Ένα γυαλιστερό ασημένιο ρομπότ φερμουάρ κατά μήκος μιας διαδρομής σε μια φυλακή του νομού στο Δουβλίνο, Καλιφόρνια, και σταματά δίπλα σε ένα σύνολο ηλιακών συλλεκτών που υποστηρίζονται από ένα γιγαντιαίο βραχίονα. Το ρομπότ μανδαλώνεται στη βάση του βραχίονα και το γυρίζει αργά, ανεβάζοντας το πρόσωπο των πάνελ σαν λουλούδια στον ήλιο. Περνώντας τα ηλιακά πάνελ ακριβώς έτσι, το ρομπότ βοηθά τα πάνελ να πιάσουν περισσότερες ακτίνες και να παράγουν περισσότερη ενέργεια.
Αυτό το ρομπότ, σχετικά με το μέγεθος ενός φούρνου μικροκυμάτων, είναι το πνευματικό τέκνο της QBotix, μιας τριετούς εταιρείας με έδρα το Silicon Valley που παρουσίασε τη δημιουργία της πέρυσι. Ενώ η κλίση των ηλιακών συλλεκτών για τον εντοπισμό της κίνησης του ήλιου δεν είναι μια νέα ιδέα, η QBotix έχει καταλήξει σε μια νέα προσέγγιση που χρησιμοποιεί τις προόδους στην τεχνολογία ρομποτικής που έγιναν τις τελευταίες δύο δεκαετίες. Εάν η ιδέα αποδειχθεί επιτυχής, θα μπορούσε να οδηγήσει σε φθηνότερη ανανεώσιμη ενέργεια και πιο αποτελεσματική χρήση της γης για μεγάλες ηλιακές εγκαταστάσεις.
Τέτοιες καινοτομίες είναι σημαντικές εάν η ηλιακή ηλεκτρική ενέργεια πρέπει να επιτύχει κόστος συγκρίσιμο με την ενέργεια που παράγεται από ορυκτά καύσιμα όπως ο άνθρακας και το φυσικό αέριο. Και σε μια εποχή που πολλές ηλιακές εγκαταστάσεις χτίζονται ή σχεδιάζονται για απομακρυσμένες περιοχές της ερήμου, όπου η ηλιακή ακτινοβολία και οι μεγάλες εκτάσεις μη ανεπτυγμένης γης είναι άφθονες, η ρομποτική προσφέρει έναν τρόπο να ελαχιστοποιήσει την ανάγκη για τους εργαζόμενους στο χώρο του καθαρισμού, επισκευής και παρακολούθησης των ηλιακών συλλεκτών και τον εξοπλισμό παρακολούθησης.
Η κατασκευή ενός ηλιακού σταθμού μεγάλης κλίμακας σήμερα απαιτεί συνήθως στρατιές εργαζομένων για να σκάψουν τάφρους, να χύσουν σκυρόδεμα, να αφαιρέσουν δέντρα, να συγκολλήσουν δοκούς και να διανείμουν υλικά, μεταξύ άλλων καθηκόντων. Μόλις ένα έργο ξεκινήσει και λειτουργεί, οι χειριστές των εργοστασίων συνήθως απασχολούν τους ανθρώπους για να καθαρίσουν τα πάνελ χρησιμοποιώντας έναν εύκαμπτο σωλήνα και γιγάντια μάκτρα ή βαριά μηχανήματα εξοπλισμένα με ένα μηχανικό βραχίονα για ψεκασμό και σκούπισμα. Απαιτούνται άλλοι εργαζόμενοι για την επισκευή ή την αντικατάσταση προβληματικών πλαισίων και εξαρτημάτων και οι χειριστές των ηλιακών εγκαταστάσεων μερικές φορές προσλαμβάνουν πιλότους για να πετάξουν πάνω στις συστοιχίες τους και να σπάσουν τις υπέρυθρες εικόνες για να εντοπίσουν ρωγμές, βραχυκύκλωμα και άλλες δυσλειτουργίες που προκαλούν τη θέρμανση ενός πίνακα. Η κλίση των ηλιακών συλλεκτών για την παρακολούθηση του ήλιου επιτυγχάνεται, αν όχι καθόλου, μέσω εκατοντάδων δαπανηρών κινητήρων και τόνων χάλυβα.
Ο σχεδιασμός της QBotix, που αναπτύσσεται σε πέντε πιλοτικές τοποθεσίες στην Καλιφόρνια, την Αριζόνα και την Ιαπωνία, αποστέλλει ρομπότ φερμουάρ σε ένα υπερυψωμένο μονοπύργιο που κατασκευάστηκε παράλληλα με σειρές ηλιακών συλλεκτών. Κάθε bot που τροφοδοτείται από μπαταρία έχει προγραμματιστεί για να ρυθμίσει πάνω από χίλια πάνελ σε μια προσεκτικά χορογραφημένη ακολουθία, ανεβάζοντας κάθε πίνακα στο απονεμόμενο σμήνος του κατά 10 μοίρες κάθε 40 λεπτά για να συμβαδίσει με το τόξο του ήλιου. Όταν η φόρτιση της μπαταρίας είναι χαμηλή, το ρομπότ χειρίζεται το ίδιο σε ένα σημείο φόρτισης στην κορυφή της μονής σιδηροτροχιάς και συνδέεται.
"Θέλετε να παράγετε όσο το δυνατόν περισσότερη ενέργεια από τους ηλιακούς συλλέκτες επειδή αυτή η ενέργεια είναι τα έσοδά σας", λέει ο Wasiq Bokhari, ιδρυτής και διευθύνων σύμβουλος της QBotix. Οι επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας είναι συχνά πρόθυμες να καταβάλουν πριμοδότηση για τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας που παραδίδονται σε περιόδους υψηλής ζήτησης, όπως το μεσημέρι, σε μεγάλο βαθμό λόγω των φιλόδοξων ανανεώσιμων πηγών ενέργειας από τις κρατικές ή τοπικές αρχές. Αυτές οι προσπάθειες για τη μείωση των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα πυροδότησαν μια έκρηξη στην ανάπτυξη των ηλιακών εγκαταστάσεων, ιδιαίτερα στις δυτικές πολιτείες όπως η Καλιφόρνια, όπου οι επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας πρέπει να αυξήσουν την ποσότητα ανανεώσιμης ηλεκτρικής ενέργειας στις προμήθειές τους στο 33% μέχρι το 2020.
Σε ένα συμβατικό ηλιακό αγρόκτημα, τα πάνελ στο βόρειο ημισφαίριο είναι μόνιμα τοποθετημένα για να αντιμετωπίσουν το νότο (στη νότια γωνία, τα πάνελ που βλέπουν προς βορρά, συλλαμβάνουν περισσότερο ήλιο). Αλλά με αυτό το σχέδιο, γνωστό ως "σταθερό-κλίση, " πάνελ αντιμετωπίζουν τον ήλιο άμεσα για μόνο μερικές ώρες κάθε μέρα.
Για να αποσπάσουν περισσότερη ενέργεια από κάθε πίνακα, οι μεγάλοι κατασκευαστές ηλιακών έργων τα τελευταία χρόνια έχουν αρχίσει να προσθέτουν ένα σύστημα κινητήρων, αισθητήρων και άλλων εργαλείων στη δομή χάλυβα που στηρίζει κάθε ηλιακό πάνελ. Αυτό το σύστημα, που ονομάζεται ιχνηλάτης, βοηθά στην αύξηση της ενεργειακής απόδοσης περιστρέφοντας αυτόματα τους πίνακες για να τους κρατήσει προσανατολισμένους προς τις ακτίνες του ήλιου.
Οι ιχνηλάτες, ωστόσο, είναι ακριβοί. Κάθε tracker έχει δικό του κινητήρα και ταχύτητα για να περιστρέψει ένα σύνολο από διάφορα πάνελ. Λειτουργούν καλύτερα σε επίπεδη επιφάνεια, έτσι πρέπει να βαθμολογείται η ανομοιογενής γη. Αυτό αυξάνει το κόστος και μπορεί να επηρεάσει το περιβάλλον κατά τρόπο που καθιστά πιο δύσκολη την εξασφάλιση αδειών. Και μόνο τα πιο φτηνά συστήματα κλίσης πάνελ σε δύο άξονες-ανατολικά-δυτικά και βόρεια-νότια-επιτρέποντας μέγιστη έκθεση στον ήλιο κατά τη διάρκεια όλων των εποχών. (Τα κλασικά παράθυρα κλίσης των εκδόσεων μειώνονται μόνο στα ανατολικά-δυτικά.) Ως αποτέλεσμα, τα συμβατικά συστήματα παρακολούθησης αναγκάζουν τους ιδιοκτήτες έργων να επιλέξουν μεταξύ επενδύοντας επιπλέον χρόνο και χρήμα για να δημιουργήσουν πρόσθετη ενέργεια ή επιλέγοντας ένα λιγότερο δαπανηρό σύστημα που θα αποφέρει λιγότερα έσοδα.
Τα ρομπότ μπορούν να προσφέρουν ένα ευχάριστο μέσο, παρέχοντας τη χαμηλότερη τιμή ενός μονοαξονικού συστήματος παρακολούθησης με την υψηλότερη ενεργειακή απόδοση ενός συστήματος διπλού άξονα. "Οι παραδοσιακοί ιχνηλάτες διπλού άξονα απαιτούν περισσότερους κινητήρες και χάλυβα", λέει ο Randy Wu, γενικός διευθυντής ανάπτυξης της Trina Solar, κατασκευαστής ηλιακών συλλεκτών και σχεδιαστής έργων που σχεδιάζει να προσφέρει την τεχνολογία της QBotix ως επιλογή στα εργοστάσια που χτίζει για τους επενδυτές. "Η προσέγγιση του QBotix είναι πολύ διαφορετική", προσθέτει, επειδή ένα ρομπότ QBotix μπορεί να κάνει τη δουλειά εκατοντάδων ιχνηλατών διπλού άξονα. Ο σχεδιασμός εξαλείφει την ανάγκη εγκατάστασης ενός πεδίου κινητήρων και η ανυψωμένη σιδηροτροχιά καθιστά περιττή την ταξινόμηση. "Ελέγχουν το περιβάλλον τοποθετώντας τη ρομποτική σε μια σιδηροδρομική γραμμή", λέει ο Geoffrey Kinsey, διευθυντής των φωτοβολταϊκών τεχνολογιών στο Fraunhofer Center for Sustainable Energy Systems της Βοστώνης.
Χρησιμοποιώντας ρομπότ για την κλίση πάνελ, Bokhari λέει, "είναι σαν την προσθήκη ενός turbo φορτιστή στον κινητήρα σας." Και μπορούν να εκτελέσουν και άλλες εργασίες. Στον κόσμο της κατασκευής και λειτουργίας της ηλιακής ενέργειας, η οποία εξακολουθεί να βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στη χειρωνακτική εργασία, η ρομποτική είναι μια αναδυόμενη τάση. Ορισμένες εταιρείες, όπως η Alion Energy και η Greenbotics, έχουν κατασκευάσει ρομπότ για να σκουπίσουν τη σκόνη που δεσμεύει τον ήλιο και τείνει να συσσωρευτεί σε ηλιακούς συλλέκτες. Ένας άλλος σχεδιασμός από την Alion εγκαθιστά ηλιακούς συλλέκτες και εξοπλισμό συναρμολόγησης.
Ιστορικά, τα ρομπότ μηχανικής που αντικαθιστούν τον άνθρωπο έχουν αποδειχθεί αποθαρρυντικό έργο για ορισμένες βιομηχανίες, επειδή τα ρομπότ εκτελούν μόνο ένα στενό έργο και δεν μπορούν να προσαρμοστούν σε ένα μεταβαλλόμενο περιβάλλον ή να εκπαιδευτούν για νέα καθήκοντα, λέει ο Kinsey. Μέχρι πρόσφατα, αυτό έχει κάνει τα ρομπότ μια πιο δαπανηρή και πιο επικίνδυνη επένδυση από την πρόσληψη ανθρώπων για να κάνουν εργασίες όπως κατασκευές και ηλεκτρικές επισκευές. Κάνει επίσης το σχεδιασμό ρομπότ για εξωτερική χρήση ιδιαίτερα δύσκολο.
Η εμφάνιση ισχυρότερων επεξεργαστών, αισθητήρων και εξελιγμένων λογισμικών βοήθησε να συρρικνωθεί το μέγεθος των βιομηχανικών ρομπότ και να γίνει πιο κινητό και πιο έξυπνο για την εκτέλεση πιο σύνθετων εργασιών, λέει ο Kinsey. Δείχνει, για παράδειγμα, στη Rostink Robotics που εδρεύει στη Βοστώνη, η οποία πέρυσι αποκάλυψε ένα ρομπότ ικανό να μάθει να εκτελεί διαφορετικά καθήκοντα σε μια γραμμή συναρμολόγησης του εργοστασίου και να αντιδρά σε αλλαγές όπως τα άστοχα τμήματα. Μια άλλη εταιρεία, που ονομάζεται Kiva Systems (που αποκτήθηκε από την Amazon το 2012), προμηθεύει στόλους ρομπότ σε αποθήκες σε όλη τη χώρα. Ελεγχόμενοι από κεντρικό υπολογιστή, τα κινητά πορτοκαλί ρομπότ κουδουνίζουν γύρω από τα πατώματα των αποθηκών και σαρώνουν τους γραμμωτούς κώδικες στο έδαφος για να ανακτούν τα αντικείμενα από τα ράφια για αποστολή. Και στο εργοστάσιο της Tesla Motors στην Καλιφόρνια, τα ρομπότ στην άκρως αυτοματοποιημένη γραμμή συναρμολόγησης της εταιρείας μπορούν να αλλάξουν μεταξύ πολλαπλών λειτουργιών. "Είναι σαν το Edward Scissorhands", λέει ο Kinsey.
Τα σχέδια βελτιώνονται. Τα ρομπότ της QBotix είναι εξοπλισμένα με GPS, αισθητήρες και εξοπλισμό ασύρματης επικοινωνίας για την καταγραφή και αναφορά της δουλειάς τους. Και η εταιρεία παρουσίασε μια βελτιωμένη έκδοση του συστήματος robots-on-rail αυτού του καλοκαιριού, παρουσιάζοντας ένα μικρότερο, ελαφρύτερο και ταχύτερο bot ικανό να διαχειρίζεται 340 κιλοβάτ ηλιακών συλλεκτών κάθε 40 λεπτά. Αυτός είναι ένας πίνακας αρκετά μεγάλος ώστε να καλύπτει τις στέγες 85 τυπικών μονοκατοικιών στην Καλιφόρνια. "Είναι ένας αεροδυναμικός σχεδιασμός για αντοχή και ταχύτητα - σαν να παντρευτείτε ένα Hummer με ένα Lamborghini", λέει ο Bokhari.
Η QBotix αναφέρει ότι η τεχνολογία της θα μπορούσε να παράγει μέχρι και 15% περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια από ένα έργο που χρησιμοποιεί μονοαξονικούς ιχνηλάτες - χωρίς επιπλέον κόστος. "Το QBotix είναι ένα άλμα μπροστά γιατί έχει φέρει τον τρόπο με τον τρόπο του κόστους", λέει ο Wu. "Είναι πολύ ελκυστικό, "
Η εταιρεία σχεδιάζει να αναπτύξει την τεχνολογία της πέρα από τα ρομπότ tracker. Η ομάδα 15 μηχανικών της εργάζεται σε ένα νέο ρομπότ που θα καθαρίζει τους ηλιακούς συλλέκτες και θα ανιχνεύει ρωγμές ή άλλα προβλήματα με τους ηλιακούς συλλέκτες και τον εξοπλισμό, λέει ο Μποκάρι. Η ιδέα είναι να χρησιμοποιήσετε το ίδιο σιδηροδρομικό σύστημα αλλά διαφορετικά ρομπότ για να κάνετε την εργασία ή να δημιουργήσετε ένα σύστημα μόνο για τα ρομπότ καθαρισμού και επιθεώρησης.
Παρόλο που η χρήση ρομπότ για την προσαρμογή των ηλιακών συλλεκτών είναι μια καλή πρόταση, λέει ο Kinsey, η μέρα που τα ρομπότ θα ξεπεράσουν τους ανθρώπους, κάνοντας το μεγαλύτερο μέρος του κτιρίου και της λειτουργίας των ηλιακών σταθμών παραμένει μακριά. Τα επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας που επιθυμούν να αγοράσουν ηλεκτρική ενέργεια από τους ηλιακούς προγραμματιστές θέλουν να κλειδώσουν τις τιμές ενέργειας για 20 χρόνια ή περισσότερο, έτσι οι υποψήφιοι πελάτες θέλουν να διαβεβαιώσουν ότι η νέα τεχνολογία από νέες εταιρείες όπως το QBotix και οι συνεργάτες της θα είναι αξιόπιστες μακροπρόθεσμα. Σε κάθε γύρο της διαδρομής, τα ρομπότ συγκεντρώνουν δεδομένα για να κάνουν την περίπτωσή τους.
