カリフォルニアのダブリンにある郡刑務所の線路に沿って輝く銀色のロボットがジップし、巨大な腕に支えられたソーラーパネルの横に止まります。 ロボットは腕の付け根にラッチをかけ、ゆっくりと回して、花のようなパネルの面を太陽に傾けます。 ロボットは、ソーラーパネルをそのように傾けることで、パネルがより多くの光線をキャッチし、より多くのエネルギーを生成できるようにします。
このロボットは、電子レンジほどの大きさで、昨年シリコンバレーに設立された3年前の会社であるQBotixの発案です。 太陽電池パネルを傾けて太陽の動きを追跡することは新しい概念ではありませんが、QBotixは過去20年にわたって行われたロボット技術の進歩を活用する新しいアプローチを考案しました。 アイデアが成功すると、安価な再生可能エネルギーと大規模な太陽光発電設備のための土地のより効率的な使用につながる可能性があります。
このような革新は、石炭や天然ガスなどの化石燃料によって生成される電力に匹敵するコストを達成するために太陽光発電が重要である場合に重要です。 また、太陽光や未開発の土地が豊富な遠隔砂漠地域で多くの太陽光発電所が建設または計画されている中で、ロボット工学は、現場の労働者が太陽光パネルを清掃、修理、監視する必要性を最小限に抑える方法を提供しますおよび追跡装置。
今日の大規模な太陽光発電所の建設には、通常、労働者の軍隊が溝を掘り、コンクリートを注ぎ、木を取り除き、梁を溶接し、材料を配布するなどのタスクが必要です。 プロジェクトが立ち上がると、工場のオペレーターは通常、ホースと巨大なスキージ、またはスプレーとワイプ用の機械アームを備えた重機を使用してパネルを清掃するために人を雇います。 問題のあるパネルや部品の修理や交換には他の作業員が必要です。また、太陽光発電所のオペレーターは、パイロットを雇ってアレイ上を飛行させ、赤外線画像をスナップしてパネルを加熱する亀裂、短絡、その他の機能不良を発見することがあります。 太陽電池パネルを傾けて太陽を追跡することは、たとえあったとしても、何百もの高価なモーターと大量の鉄鋼によって達成されます。
QBotixの設計は、カリフォルニア、アリゾナ、および日本の5つのパイロットサイトで展開され、ソーラーパネルの列に沿って構築された高架モノレールに沿ってロボットを動かします。 バッテリー駆動の各ボットは、慎重に振り付けられた順序で1, 000枚以上のパネルを調整するようにプログラムされており、割り当てられた群れの各パネルを40分ごとに10度ずつ傾けて太陽の弧に合わせます。 バッテリーの充電量が少なくなると、ロボットはモノレールの上の充電ポイントまで移動し、プラグを差し込みます。
「ソーラーパネルから可能な限り多くのエネルギーを生産したいのは、そのエネルギーが収益であるためです」と、QBotixの創設者兼CEOであるWasiq Bokhariは述べています。 多くの場合、公益事業者は、州や地方政府による野心的な再生可能エネルギーの命令により、午後半ばなどの需要の高い時間帯に供給される再生可能電力に対してプレミアムを支払うことをwillわない。 炭素排出量を削減するこれらの取り組みは、特にカリフォルニアのような西部の州で、太陽光発電所の開発のブームを加速させました。
従来のソーラーファームでは、北半球のパネルは恒久的に南向きに配置されます（南向きの角度では、北向きのパネルがより多くの太陽を捉えます）。 しかし、「固定傾斜」として知られるこの設計では、パネルは毎日数時間だけ太陽に直接面しています。
各パネルからより多くの電力を引き出すために、近年の大規模なソーラープロジェクト開発者は、各ソーラーパネルを支える鉄骨構造にモーター、センサー、その他のギアのシステムを追加し始めています。 トラッカーと呼ばれるこのシステムは、自動的にパネルを回転させて太陽光線に合わせてパネルを維持することにより、エネルギー出力を増加させます。
ただし、トラッカーは高価です。 各トラッカーには、いくつかのパネルのセットを回転させるための独自のモーターとギアがあります。 それらは平らな表面で最もよく機能するため、不均一な地面は傾斜させる必要があります。 これはコストを追加し、許可証の保護をより困難にする方法で環境に影響を与える可能性があります。 そして、最も高価なシステムだけが、2つの軸（東西と南北）でパネルを傾けて、すべての季節の最大の日光暴露を可能にします。 （低価格版はパネルを東西にのみ傾けます。）その結果、従来の追跡システムでは、プロジェクトの所有者は追加のエネルギーを生成するために余分な時間とお金を投資するか、収益の少ない低コストのシステムを選択する必要があります。
ロボットは幸せな媒体を提供することができ、一軸トラッカーシステムの低価格と、プレミアム二軸システムの高エネルギー出力を提供します。 「従来の2軸トラッカーには、より多くのモーターとスチールが必要です」と、投資家向けに建設するプラントのオプションとしてQBotixの技術を提供する予定のソーラーパネルメーカーでプロジェクト開発者のTrina Solarの開発部長であるRandy Wu氏は言います。 「QBotixのアプローチは非常に異なっています」と彼は付け加えます。なぜなら、1つのQBotixロボットが何百もの二軸トラッカーの仕事をすることができるからです。 この設計により、モーターのフィールドを設置する必要がなくなり、高架レールによりグレーディングが不要になります。 「ロボットを軌道に乗せることで環境を制御します」と、ボストンに本拠を置く持続可能なエネルギーシステムのためのフラウンホーファーセンターの太陽光発電技術のディレクターであるジェフリーキンゼイは言います。
ボカリ氏は、ロボットを使用してパネルを傾けると、「エンジンにターボチャージャーを追加するようなものです」と述べています。 また、他のジョブも実行できます。 依然として手作業に大きく依存している太陽光発電所の建設と運用の世界では、ロボット工学が新たなトレンドとなっています。 Alion EnergyやGreenboticsなどの一部の企業は、太陽電池パネルに蓄積する傾向がある粘着性の日焼け止めダストを拭き取るロボットを設計しています。 Alionの別の設計では、ソーラーパネルと取り付け装置を設置します。
歴史的に、ロボットは狭いタスクを実行するだけで、変化する環境に適応したり、新しいタスクの訓練を受けたりすることができないため、人間に代わるロボットのエンジニアリングは、いくつかの業界にとって困難なタスクであると証明されています。 最近まで、それはロボットを建設や電気修理などの仕事をするために人を雇うよりも高価で危険な投資にしました。 また、屋外で使用するためのロボットの設計が特に困難になります。
より強力なプロセッサ、センサー、および洗練されたソフトウェアの出現は、産業用ロボットのサイズを縮小し、より複雑なタスクを実行する際のモバイル性とスマート性を高めるのに役立ちました、とキンゼイは言います。 たとえば、ボストンに拠点を置くRethink Roboticsを指しています。昨年、工場の組立ラインでさまざまなタスクを実行し、部品の置き忘れなどの変化に対応することを学習できるロボットを発表しました。 Kiva Systems（2012年にAmazonが買収）と呼ばれる別の会社は、ロボットの艦隊を全国の倉庫に供給しています。 オレンジ色のモバイルロボットは、中央コンピューターで制御され、倉庫の床をぶらぶらし、地面のバーコードをスキャンして、棚から商品を取り出して出荷します。 また、カリフォルニア州のテスラモーターズの工場では、同社の高度に自動化された組立ラインのロボットが複数の機能を切り替えることができます。 「それらはエドワード・シザーハンズのようなものです」とキンゼイは言います。
デザインは改善されています。 QBotixのロボットには、作業を記録および報告するためのGPS、センサー、および無線通信機器が装備されています。 同社は今年の夏、ロボットオンレールシステムの合理化されたバージョンを発表し、40分ごとに340キロワットのソーラーパネルを管理できる小型、軽量、高速のボットを紹介しました。 これは、カリフォルニアの典型的な一戸建て住宅85軒の屋根を覆うのに十分な大きさの配列です。 「頑丈さとスピードを実現する空力設計です。まるでハマーとランボルギーニを結婚させるかのように」とボカリは言います。
QBotixによると、その技術は追加費用なしで、単軸トラッカーを使用するプロジェクトよりも最大15％多くの電力を生成できます。 「QBotixは、コストを大幅に削減したため、飛躍的な進歩を遂げています」とWu氏は言います。「非常に魅力的です」
同社は、トラッカーロボットを超えた技術開発を計画しています。 ボカリ氏によると、15人のエンジニアからなるチームは、ソーラーパネルを清掃し、ソーラーパネルや機器の亀裂やその他の問題を検出する新しいロボットの開発に取り組んでいます。 アイデアは、同じレールシステムを使用しますが、異なるロボットを使用して作業を行うか、清掃ロボットと検査ロボット専用のシステムをセットアップすることです。
ロボットを使用してソーラーパネルを調整することは適切な提案ですが、太陽光発電所の建設と運営のほとんどをロボットが人間を追い抜く日は遠いままです。 ソーラー開発者から電力を購入しようとしている公共事業者は、20年以上にわたって電力価格を固定したいと考えているため、見込み客はQBotixやその仲間のような新会社の新しい技術が長期にわたって信頼できることを保証したいと考えています。 トラックの各ラウンドで、ロボットはケースを作成するためにデータを収集しています。
