Un robot argenteo lucido sfreccia lungo una pista in una prigione della contea di Dublino, in California, e si ferma accanto a una serie di pannelli solari sostenuti da un braccio gigante. Il robot si aggancia alla base del braccio e lo gira lentamente, inclinando la faccia dei pannelli come fiori verso il sole. Inclinando i pannelli solari in questo modo, il robot aiuta i pannelli a catturare più raggi e produrre più energia.
Questo robot, delle dimensioni di un forno a microonde, nasce da un'idea di QBotix, una società di tre anni con sede nella Silicon Valley che ha svelato la sua creazione lo scorso anno. Mentre inclinare i pannelli solari per tracciare il movimento del sole non è un nuovo concetto, QBotix ha escogitato un nuovo approccio che sfrutta i progressi della tecnologia robotica realizzati negli ultimi due decenni. Se l'idea dovesse avere successo, potrebbe portare a energie rinnovabili più economiche e ad un uso più efficiente della terra per grandi impianti solari.
Tali innovazioni sono importanti se l'elettricità solare deve raggiungere costi paragonabili all'energia generata da combustibili fossili come carbone e gas naturale. E in un momento in cui molti impianti solari vengono costruiti o pianificati per remote regioni desertiche, in cui la luce solare e vaste aree di terra non sviluppata sono abbondanti, la robotica offre un modo per ridurre al minimo la necessità per i lavoratori sul posto di pulire, riparare e monitorare i pannelli solari e attrezzature di localizzazione.
La costruzione di una centrale solare su larga scala oggi richiede in genere eserciti di lavoratori per scavare fossati, versare calcestruzzo, rimuovere alberi, saldare travi e distribuire materiali, tra le altre attività. Una volta avviato un progetto, gli operatori degli impianti di solito impiegano persone per pulire i pannelli utilizzando un tubo flessibile e un tergipavimento gigante, o macchinari pesanti dotati di un braccio meccanico per la spruzzatura e la pulizia. Altri lavoratori sono necessari per riparare o sostituire pannelli e parti problematici e gli operatori di impianti solari a volte assumono piloti per sorvolare i loro array e scattare immagini a infrarossi per individuare crepe, cortocircuiti e altri malfunzionamenti che causano il riscaldamento di un pannello. L'inclinazione dei pannelli solari per tracciare il sole viene realizzata, se non del tutto, mediante centinaia di costosi motori e tonnellate di acciaio.
Il design di QBotix, implementato in cinque siti pilota in California, Arizona e Giappone, invia robot che sfrecciano lungo una elevata monorotaia costruita accanto a file di pannelli solari. Ogni robot alimentato a batteria è programmato per regolare più di mille pannelli in una sequenza accuratamente coreografata, inclinando ogni pannello nel suo gregge assegnato di 10 gradi ogni 40 minuti per tenere il passo con l'arco del sole. Quando la carica della batteria si sta esaurendo, il robot si sposta su un punto di ricarica in cima alla monorotaia e si collega.
"Volete produrre quanta più energia possibile dai pannelli solari perché quell'energia è il vostro reddito", afferma Wasiq Bokhari, fondatore e CEO di QBotix. I servizi pubblici sono spesso disposti a pagare un premio per l'energia rinnovabile fornita durante i periodi di forte domanda, come la metà del pomeriggio, in gran parte a causa di ambiziosi mandati di energia rinnovabile da parte dello stato o dei governi locali. Questi sforzi per ridurre le emissioni di carbonio hanno alimentato un boom nello sviluppo di impianti solari, in particolare negli stati occidentali come la California, dove i servizi pubblici devono aumentare la quantità di elettricità rinnovabile nelle loro forniture al 33 percento entro il 2020.
In una fattoria solare convenzionale, i pannelli nell'emisfero settentrionale sono posizionati in modo permanente rivolti a sud (nell'angolo meridionale, i pannelli rivolti a nord catturano più sole). Ma con questo design, noto come "inclinazione fissa", i pannelli si affacciano direttamente sul sole solo per poche ore al giorno.
Per spremere più elettricità da ciascun pannello, negli ultimi anni i grandi sviluppatori di progetti solari hanno iniziato ad aggiungere un sistema di motori, sensori e altri dispositivi alla struttura in acciaio che sostiene ciascun pannello solare. Questo sistema, chiamato tracker, aiuta ad aumentare la produzione di energia ruotando automaticamente i pannelli per tenerli orientati ai raggi del sole.
I tracker, tuttavia, sono costosi. Ogni inseguitore ha il proprio motore e ingranaggio per ruotare una serie di più pannelli. Funzionano meglio su una superficie piana, quindi il terreno irregolare deve essere classificato. Ciò aggiunge costi e può avere un impatto sull'ambiente in un modo che rende più difficile garantire i permessi. E solo i sistemi più costosi inclinano i pannelli su due assi - est-ovest e nord-sud - consentendo la massima esposizione al sole in tutte le stagioni. (Le versioni a basso costo inclinano i pannelli solo est-ovest.) Di conseguenza, i sistemi di tracciamento convenzionali costringono i proprietari dei progetti a scegliere tra investire tempo e denaro extra per generare energia aggiuntiva o optare per un sistema meno costoso che genererà meno entrate.
I robot possono offrire un mezzo felice, offrendo il prezzo più basso di un sistema di localizzazione ad asse singolo con la più alta produzione di energia di un sistema a doppio asse premium. "I tracker tradizionali a doppio asse richiedono più motori e acciaio", afferma Randy Wu, direttore generale dello sviluppo di Trina Solar, produttore di pannelli solari e sviluppatore di progetti che prevede di offrire la tecnologia QBotix come opzione negli impianti che costruisce per gli investitori. "L'approccio di QBotix è molto diverso", aggiunge, perché un robot QBotix può svolgere il lavoro di centinaia di inseguitori a doppio asse. Il design elimina la necessità di installare un campo di motori e la rotaia elevata rende superflua la classificazione. "Controllano l'ambiente mettendo la robotica su una ferrovia", afferma Geoffrey Kinsey, direttore delle tecnologie fotovoltaiche presso il Fraunhofer Center di Boston per i sistemi energetici sostenibili.
Usando i robot per inclinare i pannelli, Bokhari afferma che "è come aggiungere un turbocompressore al tuo motore". E possono svolgere anche altri lavori. Nel mondo della costruzione e del funzionamento di impianti di energia solare, che si basa ancora in gran parte sul lavoro manuale, la robotica è una tendenza emergente. Alcune aziende, come Alion Energy e Greenbotics, hanno progettato robot per spazzare via la polvere appiccicosa e che blocca il sole che tende ad accumularsi sui pannelli solari. Un altro design di Alion installa pannelli solari e attrezzature di montaggio.
Storicamente, l'ingegneria dei robot per sostituire gli umani ha dimostrato di essere un compito scoraggiante per alcuni settori perché i robot svolgono solo un compito ristretto e non possono adattarsi a un ambiente in evoluzione o addestrarsi per nuovi compiti, afferma Kinsey. Fino a poco tempo fa, ciò ha reso i robot un investimento più costoso e più rischioso rispetto all'assunzione di esseri umani per svolgere lavori come la costruzione e le riparazioni elettriche. Inoltre, la progettazione di robot per uso esterno è particolarmente impegnativa.
L'emergere di processori, sensori e software sofisticati più potenti ha contribuito a ridurre le dimensioni dei robot industriali e renderli più mobili e più intelligenti nell'esecuzione di compiti più complessi, afferma Kinsey. Indica ad esempio la Rethink Robotics di Boston, che l'anno scorso ha svelato un robot in grado di imparare a svolgere diversi compiti su una catena di montaggio della fabbrica e di reagire a cambiamenti come parti fuori posto. Un'altra società, chiamata Kiva Systems (acquisita da Amazon nel 2012), sta fornendo flotte di robot ai magazzini di tutto il paese. Controllati da un computer centrale, i robot arancioni mobili ronzano intorno ai piani del magazzino e scansionano i codici a barre sul terreno per recuperare gli articoli dagli scaffali per la spedizione. E nello stabilimento di Tesla Motors in California, i robot della catena di montaggio altamente automatizzata dell'azienda possono passare da una funzione all'altra. "Sono come Edward mani di forbice", dice Kinsey.
I disegni stanno migliorando. I robot QBotix sono dotati di GPS, sensori e apparecchiature di comunicazione wireless per registrare e segnalare il loro lavoro. E la società ha svelato una versione semplificata del suo sistema di robot su rotaia quest'estate, presentando un robot più piccolo, leggero e veloce in grado di gestire 340 kilowatt di pannelli solari ogni 40 minuti. È un array abbastanza grande da coprire i tetti di 85 tipiche case unifamiliari in California. "È un design aerodinamico per robustezza e velocità, come se si sposasse un Hummer con una Lamborghini", afferma Bokhari.
QBotix afferma che la sua tecnologia potrebbe produrre fino al 15 percento in più di elettricità rispetto a un progetto utilizzando inseguitori ad asse singolo, senza costi aggiuntivi. "QBotix è un passo avanti perché ha ridotto i costi", afferma Wu. "È molto interessante"
La società ha in programma di sviluppare la sua tecnologia oltre i robot tracker. Il suo team di 15 ingegneri sta lavorando a un nuovo robot in grado di pulire i pannelli solari e rilevare crepe o altri problemi con i pannelli e le apparecchiature solari, afferma Bokhari. L'idea è quella di utilizzare lo stesso sistema di binari ma robot diversi per svolgere il lavoro o per impostare un sistema solo per i robot di pulizia e ispezione.
Sebbene l'utilizzo dei robot per regolare i pannelli solari sia una proposta valida, Kinsey afferma, il giorno in cui i robot sorpasseranno gli esseri umani nel fare la maggior parte della costruzione e della gestione delle centrali solari rimane lontano. Le utility che cercano di acquistare elettricità dagli sviluppatori solari vogliono bloccare i prezzi dell'energia per 20 anni o più, quindi i potenziali clienti vogliono essere sicuri che le nuove tecnologie di nuove società come QBotix e i suoi colleghi saranno affidabili a lungo termine. Ad ogni round della traccia, i robot stanno raccogliendo dati per fare valere la propria causa.
