บอลลูนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นบอลลูนที่ลอยตัวได้เมื่ออากาศภายในได้รับความร้อนจากรังสีของดวงอาทิตย์โดยปกติจะใช้บอลลูนสีดำหรือสีเข้ม อากาศที่ร้อนขึ้นภายในบอลลูนพลังงานแสงอาทิตย์จะขยายตัวและมีความหนาแน่นต่ำกว่าอากาศโดยรอบ ดังนั้นบอลลูนพลังงานแสงอาทิตย์จึงคล้ายกับบอลลูนอากาศร้อนการใช้งานบอลลูนพลังงานแสงอาทิตย์ส่วนใหญ่อยู่ในตลาดของเล่น แม้ว่าจะมีการเสนอให้ใช้ในการสำรวจดาวอังคารและบอลลูนพลังงานแสงอาทิตย์บางลูกมีขนาดใหญ่พอสำหรับการบินของมนุษย์ สามารถเปิดช่องระบายอากาศที่ด้านบนเพื่อปล่อยอากาศร้อนสำหรับการลงจอดและการปล่อยลมได้

การเพิ่มอุณหภูมิของอากาศภายในบอลลูนทำให้ความหนาแน่นของอากาศภายในบอลลูนลดลงเมื่อเทียบกับอากาศโดยรอบ บอลลูนจึงลอยได้เนื่องจากแรงลอยตัว แรงนี้เป็นแรงเดียวกับที่กระทำต่อวัตถุเมื่ออยู่ในน้ำ และอธิบายได้ด้วยหลักการของอาร์คิมิดีสปริมาณแรงยก (หรือแรงลอยตัว ) ของบอลลูนอากาศร้อนขึ้นอยู่กับความแตกต่างระหว่างอุณหภูมิของอากาศภายในบอลลูนและอุณหภูมิของอากาศภายนอกบอลลูนเป็นหลัก

แรงยกที่เกิดจากอากาศแห้งปริมาตร 100,000 ลูกบาศก์ฟุต⁽ 2831.7 ลูกบาศก์เมตร⁾ที่ถูกทำให้ร้อนถึงอุณหภูมิต่างๆ สามารถคำนวณได้ดังนี้:

อุณหภูมิอากาศ	ความหนาแน่นของอากาศ	มวลอากาศ	แรงยกที่เกิดขึ้น
68 องศาฟาเรนไฮต์, 20 องศาเซลเซียส	1.2041 กก./ ลบ.ม.	7517 ปอนด์, 3409.7 กิโลกรัม	0 ปอนด์, 0 กิโลกรัม
210 องศาฟาเรนไฮต์, 99 องศาเซลเซียส	0.9486 กก./ ลบ.ม.	5922 ปอนด์, 2686.2 กิโลกรัม	1595 ปอนด์, 723.5 กิโลกรัม
250 องศาฟาเรนไฮต์, 120 องศาเซลเซียส	0.8978 กก./ ลบ.ม.	5606 ปอนด์, 2542.4 กิโลกรัม	1912 ปอนด์, 867.3 กิโลกรัม

ความหนาแน่นของอากาศที่อุณหภูมิ 20 องศาเซลเซียส หรือ 68 องศาฟาเรนไฮต์ อยู่ที่ประมาณ 1.2 กิโลกรัม/ลูกบาศก์^เมตรแรงยกทั้งหมดของบอลลูนขนาด 100,000 ลูกบาศก์ฟุต ที่ถูกทำให้ร้อนถึงอุณหภูมิ (99 องศาเซลเซียส หรือ 210 องศาฟาเรนไฮต์) จะเท่ากับ 1595 ปอนด์ หรือ 723.5 กิโลกรัม ในความเป็นจริง อากาศที่บรรจุอยู่ภายในบอลลูนไม่ได้มีอุณหภูมิเท่ากันทั้งหมด ดังที่ภาพความร้อนที่แสดงไว้ ดังนั้นการคำนวณเหล่านี้จึงอิงตามค่าเฉลี่ย

สำหรับสภาวะบรรยากาศทั่วไป (20 °C, 68 °F) บอลลูนอากาศร้อนที่ถูกทำให้ร้อนถึง (99 °C, 210 °F) จะต้องใช้ปริมาตรของตัวบอลลูนประมาณ 3.91 m³ ^{เพื่อ}ยกน้ำหนัก 1 กิโลกรัม (62.5 ลูกบาศก์ฟุต/ปอนด์) ปริมาณแรงยกที่ได้นั้นขึ้นอยู่กับไม่เพียงแต่อุณหภูมิภายในที่กล่าวมาข้างต้นเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับอุณหภูมิภายนอก ระดับความสูงเหนือระดับน้ำทะเล และความชื้นของอากาศโดยรอบด้วย ในวันที่อากาศอบอุ่น บอลลูนจะไม่สามารถยกน้ำหนักได้มากเท่ากับในวันที่อากาศเย็น เนื่องจากอุณหภูมิที่จำเป็นสำหรับการปล่อยบอลลูนจะเกินขีดจำกัดสูงสุดที่ผ้าของตัวบอลลูนสามารถทนได้ นอกจากนี้ ในชั้นบรรยากาศที่ต่ำกว่า แรงยกที่ได้จากบอลลูนอากาศร้อนจะลดลงประมาณ 3% สำหรับทุกๆ 1,000 เมตร (1% ต่อ 1,000 ฟุต) ของระดับความสูงที่เพิ่มขึ้น^{[ 1 ]}

การแผ่รังสีจากดวงอาทิตย์(Insolation)คือการวัด พลังงาน รังสีจากดวงอาทิตย์ที่ตกกระทบลงบนพื้นที่ผิวที่กำหนดในช่วงเวลาที่กำหนด โดยทั่วไปจะแสดงเป็นค่าความเข้มรังสี เฉลี่ย ในหน่วยวัตต์ต่อตารางเมตร (W/m²) การแผ่รังสีโดยตรงคือ ความเข้มรังสีจากดวงอาทิตย์ที่วัดได้ ณ ตำแหน่งใดตำแหน่งหนึ่งบนโลก โดยที่พื้นผิวตั้งฉากกับรังสีของดวงอาทิตย์ ไม่รวมการแผ่รังสีแบบกระจาย (รังสีจากดวงอาทิตย์ที่กระเจิงหรือสะท้อนโดยองค์ประกอบของชั้นบรรยากาศบนท้องฟ้า) การแผ่รังสีโดยตรงเท่ากับค่าคงที่ของดวงอาทิตย์ลบด้วยการสูญเสียในชั้นบรรยากาศเนื่องจากการดูดซับและการกระเจิงในขณะที่ค่าคงที่ของดวงอาทิตย์แปรผันตามระยะห่างระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์และวัฏจักรของดวงอาทิตย์การสูญเสียจะขึ้นอยู่กับช่วงเวลาของวัน (ความยาวของเส้นทางแสงผ่านชั้นบรรยากาศขึ้นอยู่กับมุมเงยของดวงอาทิตย์)ปริมาณเมฆความชื้นและสิ่งเจือปน อื่น ๆ

ตลอดทั้งปี รังสีจากดวงอาทิตย์โดยเฉลี่ยที่มาถึงชั้นบรรยากาศด้านบนของโลกมีค่าประมาณ 1,366 วัตต์ต่อตารางเมตร^{[ 2 ] [ 3 ]} (ดูค่าคงที่ของดวงอาทิตย์ ) พลังงานการแผ่รังสีจะกระจายไปทั่วสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า ทั้งหมด แม้ว่าพลังงานส่วนใหญ่จะอยู่ใน ส่วนของ แสงที่มองเห็นได้ก็ตาม รังสีของดวงอาทิตย์จะลดทอนลงเมื่อผ่านชั้นบรรยากาศทำให้รังสีที่พื้นผิวโลกลดลงเหลือประมาณ 1,000 วัตต์ต่อตารางเมตรสำหรับพื้นผิวที่ตั้งฉากกับรังสีของดวงอาทิตย์ที่ระดับน้ำทะเลในวันที่ท้องฟ้าแจ่มใส

วัตถุสีดำดูดซับรังสีทั้งหมดที่ตกกระทบ วัตถุในโลกแห่งความเป็นจริงเป็นวัตถุสีเทา โดยการดูดซับจะเท่ากับค่าการแผ่รังสีพลาสติกสีดำอาจมีค่าการแผ่รังสีประมาณ 0.95 ซึ่งหมายความว่ารังสีทั้งหมดที่ตกกระทบ 95 เปอร์เซ็นต์จะถูกดูดซับ และอีก 5 เปอร์เซ็นต์ที่เหลือจะถูกสะท้อนกลับ^{[ 4 ]}

หากจินตนาการว่าบอลลูนเป็นทรงกลมแสงแดดที่ทรงกลมนี้ได้รับสามารถจินตนาการได้ว่าเป็นหน้าตัดของทรงกระบอกที่มีรัศมีเท่ากับทรงกลมนี้ ดูแผนภาพ พื้นที่ของวงกลมนี้สามารถคำนวณได้โดยใช้สูตร: ^{[ 5 ]}${\displaystyle \mathrm {\pi } r^{2}\ }$

ตัวอย่างเช่น พลังงานที่บอลลูนพลังงานแสงอาทิตย์ทรงกลมรัศมี 5 เมตร หุ้มด้วยพลาสติกสีดำได้รับในวันที่อากาศแจ่มใส โดยมีปริมาณแสงอาทิตย์ตกกระทบโดยตรง 1000 วัตต์/ตารางเมตร^{สามารถ}ประมาณได้โดยการคำนวณพื้นที่ของวงกลมใหญ่ของบอลลูนก่อน:

$พื้นที่ = π × (5ม.)² ≈ 78.54 ตร.ม.$

จากนั้นคูณค่านี้ด้วยค่าการแผ่รังสีความร้อนของพลาสติกและปริมาณแสงแดดโดยตรง:

78.54 * 0.95 * 1000 = 74,613 วัตต์

ที่ระดับน้ำทะเลที่อุณหภูมิ 15 องศาเซลเซียส ในบรรยากาศมาตรฐานสากล (ISA ) อากาศมีความหนาแน่นประมาณ 1.22521 กิโลกรัม/ลูกบาศก์^เมตรความหนาแน่นของอากาศจะลดลงเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ในอัตราประมาณ 20 กรัมต่อลูกบาศก์เมตร^ต่อ 5 เคลวิน พลังงานประมาณ 1 กิโลจูลจำเป็นต้องใช้ในการทำให้อากาศแห้ง 1 กิโลกรัมมีอุณหภูมิเพิ่มขึ้น 1 เคลวิน (ดูความจุความร้อน ) ดังนั้น การเพิ่มอุณหภูมิของอากาศ 1 ลูกบาศก์เมตร⁽ที่ระดับน้ำทะเลและที่ 15 องศาเซลเซียส) ขึ้น 5 องศาเซลเซียส ต้องใช้พลังงานประมาณ 5 องศาเซลเซียส * 1 กิโลจูล / (กิโลกรัม * เคลวิน) * 1.225 กิโลกรัม = 6.125 กิโลจูล การทำเช่นนี้จะลดมวลของอากาศ 1 ลูกบาศก์เมตร^ลงประมาณ 24 กรัม ในวันที่อากาศแจ่มใส โดยมีพื้นผิวของวัตถุดำขนาด 1 ตารางเมตร^ตั้งฉากกับดวงอาทิตย์ และไม่มีการสูญเสียความร้อน จะใช้เวลาเพียงเล็กน้อยกว่า 6 วินาที

ด้านล่างนี้คือสมการสมดุลพลังงานของอัตราการสูญเสียพลังงานของบอลลูนพลังงานแสงอาทิตย์เมื่อลากเส้นขอบรอบบอลลูน บอลลูนพลังงานแสงอาทิตย์มีการถ่ายเทความร้อนเนื่องจากการพาความร้อนและการแผ่รังสี

• 
  สมการสมดุลพลังงานสำหรับบอลลูนพลังงานแสงอาทิตย์

Ėout= tσπr ² (TS4-TF4) + hπr ² (TS-TF)

Tds=du+PdV

Δs = ∫(cv/T)dT + Rgasln(V2/V1)

Δs = cvln(T2/T1)

ระบบจะอยู่ในสภาวะสมดุลเมื่อพลังงานที่สูญเสียไปจากลูกโป่งผ่านการพาความร้อน การแผ่รังสี และการนำความร้อน เท่ากับพลังงานที่ได้รับผ่านการแผ่รังสีจากดวงอาทิตย์

ในปี พ.ศ. 2515 โดมินิก ไมเคิลลิสสถาปนิกชาวอังกฤษและผู้คิดค้นระบบและโครงการพลังงานแสงอาทิตย์มากมาย ได้ประดิษฐ์และสร้างบอลลูนพลังงานแสงอาทิตย์ลูกแรก ซึ่งมีพื้นผิวด้านนอกโปร่งใสและผนังด้านในสีเข้มที่ดักจับความร้อน^{[ 6 ] [ 7 ]}

การบินบอลลูนพลังงานแสงอาทิตย์บริสุทธิ์ที่บรรทุกมนุษย์ครั้งแรกเกิดขึ้นเมื่อวันที่ 1 พฤษภาคม 1973 โดยTracy Barnesในบอลลูนชื่อ 'Barnes Solar Firefly Tetrahedron' บอลลูนนี้ทำจากท่อผ้าเกลียวที่ขึ้นรูปเป็นทรงสี่เหลี่ยมพีระมิดDominic Michaelisได้รับการบันทึกว่าเป็นเจ้าของบอลลูนพลังงานแสงอาทิตย์บริสุทธิ์ลูกแรกในยุโรป บอลลูนนี้ถูกบินโดยJulian Nottข้ามช่องแคบอังกฤษ บันทึกที่รวบรวมไว้สำหรับFAIแสดงให้เห็นว่าเมื่อวันที่ 6 กุมภาพันธ์ 1978 Frederick Eshoo ชาวอิหร่านก็ทำการบินด้วยพลังงานแสงอาทิตย์ในบอลลูนชื่อ Sunstat เช่นกัน บอลลูนนี้ใช้การออกแบบบอลลูนมาตรฐาน แต่ใช้พลาสติกใสที่ด้านหนึ่ง ทำให้รังสีของดวงอาทิตย์สะท้อนจากพื้นผิวด้านใน ทำให้ความร้อนในอากาศภายในเพิ่มขึ้น^{[ 8 ]}

บอลลูนตรวจสภาพอากาศพลังงานแสงอาทิตย์ 100% ลูกแรก ชื่อ Ballon ORA ถูกปล่อยจากสถานี Dumont d'Urville ของฝรั่งเศสใน แอนตาร์กติกา ในเดือนมกราคม 2011 โดยทีมงานร่วมของนักศึกษา นักวิทยาศาสตร์ และวิศวกร แนวคิดคือการประเมินความเป็นไปได้ของการใช้บอลลูนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นเครื่องตรวจวัดในพื้นที่ห่างไกล ซึ่งการประหยัดการใช้ก๊าซยกตัวเช่นฮีเลียมหรือไฮโดรเจนจะเป็นสิ่งที่มีค่า การบินประสบความสำเร็จ โดยเข้าใกล้ระดับความสูง 46,000 ฟุต (14,000 เมตร) การประหยัดไม่ได้เกี่ยวข้องเฉพาะกับก๊าซยกตัวเท่านั้น บอลลูน ORA ยังช่วยลดความจำเป็นในการขนส่งถังก๊าซหนักเข้าและออกอีกด้วย^{[ 9 ]}

ห้องปฏิบัติการ Jet Propulsion Laboratory ของสถาบันเทคโนโลยีแคลิฟอร์เนียได้ทำการศึกษาการใช้บอลลูนพลังงานแสงอาทิตย์บนดาวเคราะห์และดวงจันทร์หลายดวงในระบบสุริยะโดยสรุปว่าบอลลูนพลังงานแสงอาทิตย์เป็นทางเลือกที่เหมาะสมสำหรับดาวอังคาร ดาวพฤหัสบดี และดาวเสาร์^{[ 10 ]}

รูปแบบหนึ่งที่ศึกษา รวมถึงสำหรับการบินนอกโลก เช่น ในชั้นบรรยากาศของดาวศุกร์ [ ^{11 ]}คือการรวมกันของบอลลูนพลังงานแสงอาทิตย์ที่ได้รับความร้อนเพิ่มเติมจากรังสีอินฟราเรดจากพื้นผิวของ^{ดาวเคราะห์[ 12 ] [ 13 ]}

อาจจำเป็นต้องมีการวางแผนและขออนุญาตใช้น่านฟ้าจากหน่วยงานน่านฟ้าท้องถิ่นหรือระดับชาติ

การบินโดยมีมนุษย์ควบคุมมีความเสี่ยงเป็นพิเศษ เมฆที่เกิดขึ้นอย่างไม่คาดคิดก่อให้เกิดความเสี่ยงร้ายแรง คล้ายกับการขึ้นบอลลูนอากาศร้อนทั่วไปโดยไม่มีเชื้อเพลิงสำรอง บอลลูนพลังงานแสงอาทิตย์อาจลดระดับลงอย่างรวดเร็วเมื่อเกิดการเย็นตัวลง ทำให้การถ่วงน้ำหนักมีความสำคัญมาก

• 
  บอลลูนพลังงานแสงอาทิตย์ทรงกระบอกที่ทำจากถุงขยะ
• 

• ประวัติความเป็นมาและการพัฒนาปัจจุบันของบอลลูนพลังงานแสงอาทิตย์
• EOSS-43: "ยานสำรวจบอลลูนขนาดเล็กบนดาวอังคาร" การศึกษาการใช้บอลลูนพลังงานแสงอาทิตย์บนดาวอังคาร
• "สร้างและบินด้วยตัวคุณเอง"เก็บถาวรจากต้นฉบับเมื่อ 10 สิงหาคม 2554
• ลงทะเบียนบอลลูนพลังงานแสงอาทิตย์และพิมพ์แท็กติดตาม
• เว็บไซต์ภาษาฝรั่งเศสที่มีเนื้อหาภาษาอังกฤษ
• บทความจากนิตยสาร Popular Mechanics ฉบับเดือนเมษายน 1982 เกี่ยวกับการบินข้ามช่องแคบอังกฤษ