En skinnende sølvrobot glidelås langs et spor ved et fylkes fengsel i Dublin, California, og stopper ved siden av et sett med solcellepaneler støttet opp av en gigantisk arm. Roboten låser seg på bunnen av armen og vender den sakte, vipper panelenes ansikt som blomster mot solen. Ved å vinkle solcellepanelene akkurat slik, hjelper roboten panelene med å fange flere stråler og produsere mer energi.
Denne roboten, omtrent på størrelse med en mikrobølgeovn, er hjernen til QBotix, et tre år gammelt selskap med base i Silicon Valley som avduket etableringen i fjor. Mens vippe solcellepaneler for å spore solens bevegelse ikke er et nytt konsept, har QBotix kommet med en ny tilnærming som gjør bruk av fremskritt innen robotteknologi gjort de siste to tiårene. Hvis ideen viser seg vellykket, kan den føre til billigere fornybar energi og mer effektiv bruk av land til store solenergianlegg.
Slike nyvinninger er viktige hvis solenergi skal oppnå kostnader som kan sammenlignes med kraft produsert av fossile brensler som kull og naturgass. Og i en tid hvor mange solenergianlegg bygges eller planlegges for avsidesliggende ørkenregioner, der det er rikelig med sollys og brede skår av ubebygd land, tilbyr robotikk en måte å minimere behovet for arbeidere på stedet for å rengjøre, reparere og overvåke solcellepaneler og sporingsutstyr.
Bygging av et storskala solkraftverk i dag krever typisk hærer av arbeidere å grave grøfter, helle betong, fjerne trær, sveise bjelker og fordele materialer, blant andre oppgaver. Når et prosjekt er i gang, bruker anleggsoperatører vanligvis folk til å rengjøre panelene ved hjelp av en slange og gigantisk nal, eller tunge maskiner utstyrt med en mekanisk arm for sprøyting og tørking. Andre arbeidere er nødvendige for å reparere eller erstatte problematiske paneler og deler, og solcelleanleggsoperatører leier noen ganger piloter til å fly over sine matriser og knipse infrarøde bilder for å oppdage sprekker, kortslutninger og andre funksjonsfeil som får et panel til å varme opp. Tiltning av solcellepaneler for å spore solen oppnås, om i det hele tatt, ved hjelp av hundrevis av kostbare motorer og tonn stål.
QBotixs design, distribuert på fem pilotsteder i California, Arizona og Japan, sender roboter med glidelås langs en forhøyet monorail konstruert langs rader med solcellepaneler. Hver batteridrevet bot er programmert til å justere mer enn tusen paneler i en nøye koreografert sekvens, og vipper hvert panel i sin tildelte flokk med 10 grader hvert 40 minutt for å holde tritt med solens lysbue. Når batteriets lading blir lav, manøvrerer roboten seg til et ladepunkt på toppen av monorail, og plugges inn.
"Du vil produsere så mye energi fra solcellepanelene som mulig fordi den energien er inntektene dine, " sier Wasiq Bokhari, grunnlegger og administrerende direktør i QBotix. Verktøy er ofte villige til å betale en premie for fornybar kraft levert i tider med stor etterspørsel, for eksempel midt på ettermiddagen, i stor grad på grunn av ambisiøse mandater for fornybar energi fra statlige eller lokale myndigheter. Disse anstrengelsene for å redusere karbonutslipp har gitt en oppsving i solenergiutbyggingen, spesielt i vestlige delstater som California, der verktøy må øke mengden fornybar elektrisitet i forsyningene til 33 prosent innen 2020.
I en konvensjonell solcelleanlegg er paneler på den nordlige halvkule permanent plassert mot sør (i sørvinkelen fanger nordvendte paneler mer sol). Men med denne designen, kjent som “fast-tilt”, paneler vender mot solen direkte i noen få timer hver dag.
For å skvise mer strøm ut av hvert panel, har store solprosjektutviklere de siste årene begynt å legge til et system av motorer, sensorer og annet utstyr til stålkonstruksjonen som støtter opp hvert solcellepanel. Dette systemet, kalt en tracker, bidrar til å øke energiproduksjonen ved å rotere paneler automatisk for å holde dem orientert mot solstrålene.
Trackere er imidlertid dyre. Hver tracker har sin egen motor og gir for å rotere et sett med flere paneler. De fungerer best på et jevnt underlag, så ujevn grunn må graderes. Dette tilfører kostnader og kan påvirke miljøet på en måte som gjør det vanskeligere å sikre tillatelser. Og bare de dyreste systemene vipper paneler på to akser - øst-vest og nord-sør - som muliggjør maksimal soleksponering i alle årstider. (Lavere kostnadsversjoner vipper kun paneler øst-vest.) Som et resultat tvinger konvensjonelle sporingssystemer prosjekteiere til å velge mellom å investere ekstra tid og penger for å generere ekstra energi, eller velge et rimeligere system som vil gi mindre inntekter.
Roboter kan tilby et lykkelig medium, noe som gir lavere pris på et enakslet tracker-system med høyere energiutbytte fra et premium dobbeltakssystem. "Tradisjonelle trackers med to akser krever mer motorer og stål, " sier Randy Wu, daglig leder for utvikling hos Trina Solar, en solcellepanelprodusent og prosjektutvikler som planlegger å tilby QBotix teknologi som et alternativ i anleggene den bygger for investorer. "QBotix tilnærming er veldig annerledes, " legger han til, fordi en QBotix-robot kan utføre arbeidet med hundrevis av to-aksede trackere. Utformingen eliminerer behovet for å installere et felt av motorer, og den hevede skinnen gjør gradering unødvendig. "De kontrollerer miljøet ved å sette robotikk på en skinne, " sier Geoffrey Kinsey, direktør for solcelleteknologier ved det Boston-baserte Fraunhofer Center for Sustainable Energy Systems.
Å bruke roboter for å vippe paneler, sier Bokhari, "er som å legge en turbolader til motoren din." Og de kan utføre andre jobber også. I verden av konstruksjon og drift av solkraftverk, som fremdeles i stor grad er avhengig av manuell arbeidskraft, er robotikk en gryende trend. Noen selskaper, som Alion Energy og Greenbotics, har konstruert roboter for å tørke bort det klebrig, solblokkerende støvet som har en tendens til å samle seg på solcellepaneler. En annen design fra Alion installerer solcellepaneler og monteringsutstyr.
Historisk har ingeniørroboter for å erstatte mennesker vist seg å være en skremmende oppgave for noen bransjer fordi roboter bare utfører en smal oppgave og ikke kan tilpasse seg et skiftende miljø eller få opplæring til nye oppgaver, sier Kinsey. Inntil nylig har det gjort roboter til en dyrere og mer risikabel investering enn å ansette mennesker til å gjøre jobber som bygging og elektriske reparasjoner. Det gjør også utforming av roboter for utendørs bruk spesielt utfordrende.
Fremveksten av kraftigere prosessorer, sensorer og sofistikert programvare har bidratt til å krympe størrelsen på industriroboter og gjøre dem mer mobile og smartere når de utfører mer komplekse oppgaver, sier Kinsey. Han peker på for eksempel Boston-baserte Rethink Robotics, som i fjor avduket en robot som var i stand til å lære å utføre forskjellige oppgaver på en fabrikkmonteringslinje og reagere på endringer som for eksempel feilplasserte deler. Et annet selskap, kalt Kiva Systems (kjøpt av Amazon i 2012), leverer flåter med roboter til varehus rundt om i landet. Kontrollert av en sentral datamaskin, surrer de mobile oransje robotene rundt lagergulv og skanner strekkoder på bakken for å hente gjenstander fra hyllene for levering. Og på Tesla Motors fabrikk i California, kan roboter på selskapets høyt automatiserte samlebånd bytte mellom flere funksjoner. "De er som Edward Scissorhands, " sier Kinsey.
Design forbedrer seg. QBotixs roboter er utstyrt med GPS, sensorer og trådløst kommunikasjonsutstyr for å registrere og rapportere arbeidet sitt. Og selskapet avduket en strømlinjeformet versjon av sitt robot-on-rails-system i sommer, og viser frem en mindre, lettere og raskere bot som er i stand til å håndtere 340 kilowatt solcellepaneler hvert 40 minutt. Det er en rekke store nok til å dekke hustakene til 85 typiske eneboliger i California. "Det er en aerodynamisk design for robusthet og hastighet - som om du gifter deg med en Hummer med en Lamborghini, " sier Bokhari.
QBotix sier at teknologien kan produsere opptil 15 prosent mer strøm enn et prosjekt som bruker spor med en akse - uten ekstra kostnad. "QBotix er et sprang fremover fordi det har brakt kostnaden langt ned, " sier Wu. "Det er veldig tiltalende, "
Selskapet har planer om å utvikle sin teknologi utover sporingsroboter. Teamet på 15 ingeniører jobber med en ny robot som vil rense solcellepaneler og oppdage sprekker eller andre problemer med solcellepaneler og utstyr, sier Bokhari. Tanken er å bruke det samme skinnesystemet, men forskjellige roboter for å utføre arbeidet, eller å sette opp et system bare for rengjørings- og inspeksjonsrobotene.
Selv om det å bruke roboter for å justere solcellepaneler er en lydproposisjon, sier Kinsey, er dagen da roboter vil forbikøye mennesker ved å gjøre det meste av bygningen og driften av solkraftverk fortsatt langt unna. Verktøy som ønsker å kjøpe strøm fra solenergiutviklere ønsker å låse inn strømprisene i 20 år eller mer, slik at potensielle kunder ønsker forsikringer om at ny teknologi fra nye selskaper som QBotix og dets kolleger vil være pålitelig på lang sikt. Med hver runde av banen samler robotene data for å gjøre saken sin.
