GRAUPNER SOLARIS Il primo modello di aereo elettrico alimentato esclusivamente con energia solare

Le celle solari sono considerate una fonte energetica del futuro e sono diventate famose soprattutto grazie al loro impiego nel settore spaziale.

Il laboratorio spaziale Skylab, la sonda solare Helios e le due sonde di ricerca Viking 1 e 2, attualmente alla ricerca di forme di vita sul nostro pianeta vicino, Marte, sono esempi recenti dell’impiego di successo delle celle solari.

Ma anche sulla Terra si ricorre già alla conversione energetica delle celle solari. Le stazioni meteorologiche automatiche, i ripetitori FM e televisivi in montagna, le colonnine di emergenza autostradali, ma anche oggetti di uso quotidiano come orologi, radio e torce elettriche sono esempi di applicazioni che traggono l’energia elettrica dal sole tramite le celle solari.

La cella solare è un sottile disco in grado di trasformare direttamente la luce incidente (solare o artificiale) in energia elettrica.

Per la realizzazione di una cella solare si utilizza principalmente selenio o silicio come materiale di base.

A seconda della composizione spettrale della luce incidente e in base alla struttura della cella, la conversione energetica avviene con rendimenti compresi tra il 10 e il 14% circa.

Per le prove con il veleggiatore solare sono state utilizzate celle solari di produzione americana. Una cella di questo tipo eroga 0,45 V/250 mA a piena efficienza luminosa e con un adattamento ottimale al carico. Per ottenere tensioni e intensità di corrente più elevate, le singole celle devono essere collegate tra loro per formare batterie solari (generatori solari). Grazie all’irraggiamento solare, è possibile azionare il motore MICRO del Dr. Faulhaber già con una sola cella solare.

In occasione di una visita di Fred e Wilma Militky a Berlino nel gennaio del ’76, ha luogo un incontro con Hilmar Bentert.

A quel tempo, Hilmar Bentert possiede già, a fini di ricerca, delle celle solari di forma quadrata che, assemblate in una batteria solare, sono in grado di erogare una potenza di circa 6 watt.

Inoltre, Bentert dispone di un sistema di controllo del flutter monoasse molto leggero.

Entrambi i progettisti stanno valutando da tempo l’idea di realizzare un modello di aeromodello a propulsione elettrica, la cui alimentazione elettrica debba provenire esclusivamente dall’energia solare.

È ovvio che durante i colloqui a Berlino si giunga alla proposta di una collaborazione, in cui si intendono mettere a frutto le reciproche esperienze. Bentert è disposto a mettere a disposizione le sue celle solari e il sistema di radiocomando, mentre Militky apporta la sua pluriennale esperienza nella progettazione di modelli alimentati elettricamente a bassissima potenza.

Militky inizia a lavorare al sistema di propulsione elettrico e alla cella subito dopo il suo ritorno da Berlino. A tal fine si avvale del già collaudato motore ad armatura a campana ad alte prestazioni MICRO del Dr. Faulhaber, che, pur avendo un peso minimo, presenta un’efficienza straordinariamente elevata ed eroga potenze elevate. I motori di tipo MICRO sono, tra l’altro, integrati anche nei servocomandi GRAUPNER MICRO 05 e C 05. Solo grazie all’utilizzo di questi motori è stato possibile realizzare servocomandi con un peso così ridotto, dimensioni compatte, elevata forza e velocità di azionamento, nonché un consumo energetico estremamente basso.

Una volta determinati i dati principali del sistema di propulsione elettrico e del modello di volo, viene progettato un modello sperimentale con cui saranno effettuate tutte le prove preliminari.

Il generatore solare viene sostituito da una batteria VARTA NC della stessa potenza (6 Watt). Questa misura viene adottata affinché, durante le numerose prove necessarie,

Anche Fred Militky †, a destra nella foto, ha avuto un ruolo determinante nello sviluppo del volo elettrico alimentato dall’energia solare.

Prove preliminari, durante le quali si devono prevedere occasionali impatti violenti al momento dell’atterraggio, senza che le delicate celle solari vengano danneggiate.

Per risparmiare tempo, il modello sperimentale viene dotato dell’ala portante e dell’impennaggio che Horst Händler, il noto modellista di Magnet, mette a disposizione da uno dei suoi alianti ultraleggeri e che, nella geometria, corrispondono all’incirca al modello definitivo.

La fusoliera è costituita da una semplice listello di balsa. Non è presente alcun telecomando. Il motore può essere spento tramite un timer.

Seguono prove di volo approfondite con il modello sperimentale, che ha un peso in volo di 605 g.

Già il 4 aprile 1976 Fred Militky riesce a compiere un primo timido volo in salita. Il motore viene spento al momento giusto. Il tempo di volo è di circa 100 sec, la distanza percorsa di circa 400 m. Già con questi risultati sono soddisfatti i presupposti per un successo futuro, poiché il velivolo solare definitivo è progettato con un peso in volo inferiore a 500 g.

Ciononostante, vengono condotti numerosi ulteriori test per ottimizzare il sistema di propulsione elettrico. Dopo questi intensi test, il 19 aprile 1976, al crepuscolo, si riescono a effettuare eccellenti voli in salita.

A questo punto le prove preliminari possono essere considerate concluse. È ora possibile procedere alla costruzione del modello definitivo.

In quel periodo Militky si ammala e i lavori vengono sospesi fino a metà luglio. Per evitare ulteriori ritardi, di comune accordo il trio che aveva lavorato fino a quel momento decide di ampliare il team incaricato della realizzazione del nuovo e definitivo velivolo a vela solare con i seguenti collaboratori di GRAUPNER: Horst Händler, Günther Oswald, Richard Robitschko, oltre ai collaboratori esterni Wolfgang Schwarze e Werner Westphal.

Vengono acquistate nuove celle solari, con le quali è possibile realizzare una batteria solare di potenza superiore (10 W).

Grazie a questa maggiore potenza, si creano i presupposti per dotare il modello di aereo solare definitivo di un sistema di radiocomando che consenta di controllare sia il timone di direzione, sia il timone di quota, nonché il motore (ACCESO/SPENTO).

Viene installato il nuovo radiocomando GRAUPNER/GRUNDIG VARIOPROP FM 27, collaudato e resistente alle interferenze.

Il modello definitivo è pronto al volo il 31 luglio 1976 e viene battezzato con il nome di SOLARIS. Pesa 605 g, ovvero, per coincidenza, esattamente quanto il modello sperimentale.

Si può quindi prevedere fin dall’inizio che il modello definitivo dell’aliante solare sarà un successo, dato che il modello sperimentale, a parità di peso ma con una potenza notevolmente inferiore di 6 W, ha già effettuato voli in salita impeccabili.

Questa riflessione si è poi rivelata corretta anche durante i primi voli di prova.

Nella progettazione complessiva della vela solare è degno di nota il fatto che alcune fasi di sviluppo più semplici siano state saltate a piè pari, puntando invece alla soluzione tecnicamente più complessa, ma naturalmente anche la più affascinante.

Soluzioni più semplici sarebbero state, ad esempio, l’utilizzo di una fonte di alimentazione in miniatura come ausilio al decollo, per superare la fase più difficile del volo in prossimità del suolo, oppure prevedere, per l’azionamento del motore elettrico, una batteria ricaricabile NC costantemente “alimentata” (caricato) dalle celle solari. Anche questo sistema consente una realizzazione più semplice del volo elettrico con energia solare.

Il 16 agosto 1976 era finalmente giunto il momento. Il decollo dell’aereo a vela solare era imminente: un momento importante per la squadra.

All’inizio le condizioni meteorologiche erano favorevoli, ma peggiorarono visibilmente durante la fase di preparazione al volo. Una foschia velava il sole, che a tratti era coperto dalle nuvole. Ciononostante, in tarda mattinata si riuscì a effettuare 3 voli perfetti, ciascuno della durata di circa 2 minuti e mezzo. In ciascuno di essi fu raggiunta un’altezza di circa 50 m.

Questo importante evento è stato immortalato su pellicola e in foto. Oltre ai dati qui riportati, SOLARIS non è in grado di fornire né progetti, né disegni, né altri dati.

Questo esperimento aveva lo scopo di dimostrare se fosse possibile utilizzare l'energia convertita nelle celle solari direttamente per alimentare un modello di aereo. Con SOLARIS è stato chiaramente dimostrato che ciò è possibile.

Lo sviluppo in questa direzione è ancora agli albori. Tuttavia, si può ritenere certo che in futuro l’energia luminosa del sole sarà utile anche per il volo elettrico

. Per il momento, sono soprattutto motivi di costo a ostacolare l’impiego in serie delle celle solari nel modellismo.

Se però si prende come riferimento l’andamento dei prezzi dei transistor e, in particolare, dei circuiti integrati – che hanno reso possibili i primi calcolatori elettronici e orologi digitali a prezzi accessibili – allora sarebbe del tutto plausibile che, in un secondo momento, le celle solari possano essere impiegate in modo sensato su larga scala.

Un ulteriore sviluppo tecnicamente interessante sarebbe rappresentato da celle solari a striscia, che possono essere facilmente incollate sull’ala. Forse in futuro si profilerà persino la possibilità di integrare le celle solari direttamente nel materiale di rivestimento.

Con SOLARIS è stata intrapresa una direzione interessante per il modellismo.