Блестящий серебряный робот проносится вдоль дорожки в окружной тюрьме в Дублине, штат Калифорния, и останавливается возле ряда солнечных батарей, подпираемых гигантской рукой. Робот фиксируется на основании руки и медленно поворачивает его, наклоняя лицо панелей, как цветы к солнцу. Благодаря наклону солнечных панелей робот помогает панелям улавливать больше лучей и производить больше энергии.
Этот робот размером с микроволновую печь является детищем QBotix, трехлетней компании, базирующейся в Силиконовой долине, которая представила свое создание в прошлом году. В то время как наклон солнечных панелей для отслеживания движения солнца не является новой концепцией, QBotix разработал новый подход, который использует достижения в робототехнике, достигнутые за последние два десятилетия. Если идея окажется успешной, это может привести к удешевлению возобновляемой энергии и более эффективному использованию земли для больших солнечных установок.
Такие инновации важны, если солнечное электричество позволяет достичь затрат, сопоставимых с мощностью, вырабатываемой ископаемым топливом, таким как уголь и природный газ. И в то время, когда многие солнечные электростанции строятся или планируются для отдаленных пустынных районов, где много солнечного света и широких полос незастроенной земли, робототехника предлагает способ минимизировать необходимость для рабочих на месте чистить, ремонтировать и контролировать солнечные батареи и отслеживающее оборудование.
Строительство крупной солнечной электростанции сегодня, как правило, требует, чтобы армии рабочих копали канавы, заливали бетон, убирали деревья, сваривали балки и распределяли материалы, помимо других задач. Когда проект запускается и запускается, операторы завода обычно нанимают людей для очистки панелей с помощью шланга и гигантского ракеля или тяжелой техники, оснащенной механическим рычагом для распыления и очистки. Другие рабочие нуждаются в ремонте или замене проблемных панелей и деталей, и операторы солнечных установок иногда нанимают пилотов, чтобы пролетать над их массивами и снимать инфракрасные изображения, чтобы обнаружить трещины, короткие замыкания и другие неисправности, которые вызывают нагрев панели. Наклон солнечных панелей для отслеживания солнца достигается, если это вообще возможно, с помощью сотен дорогих двигателей и тонн стали.
Конструкция QBotix, развернутая на пяти пилотных площадках в Калифорнии, Аризоне и Японии, направляет роботов на молнии вдоль надземной монорельсовой дороги, построенной вдоль рядов солнечных панелей. Каждый робот с батарейным питанием запрограммирован на настройку более тысячи панелей в тщательно отобранной последовательности, наклоняя каждую панель в назначенном им стаде на 10 градусов каждые 40 минут, чтобы не отставать от солнечной дуги. Когда заряд батареи заканчивается, робот маневрирует в точке зарядки на вершине монорельса и подключается.
«Вы хотите производить как можно больше энергии из солнечных батарей, потому что эта энергия - ваш доход», - говорит Васик Бохари, основатель и генеральный директор QBotix. Коммунальные службы часто готовы платить надбавку за возобновляемую электроэнергию, поставляемую в периоды высокого спроса, например, в середине дня, в значительной степени из-за амбициозных мандатов в области возобновляемой энергии со стороны правительства штата или местных органов власти. Эти усилия по сокращению выбросов углерода вызвали бум в развитии солнечной электростанции, особенно в западных штатах, таких как Калифорния, где коммунальные предприятия должны увеличить количество возобновляемой электроэнергии в своих поставках до 33 процентов к 2020 году.
В обычной солнечной ферме панели в северном полушарии постоянно расположены лицом к югу (в южном углу панели, обращенные на север, захватывают больше солнца). Но с таким дизайном, известным как «фиксированный наклон», панели обращены к солнцу только на несколько часов каждый день.
Чтобы выжать больше электричества из каждой панели, разработчики крупных солнечных проектов в последние годы начали добавлять систему двигателей, датчиков и другого оборудования в стальную конструкцию, которая подпирает каждую солнечную панель. Эта система, называемая трекером, помогает увеличить выход энергии за счет автоматического вращения панелей, чтобы держать их ориентированными на солнечные лучи.
Трекеры, однако, дороги. Каждый трекер имеет свой собственный мотор и механизм для вращения набора из нескольких панелей. Они лучше всего работают на ровной поверхности, поэтому неровная поверхность должна быть оценена. Это увеличивает стоимость и может воздействовать на окружающую среду таким образом, что затрудняет получение разрешений. И только самые дорогие системы наклона панелей по двум осям - восток-запад и север-юг - обеспечивают максимальное пребывание на солнце в любое время года. (Недорогие версии наклоняют панели только восток-запад.) В результате обычные системы отслеживания вынуждают владельцев проектов выбирать между вложением дополнительного времени и денег для получения дополнительной энергии или выбором более дешевой системы, которая будет приносить меньший доход.
Роботы могут предложить удобную среду, предлагая более низкую цену на одноосную систему отслеживания и более высокую выходную мощность премиальной двухосной системы. «Традиционные двухосные трекеры требуют больше двигателей и стали», - говорит Рэнди Ву, генеральный менеджер по разработке Trina Solar, производителя солнечных панелей и разработчика проектов, который планирует предложить технологию QBotix в качестве опции на заводах, которые он строит для инвесторов. «Подход QBotix очень отличается», добавляет он, потому что один робот QBotix может выполнять работу сотен двухосевых трекеров. Конструкция исключает необходимость установки поля двигателей, а повышенный рельс делает ненужной сортировку. «Они контролируют окружающую среду, поставляя робототехнику на рельс», - говорит Джеффри Кинси, директор по фотоэлектрическим технологиям в Бостонском центре устойчивых энергетических систем Фраунгофера.
По словам Бохари, использование роботов для наклона панелей «все равно что добавить турбонагнетатель к вашему двигателю». И они могут выполнять и другие работы. В мире строительства и эксплуатации солнечных электростанций, который все еще в значительной степени зависит от ручного труда, робототехника является новой тенденцией. Некоторые компании, такие как Alion Energy и Greenbotics, разработали роботов для вытирания липкой, защищающей от солнца пыли, которая накапливается на солнечных панелях. Другой дизайн от Alion устанавливает солнечные батареи и монтажное оборудование.
Исторически сложилось так, что инженерные роботы для замены людей оказались сложной задачей для некоторых отраслей, потому что роботы выполняют только узкие задачи и не могут адаптироваться к изменяющейся среде или обучаться новым задачам, говорит Кинси. До недавнего времени это делало роботов более дорогими и рискованными инвестициями, чем наем людей для выполнения таких работ, как строительство и ремонт электрооборудования. Это также делает разработку роботов для наружного использования особенно сложной.
По словам Кинси, появление более мощных процессоров, датчиков и сложного программного обеспечения помогло сократить размеры промышленных роботов и сделать их более мобильными и умными при выполнении более сложных задач. Например, он указывает на базирующуюся в Бостоне компанию Rethink Robotics, которая в прошлом году представила робота, способного научиться выполнять различные задачи на заводской сборочной линии и реагировать на такие изменения, как неуместные детали. Другая компания, которая называется Kiva Systems (приобретена Amazon в 2012 году), поставляет парки роботов на склады по всей стране. Управляемые центральным компьютером мобильные оранжевые роботы жужжат по этажам склада и сканируют штрих-коды на земле, чтобы забрать предметы с полок для отправки. А на заводе Tesla Motors в Калифорнии роботы на высокоавтоматизированной сборочной линии компании могут переключаться между несколькими функциями. «Они как Эдвард руки-ножницы», - говорит Кинси.
Дизайн улучшается. Роботы QBotix оснащены GPS, датчиками и оборудованием беспроводной связи для записи и составления отчетов о своей работе. И этим летом компания представила модернизированную версию своей системы «роботы на рельсах», демонстрируя меньшего, более легкого и более быстрого бота, способного управлять 340 киловаттами солнечных батарей каждые 40 минут. Это достаточно большой массив, чтобы покрыть крыши 85 типичных домов в Калифорнии. «Это аэродинамический дизайн для прочности и скорости - как если бы вы женились на Hummer и Lamborghini», - говорит Бохари.
QBotix говорит, что его технология может производить до 15 процентов больше электроэнергии, чем проект, использующий одноосные трекеры - без дополнительных затрат. «QBotix на шаг впереди, потому что он снизил стоимость, - говорит Ву. - Это очень привлекательно».
Компания планирует развивать свою технологию за пределами роботов-трекеров. По словам Бохари, его команда из 15 инженеров работает над новым роботом, который будет чистить солнечные батареи и обнаруживать трещины или другие проблемы с солнечными батареями и оборудованием. Идея состоит в том, чтобы использовать ту же систему рельсов, но разных роботов для выполнения работы, или настроить систему только для роботов-уборщиков и инспекторов.
Кинси говорит, что использование роботов для регулировки солнечных панелей является разумным предложением, но день, когда роботы обгонят людей при выполнении большей части строительства и эксплуатации солнечных электростанций, еще далек. Коммунальные предприятия, желающие покупать электроэнергию у разработчиков солнечной энергии, хотят зафиксировать цены на электроэнергию на 20 и более лет, поэтому потенциальные клиенты хотят получить гарантии того, что новые технологии от новых компаний, таких как QBotix и его коллег, будут надежными в течение длительного времени. С каждым раундом трассы роботы собирают данные, чтобы обосновать свое мнение.
