamento más pesado que el aire. El Vickers Vimy que Alcock y Whitten-Brown volaron a través del Atlántico el mismo año tenía una carga alar de 40 kg/m². Si usamos un ala arriostrada de alta relación de aspecto de la misma carga alar, es posible un avión muy liviano y eficiente . Cubrir el ala con celdas solares altamente eficientes proporciona una carga de energía de 10 W/kg con una eficiencia de celda del 45 %. ¿Qué tan rápido podemos volar con ese poder? Supongamos una L/D de 30 y 90% de eficiencia de propulsión, por lo que tenemos 270 W de potencia propulsora por kg de aeronave. La potencia mínima requerida para el vuelo es

PAG metro i norte = metro ⋅ gramo ⋅ C D C L ⋅ 2 ⋅ metro ⋅ gramo ρ ⋅ S ⋅ C L
y expresándolo en términos relativos y valores concretos a nivel del mar:
270 W / k gramo = 9.80665 ⋅ 30 ⋅ 2 ⋅ 9.80665 1.225 ⋅ 40 ⋅ C L
da un coeficiente de sustentación de C L = 0,475. Esto es en realidad bastante bajo y corresponde a una velocidad de vuelo de 28,73 m/s o 55,8 nudos, algo cercano a la velocidad máxima de alcance del Vimy. Cubrir la distancia de vuelo entre La Guardia y Heathrow ( 2993 nm ) tomaría 53,6 horas o dos días y cinco horas y media.

Si el sol no se pusiera, un avión de pasajeros solar no sería imposible: mire los diseños de aviones solares existentes que tienen especificaciones similares. La supuesta alta eficiencia incluso permite transportar algo de carga útil, pero todo ese concepto solo funciona cuando el sol brilla intensamente. Para cubrir las horas de oscuridad, se deben llevar baterías y luego se debe sacrificar toda la carga útil para transportar las baterías.

Mi respuesta es: si cruzas el Atlántico en un dirigible, la propulsión solar es posible en un futuro no muy lejano. Cruzarlo en un avión alimentado por energía solar en un tiempo razonable y en un avión lo suficientemente resistente como para volar también en condiciones climáticas adversas solo será posible cuando se puedan llevar baterías súper eficientes para cubrir las demandas de energía durante la noche. Esto es actualmente pura ciencia ficción.

Los aviones ya tienen un almacenamiento de energía más eficiente que las baterías: energía potencial. El récord actual de resistencia de los planeadores es de 56 horas, lo que incluye claramente la noche, cuando la acumulación de energía es muy limitada. Por cierto, 2,5 días para cruzar el Atlántico aún supera a Queen Mary :)
@Agent_L: Haz los números tú mismo. Incluso subir a altitudes récord te da unas pocas horas, como mucho. Los récords de resistencia se volaron en aire ascendente antes de las cordilleras montañosas (o incluso dunas de arena , en un caso)
Curiosamente, los primeros autos eran completamente eléctricos: se necesitaron 100 años para volver a la tecnología "antigua" probada.

Sí. Tenga en cuenta que su pregunta no especifica con qué frecuencia se realizarán los viajes.

Toma tu Boeing 737, ponle tantas células solares como puedas, conéctalas a una planta que extraiga H2O y CO2 de la atmósfera y los convierta en algo adecuado como combustible para aviones. Cuando los tanques se llenen, vuela a algún lado.

Sin embargo, según los números en la respuesta de GdD, el avión tendrá que sentarse durante años entre vuelos.

y lo que es peor, no tiene en cuenta la considerable masa que esos paneles solares le agregan a la aeronave, lo que significaría que necesitarías aún más energía...
@jwenting, aunque una buena parte de ese peso se compensaría con la falta de combustible y bombas/sistemas relacionados
Todavía tienes un punto aquí, Loren. Deje las células solares en el suelo y sintetice combustible para motores a reacción. (ver theconversation.com/… )
@JonStory, que estaría más que compensado por la masa adicional de las baterías en comparación con los tanques que contienen Jet-A
@jyendo de nuevo, con la tecnología actual seguro, pero sin una discusión sobre otros límites a la energía de la batería, no tenemos evidencia de que alguien no inventará una batería o un medio de almacenamiento de energía mucho más liviano y con mayor densidad de energía. Si es realista a corto o mediano plazo, no es la pregunta aquí: el OP preguntó si es posible. Eso significa que estamos hablando de física/química hasta cierto punto, en lugar de tecnología actual. Varias respuestas muestran total o parcialmente cómo la energía disponible del sol no es realista para el despegue, pero nada ha demostrado aún que la energía de la batería no sea realista.
Tomé la pregunta del OP como preguntando si era posible usar la generación de energía solar realmente a bordo del avión durante el vuelo, pero, salvo esa suposición, sí, esta es la respuesta correcta. Técnicamente hablando, ya usamos energía solar para volar aviones. Es solo que la energía solar fue absorbida primero por algunas plantas u otras formas de vida similares, que luego murieron y se convirtieron en petróleo por mucha presión durante mucho tiempo, que luego se extrajo del suelo y se refinó en Jet-A.
@bogl Si deja las células solares y la planta de combustible en el suelo, no tendrá forma de volver a casa.
@JonStory puedes negar la ciencia todo lo que quieras, pero algunas cosas simplemente no son posibles dentro del ámbito de la ciencia. Y los paneles solares lo suficientemente eficientes como para hacer esto se encuentran entre ellos.
@jwenting Suponga una eficiencia del 100%, aún no puede hacerlo. Un avión ordinario usa más energía que el sol que brilla sobre él.
@reirab: Pensar en su punto de vista hasta el final significa que nunca tuvimos otra forma de energía que la solar aquí en la tierra, jamás. Si bien esto es correcto, probablemente no sea lo que significaba la pregunta.
@LorenPechtel Lo sé, por lo tanto, tener que romper las leyes básicas de la naturaleza para que funcione...
@PeterKämpf De acuerdo. Ese era mi punto (y estaba siendo un poco irónico al hacerlo). Solo estaba diciendo que creo que el OP tenía la intención de preguntar sobre la generación de energía solar a bordo y en vuelo, sin usar energía solar en tierra para sintetizar un combustible con el que volar un avión más tarde, que, si bien es mucho más factible, es efectivamente lo que ya hacemos.
@Peter Kämpf: Eso es perfectamente correcto. Aparte de la energía nuclear y geotérmica (y se podría discutir sobre ellas, por ejemplo, el uranio de la nucleosíntesis en las supernovas), toda la energía que usamos deriva en última instancia del sol.

Es imposible con la tecnología de hoy y de mañana.

Sin embargo, " alguna vez " es un tiempo muy, muy largo. ¡Nadie puede responder ' no ' a su pregunta con certeza!

Si bien creo que su conclusión probablemente sea correcta, esta respuesta, tal como está escrita actualmente, es puramente una opinión sin evidencia o justificación que la respalde.
@JonStory ¿Qué párrafo le preocupa, el primero o el segundo?
Ambos. No ha proporcionado ninguna evidencia de que no se pueda hacer con la tecnología actual (la respuesta de GdD es un buen ejemplo de esto), ni ninguna evidencia de que sea teóricamente imposible con cualquier avión de tamaño razonable debido a la cantidad de energía solar que golpea la tierra . Sin evidencia/justificación de apoyo, su respuesta es puramente una opinión
Cuando el sol se convierta en una gigante roja y los océanos hiervan, quizás la intensidad del flujo sea más favorable para la aviación civil solar.
@JonStory Hay un malentendido. Mi punto es que no hay tal evidencia. Nadie puede excluir la posibilidad en un futuro lejano.
@bogl a menos que postule que las leyes de la física no se aplicarán en el futuro, se pueden excluir muchas cosas. Necesitaría un cambio fundamental en la teoría y la práctica de la física cuántica que conduzca a una forma fundamentalmente nueva de convertir la luz solar en energía eléctrica (o mecánica) para que el escenario de un avión alimentado por energía solar suceda, lo que parece muy poco probable ya que significaría que todo lo que sabemos sobre la materia y la energía tendría que ser probado como falso, incluido todo lo que sabemos que funciona.
@jwenting Cambiar la física no ayudará, a menos que renuncies a la conservación de energía. Incluso una eficiencia del 100% no sería suficiente para levantar un avión de pasajeros (como lo conocemos ahora) con energía proveniente directamente de las células solares. Sin embargo, la física actual no excluye en absoluto la posibilidad de materiales más fuertes y ligeros, así como un almacenamiento de energía drásticamente mejorado. Si los humanos todavía existen dentro de 500 años, es posible que se hayan quedado sin combustible fósil o que finalmente se hayan dado cuenta de que es demasiado valioso para quemarlo. Eso cambiaría el requisito de diseño del avión de pasajeros. ¿Puedes probar que tal escenario es incorrecto?

Esta pregunta no especifica si los paneles solares están conectados al avión o no. Si el avión Boeing está restringido a su propia superficie, entonces las respuestas anteriores son suficientes para explicar NO>

En caso contrario, si los paneles solares no están acoplados al avión, SI. Con potencia láser. Ver aquí >

https://www.nasa.gov/centers/marshall/news/news/releases/2003/03-180.html

¿Está seguro? Es muy difícil obtener más de 5 veces la radiación solar en un avión con láser, porque es necesario enfriar las células fotovoltaicas del avión. Consulte: rand.org/pubs/technical_reports/TR898.html . Estaba procesando algunos números, y para algo equivalente a un avión de pasajeros actual, quieres al menos un orden de magnitud más de densidad de potencia que eso. Algo así como 100 veces más que la energía solar.

La mayoría de las respuestas asumen que la energía solar debe haber descansado en el plano mismo, pero no hay suficiente área allí. ¿Pero por qué?

Es posible utilizar una enorme batería solar terrestre para descomponer el agua en oxígeno e hidrógeno. O simplemente use la hidroelectricidad: los ríos funcionan con energía solar. Existen aviones propulsados ​​por hidrógeno . Se podría construir un gran avión comercial de hidrógeno para 2020 o aproximadamente.

La mayoría de las respuestas asumen que la energía solar debe recolectarse en el avión porque esa es la parte única de esta pregunta. Asumiendo que los paneles solares no están en el avión, se trata de una cuestión de capacidad de la batería, etc., que se aborda en otro lugar en preguntas como Aviation.stackexchange.com/questions/25281/… . También puede proporcionar un enlace a esta pregunta sobre aeronaves propulsadas por hidrógeno: Aviation.stackexchange.com/questions/18809/…
No se ve en la pregunta.

¡SI! Se podría hacer.

Vivo a 10 millas del primer reactor nuclear del mundo. Es un pensamiento asombroso recordar que Estados Unidos pasó del descubrimiento de la radiactividad a la bomba nuclear en solo 40 años. Lo que hoy parece imposible es menos de $20 en Wall-Mart dentro de 20 años.

Puedo ver dónde un dirigible híbrido más pesado que el aire / una estructura similar a un ala voladora podría satisfacer todos los requisitos. Un cuerpo combinado tendría un área de superficie más grande que un avión de pasajeros convencional. Espero que se haga dentro de los próximos 50 años, pero requerirá pensar fuera de la convención actual de cómo debería ser un avión de pasajeros.

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Compite con las cargas de carga no críticas o el mercado B737 de corta distancia (principalmente menos de 500-600mi.

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Perfil aerodinámico de baja velocidad y alto volumen de Gottingen

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concepto boeing

Diría que sí, pero no sería del tipo en el que los paneles solares alimentan directamente a los ventiladores. Requeriría un montón de las mejores y más livianas baterías recargables y todo el avión tendría que estar cubierto con paneles adhesivos, en el mejor de los casos disminuiría la tasa de descarga de las baterías. La velocidad máxima podría ser solo de 400 kph dado que simplemente usaría ventiladores con conductos en lugar de motores turborreactores, pero eso aún sería genial. Si eso significa una gran disminución en la quema de combustibles fósiles, personalmente estaría feliz de que los vuelos duren el doble.

¿Podría haber alguna vez un avión de pasajeros totalmente alimentado por energía solar capaz de realizar vuelos transatlánticos?
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