En skinnende sølvrobot lynlås langs et spor ved et amtsfængsel i Dublin, Californien, og stopper ved siden af et sæt solcellepaneler, der er støttet op af en gigantisk arm. Roboten låser sig fast på armen og drejer den langsomt og vipper panelerne som blomster til solen. Ved at vinkle solcellepanelerne lige så, hjælper roboten panelerne med at fange flere stråler og producere mere energi.
Denne robot, der er på størrelse med en mikrobølgeovn, er hjernebarnet til QBotix, et tre år gammelt firma med base i Silicon Valley, som afslørede sin oprettelse sidste år. Mens vippning af solcellepaneler for at spore solens bevægelse ikke er et nyt koncept, har QBotix kommet med en ny tilgang, der gør brug af fremskridt inden for robotteknologi foretaget i løbet af de sidste to årtier. Hvis ideen viser sig at være en succes, kan den føre til billigere vedvarende energi og mere effektiv anvendelse af jord til store solenergianlæg.
Sådanne innovationer er vigtige, hvis solenergi skal opnå omkostninger, der kan sammenlignes med energi, der er produceret af fossile brændstoffer som kul og naturgas. Og i en tid, hvor mange solcelleanlæg er ved at blive bygget eller planlagt til fjerntliggende ørkenregioner, hvor sollys og brede skår af ubebygd jord er rigeligt, tilbyder robotik en måde at minimere behovet for arbejdstagere på stedet til at rengøre, reparere og overvåge solcellepaneler og sporingsudstyr.
Byggeri af et storskala solkraftværk i dag kræver typisk arbejdsstyrker at grave grøfter, hælde beton, fjerne træer, svejse bjælker og distribuere materialer, blandt andre opgaver. Når et projekt er i gang, beskæftiger fabriksoperatører normalt folk til at rengøre panelerne ved hjælp af en slange og en kæmpe suge, eller tunge maskiner udstyret med en mekanisk arm til sprøjtning og aftørring. Andre arbejdstagere er nødvendige for at reparere eller udskifte problematiske paneler og dele, og solcelleanlægsoperatører lejer undertiden piloter til at flyve over deres arrays og klikke på infrarøde billeder for at opdage revner, kortslutninger og andre fejl, der får et panel til at varme op. Vipning af solcellepaneler for at spore solen opnås, hvis overhovedet, ved hjælp af hundreder af dyre motorer og tonsvis af stål.
QBotix's design, implementeret på fem pilotsteder i Californien, Arizona og Japan, sender robotter med lynlås langs en forhøjet monorail konstrueret langs rækker med solcellepaneler. Hver batteridrevet bot er programmeret til at justere mere end tusind paneler i en omhyggeligt koreograferet rækkefølge, vippe hvert panel i sin tildelte flokk med 10 grader hvert 40 minut for at holde trit med solens bue. Når batteriets ladning er lav, manøvrerer roboten sig selv til et ladepunkt ovenpå monorail og tilslutter det.
"Du vil producere så meget som energi fra solcellepanelerne som muligt, fordi den energi er din indtægt, " siger Wasiq Bokhari, grundlægger og CEO af QBotix. Hjælpeprogrammer er ofte villige til at betale en præmie for vedvarende energi, der leveres i tider med stor efterspørgsel, såsom midt på eftermiddagen, stort set på grund af ambitiøse mandater til vedvarende energi fra statslige eller lokale myndigheder. Disse bestræbelser på at reducere CO2-emissioner har givet anledning til en boom i udviklingen af solanlæg, især i vestlige stater som Californien, hvor forsyningsvirksomheder skal øge mængden af vedvarende elektricitet i deres forsyninger til 33 procent inden 2020.
I en konventionel solcelleanlæg er paneler på den nordlige halvkugle permanent placeret mod syd (i den sydlige vinkel fanger nordvendte paneler mere sol). Men med dette design, kendt som ”fast-tilt”, vender paneler direkte mod solen kun få timer hver dag.
For at skubbe mere elektricitet ud af hvert panel er store solenergiprojektudviklere i de senere år begyndt at tilføje et system af motorer, sensorer og andet gear til stålkonstruktionen, der rekvisierer hvert solcellepanel. Dette system, kaldet en tracker, hjælper med at øge energieffekten ved automatisk at dreje paneler for at holde dem orienteret mod solens stråler.
Trackere er dog dyre. Hver tracker har sin egen motor og gear til at rotere et sæt med flere paneler. De fungerer bedst på en jævn overflade, så ujævn jord skal graderes. Dette tilføjer omkostninger og kan påvirke miljøet på en måde, der gør det vanskeligere at sikre tilladelser. Og kun de dyreste systemer vipper paneler på to akser - øst-vest og nord-syd - hvilket muliggør maksimal soleksponering i alle sæsoner. (Lavere omkostningsversioner vipper kun paneler øst-vest.) Som et resultat tvinger konventionelle sporingssystemer projektsejere til at vælge mellem at investere ekstra tid og penge for at generere yderligere energi eller vælge et billigere system, der vil generere mindre indtægter.
Robotter kan tilbyde et lykkeligt medium, hvilket giver den lavere pris på et enakslet tracker-system den højere energiydelse i et premium dobbeltakse-system. ”Traditionelle trackers med to akser kræver flere motorer og stål, ” siger Randy Wu, generaldirektør for udvikling hos Trina Solar, en solcellepanelproducent og projektudvikler, der planlægger at tilbyde QBotix teknologi som en mulighed i de anlæg, det bygger for investorer. ”QBotix's tilgang er meget anderledes, ” tilføjer han, fordi en QBotix-robot kan udføre arbejdet med hundreder af dobbeltakse trackere. Konstruktionen eliminerer behovet for at installere et felt af motorer, og den hævede skinne gør klassificering unødvendig. ”De kontrollerer miljøet ved at sætte robotik på en jernbane, ” siger Geoffrey Kinsey, direktør for fotovoltaiske teknologier ved det Boston-baserede Fraunhofer Center for Sustainable Energy Systems.
Brug af robotter til at vippe paneler, siger Bokhari, "er som at tilføje en turbo-oplader til din motor." Og de kan også udføre andre job. I en verden af bygning og drift af solenergianlæg, der stadig stort set er afhængig af manuel arbejdskraft, er robotik en voksende tendens. Nogle virksomheder, såsom Alion Energy og Greenbotics, har konstrueret robotter til at udslette det klistrede, solblokerende støv, der har en tendens til at samle sig på solcellepaneler. Et andet design fra Alion installerer solcellepaneler og monteringsudstyr.
Historisk set har ingeniørrobotter til erstatning for mennesker vist sig at være en afskrækkende opgave for nogle brancher, fordi robotter kun udfører en smal opgave og ikke kan tilpasse sig et skiftende miljø eller blive trænet til nye opgaver, siger Kinsey. Indtil for nylig har det gjort robotter til en dyrere og mere risikabel investering end at ansætte mennesker til at udføre job såsom byggeri og elektriske reparationer. Det gør desuden design af robotter til udendørs brug særligt udfordrende.
Fremkomsten af mere kraftfulde processorer, sensorer og sofistikeret software har bidraget til at skrumpe størrelsen på industrirobotter og gøre dem mere mobile og smartere ved at udføre mere komplekse opgaver, siger Kinsey. Han peger på for eksempel Boston-baserede Rethink Robotics, der sidste år afslørede en robot, der var i stand til at lære at udføre forskellige opgaver på en fabriksmonteringslinje og reagere på ændringer som for eksempel forkert placerede dele. Et andet firma, kaldet Kiva Systems (erhvervet af Amazon i 2012), leverer flåder af robotter til lagre rundt om i landet. Styret af en central computer surrer de mobile orange robotter rundt om på lagergulve og scanner stregkoder på jorden for at hente genstande fra hylderne til forsendelse. Og på Tesla Motors fabrik i Californien kan robotter på virksomhedens højt automatiserede samlebånd skifte mellem flere funktioner. "De er som Edward Scissorhands, " siger Kinsey.
Design forbedres. QBotix's robotter er udstyret med GPS, sensorer og trådløst kommunikationsudstyr til at registrere og rapportere deres arbejde. Og virksomheden afslørede en strømlinet version af sit robots-on-rails-system i sommer, hvor det fremviste en mindre, lettere og hurtigere bot, der er i stand til at styre 340 kilowatt solpaneler hvert 40 minut. Det er en række, der er store nok til at dække tagene i 85 typiske enfamiliehuse i Californien. "Det er et aerodynamisk design til robusthed og hastighed - som om du gifter dig med en Hummer med en Lamborghini, " siger Bokhari.
QBotix siger, at dens teknologi kan producere op til 15 procent mere elektricitet end et projekt, der bruger enakslede trackere - uden ekstra omkostninger. "QBotix er et spring foran, fordi det bringer omkostningsvejen langt ned, " siger Wu. "Det er meget tiltalende, "
Virksomheden har planer om at udvikle sin teknologi ud over trackerrobotter. Dets team på 15 ingeniører arbejder på en ny robot, der vil rense solcellepaneler og opdage revner eller andre problemer med solcellepaneler og udstyr, siger Bokhari. Tanken er at bruge det samme skinnesystem, men forskellige robotter til at udføre arbejdet, eller at oprette et system bare til rengørings- og inspektionsrobotterne.
Selvom brugen af robotter til at justere solcellepaneler er et sundt forslag, siger Kinsey, er den dag, hvor robotter vil overhale mennesker i at gøre det meste af bygningen og driften af solenergianlæg langt væk. Hjælpeprogrammer, der ønsker at købe elektricitet fra soludviklere, ønsker at låse strømpriserne i 20 år eller mere, så potentielle kunder ønsker forsikringer om, at ny teknologi fra nye virksomheder som QBotix og dets peers vil være pålidelige på lang sigt. Ved hver runde af sporet indsamler robotterne data for at gøre deres sag.
