【記者鍾晨沅綜合報導】近年無人機蔚為風潮，不僅可見於攝影，也應用在貨運、土地探測等層面，然無人機續航力仍是一大硬傷。有鑑於此，國立宜蘭大學電機工程學系副教授劉宇晨帶領團隊研究「應用於無人機載具之高效能太陽能光伏充電器系統」，並於「2020能量轉換暨展覽會會議」（IEEE Energy Conversion Congress and Exposition, ECCE USA）的學生專題展示競賽擊敗劍橋大學等勁敵奪下第一名。
目前市面上無人機的續航力約為20至30分鐘，若要增加飛行時間，則會面臨電池過重，效率降低等問題。劉宇晨舉例，林務局在使用無人機執行中央山脈地行探勘時，因任務半徑受限於電池容量，相關人員需一直跟著無人機移動，待電量耗盡再更換電池，但若遇難涉入的區域，人工換電的方式則較不可行。因此，團隊將太陽能結合無人機，並利用多種技術使電池充電效率最大化。
為在無人機頂裝上太陽能充電系統，團隊首先測量機頂可用面積，避免過大的充電系統影響旋翼運作，最終採用18顆「太空級」太陽能元件組成。團隊成員仲禹丞補充，相較一般太陽能元件，該種元件重量輕、面積小，且轉換效率達30.7%。儘管單顆元件成本高達1萬2000元，但受惠於其輕巧特性，無人機重量只增加500克，經團隊實測後，證實無人機飛行受太陽能充電系統影響甚微，整體效益提升。
太陽能須利用轉換器轉換成電能，此次團隊採用最大功率點追蹤技術（註），設計適配於太陽能充電直流電特性的能源轉換器。劉宇晨表示，他們將近年興起的氮化鎵半導體運用在轉換器中，氮化鎵半導體因切換速度快，可提升電路效能、降低元件損耗，等於減少電路上產生的熱能，「這樣可以有效利用擷取到的太陽能，同時解決電路過熱的問題。」
註：最大功率點追蹤是常用在風力發電機及太陽能系統的技術，目的是在各種情形下都可以得到最大的功率輸出。
除轉換器外，令團隊最自豪的莫過於導入「電池平衡系統」，劉宇晨表示，團隊製造的第一代機器沒有裝設該系統，當部分太陽能板受到遮蔽而停止輸出，或是單一電池元件因充飽電遭擱置，皆會導致充電效率無法達到最大化。因此團隊設計讓充電效率較高的電池元件，能持續將能量轉移到其他電池元件的平衡系統，透過該機制擴充太陽能充電技術的轉換效率與充電時間。
「比較多人會質疑，可以飛多遠、多少距離。」劉宇晨解釋，研發重點是讓太陽能無人機「自動」停下來充電後繼續運行，降低人為更換電池的不便。團隊也期許未來配合影像辨識和自動定位系統，讓無人機可以自行找到合適的充電地點，充飽電後繼續執行任務。在攝影工作室實習的學生虞成偉也表示，拍攝大範圍影片時，常需考慮無人機因充電往返使錄影不流暢，及後續的剪接問題，「如果能原地停下來繼續拍，（影片）一定很順暢！」