Un robot argenté brillant zippe le long d'une piste dans une prison de comté à Dublin, en Californie, et s'arrête à côté d'un ensemble de panneaux solaires soutenus par un bras géant. Le robot s’accroche à la base du bras et le tourne lentement, en inclinant la face des panneaux comme des fleurs au soleil. En orientant les panneaux solaires de la même manière, le robot les aide à capter plus de rayons et à produire plus d’énergie.
Ce robot, de la taille d’un four à micro-ondes, est l’invention de QBotix, une entreprise de trois ans basée dans la Silicon Valley, qui a dévoilé sa création l’année dernière. Bien que l'inclinaison de panneaux solaires pour suivre le mouvement du soleil ne soit pas un nouveau concept, QBotix a mis au point une nouvelle approche qui exploite les progrès de la technologie robotique réalisée au cours des deux dernières décennies. Si cette idée aboutit, elle pourrait conduire à une énergie renouvelable moins chère et à une utilisation plus efficace des sols pour les grandes installations solaires.
Ces innovations sont importantes pour que l’énergie solaire produise des coûts comparables à ceux générés par des combustibles fossiles tels que le charbon et le gaz naturel. Et à une époque où de nombreuses centrales solaires sont construites ou planifiées pour des régions désertiques isolées, où la lumière du soleil et de larges étendues de terrains non aménagés sont abondantes, la robotique offre un moyen de minimiser la nécessité pour les travailleurs sur site de nettoyer, réparer et surveiller les panneaux solaires. et équipement de suivi.
De nos jours, la construction d'une centrale solaire à grande échelle nécessite généralement des armées de travailleurs pour creuser des fossés, couler le béton, enlever des arbres, souder des poutres et distribuer du matériel, entre autres tâches. Une fois le projet lancé, les opérateurs d’usine emploient généralement des personnes pour nettoyer les panneaux à l’aide d’un tuyau et d’une raclette géante, ou de machines lourdes équipées d’un bras mécanique pour la pulvérisation et l’essuyage. D'autres travailleurs sont nécessaires pour réparer ou remplacer des panneaux et des pièces problématiques, et les opérateurs de centrales solaires engagent parfois des pilotes pour survoler leurs panneaux et capturer des images infrarouges afin de repérer des fissures, des courts-circuits et d'autres dysfonctionnements provoquant le réchauffement d'un panneau. L'inclinaison de panneaux solaires permettant de suivre le soleil s'effectue, le cas échéant, au moyen de centaines de moteurs coûteux et de tonnes d'acier.
La conception de QBotix, déployée sur cinq sites pilotes en Californie, en Arizona et au Japon, envoie des robots filer le long d'un monorail surélevé construit le long de rangées de panneaux solaires. Chaque robot alimenté par batterie est programmé pour régler plus de mille panneaux dans une séquence soigneusement chorégraphiée, en inclinant chaque panneau de son troupeau de 10 degrés toutes les 40 minutes pour suivre le rythme du soleil. Lorsque la charge de la batterie est faible, le robot se déplace jusqu'à un point de charge situé sur le monorail et se branche.
"Vous voulez produire autant d'énergie que possible à partir de panneaux solaires car cette énergie est votre revenu", a déclaré Wasiq Bokhari, fondateur et PDG de QBotix. Les services publics sont souvent disposés à payer davantage pour l’énergie renouvelable fournie en période de forte demande, comme en milieu d’après-midi, en grande partie à cause des ambitieux mandats en matière d’énergie renouvelable imposés par les gouvernements des États ou les administrations locales. Ces efforts de réduction des émissions de carbone ont alimenté un essor du développement des centrales solaires, en particulier dans des États occidentaux tels que la Californie, où les services publics doivent augmenter la quantité d'électricité produite à partir de sources renouvelables jusqu'à 33% d'ici 2020.
Dans un parc solaire conventionnel, les panneaux de l'hémisphère nord sont positionnés de manière permanente pour faire face au sud (dans l'angle sud, les panneaux orientés au nord capturent plus de soleil). Mais avec cette conception, connue sous le nom de «inclinaison fixe», les panneaux font directement face au soleil pendant seulement quelques heures par jour.
Pour tirer davantage d'électricité de chaque panneau, les grands développeurs de projets solaires ont commencé ces dernières années à ajouter un système de moteurs, capteurs et autres équipements à la structure en acier qui soutient chaque panneau solaire. Ce système, appelé tracker, aide à augmenter la production d’énergie en faisant automatiquement pivoter les panneaux pour les maintenir orientés vers les rayons du soleil.
Les traqueurs, cependant, sont chers. Chaque suiveur a son propre moteur et son propre engrenage pour faire tourner un ensemble de plusieurs panneaux. Ils fonctionnent mieux sur une surface plane et doivent donc être nivelés. Cela augmente les coûts et peut avoir un impact sur l'environnement, ce qui rend plus difficile l'obtention de permis. Et seuls les systèmes les plus chers inclinent les panneaux sur deux axes - est-ouest et nord-sud - permettant une exposition maximale au soleil pendant toutes les saisons. (Les versions moins coûteuses ne basculent que d'est en ouest.) En conséquence, les systèmes de suivi conventionnels obligent les propriétaires de projets à choisir entre investir davantage de temps et d'argent pour générer de l'énergie supplémentaire ou opter pour un système moins coûteux générant moins de revenus.
Les robots peuvent offrir un juste milieu, en offrant le prix plus bas d'un système de suivi à un axe et le rendement énergétique supérieur d'un système à deux axes de qualité supérieure. «Les suiveurs traditionnels à deux axes nécessitent davantage de moteurs et d’acier», explique Randy Wu, directeur du développement chez Trina Solar, fabricant de panneaux solaires et développeur de projets, qui envisage d’offrir la technologie de QBotix en option dans les usines qu’il construit pour les investisseurs. «L'approche de QBotix est très différente», ajoute-t-il, car un robot QBotix peut effectuer le travail de centaines de suiveurs à deux axes. La conception élimine le besoin d'installer un champ de moteurs et le rail surélevé rend le nivellement inutile. «Ils contrôlent l'environnement en installant la robotique sur un rail», a déclaré Geoffrey Kinsey, directeur des technologies photovoltaïques au Centre Fraunhofer pour les systèmes énergétiques durables, basé à Boston.
Selon Bokhari, utiliser des robots pour incliner les panneaux "revient à ajouter un chargeur turbo à votre moteur". Et ils peuvent également effectuer d'autres tâches. Dans le monde de la construction et de l'exploitation de centrales solaires, qui repose encore largement sur le travail manuel, la robotique est une tendance émergente. Certaines sociétés, telles que Alion Energy et Greenbotics, ont mis au point des robots pour éliminer la poussière collante bloquant le soleil qui tend à s'accumuler sur les panneaux solaires. Une autre conception d'Alion installe des panneaux solaires et des équipements de montage.
Dans l’histoire, l’ingénierie de robots pour remplacer les êtres humains s’est avérée une tâche ardue pour certains secteurs d’activité, car les robots n’exécutent qu’une tâche restreinte et ne peuvent pas s’adapter à un environnement en mutation ni être formés à de nouvelles tâches, explique Kinsey. Jusqu'à récemment, cela faisait des robots un investissement plus coûteux et plus risqué que l'embauche d'humains pour des travaux tels que la construction et la réparation électrique. Cela rend également la conception de robots pour une utilisation en extérieur particulièrement difficile.
L’émergence de processeurs, de capteurs et de logiciels sophistiqués plus puissants a permis de réduire la taille des robots industriels et de les rendre plus mobiles et plus intelligents dans l’exécution de tâches plus complexes, a déclaré Kinsey. Il cite par exemple Rethink Robotics, basé à Boston, qui a dévoilé l'année dernière un robot capable d'apprendre à effectuer différentes tâches sur une chaîne de montage en usine et de réagir aux modifications telles que des pièces mal placées. Une autre société, appelée Kiva Systems (acquise par Amazon en 2012), fournit des flottes de robots à des entrepôts à travers le pays. Contrôlés par un ordinateur central, les robots orange mobiles bourdonnent dans les entrepôts et scannent les codes à barres au sol pour récupérer les articles des rayons pour les expédier. Et dans l'usine Tesla Motors en Californie, les robots de la chaîne de montage hautement automatisée de la société peuvent basculer entre plusieurs fonctions. "Ils sont comme Edward Scissorhands, " dit Kinsey.
Les designs s'améliorent. Les robots de QBotix sont équipés d'un GPS, de capteurs et d'un équipement de communication sans fil pour enregistrer et rapporter leur travail. Et la société a dévoilé une version simplifiée de son système de robots sur rails cet été, présentant un bot plus petit, plus léger et plus rapide capable de gérer 340 kilowatts de panneaux solaires toutes les 40 minutes. C'est un ensemble assez grand pour couvrir les toits de 85 maisons unifamiliales typiques en Californie. "C'est un design aérodynamique pour la robustesse et la vitesse, comme si vous mariez un Hummer avec une Lamborghini", déclare Bokhari.
QBotix affirme que sa technologie pourrait produire jusqu'à 15% plus d'électricité qu'un projet utilisant des suiveurs à un axe, sans coûts supplémentaires. "QBotix est un bond en avant car il a permis de réduire considérablement les coûts", déclare Wu. "C'est très attrayant"
La société prévoit de développer sa technologie au-delà des robots de suivi. Son équipe de 15 ingénieurs travaille sur un nouveau robot qui permettrait de nettoyer les panneaux solaires et de détecter les fissures ou d’autres problèmes liés aux panneaux solaires et à leurs équipements, a déclaré Bokhari. L'idée est d'utiliser le même système ferroviaire mais des robots différents pour effectuer le travail, ou de mettre en place un système destiné uniquement aux robots de nettoyage et d'inspection.
Bien que l’utilisation de robots pour ajuster les panneaux solaires soit une proposition judicieuse, selon Kinsey, le jour où les robots dépasseront les humains dans la plupart des travaux de construction et d’exploitation de centrales solaires sera encore lointain. Les services publics cherchant à acheter de l'électricité auprès de développeurs solaires souhaitent conserver leurs prix pendant 20 ans ou plus. Les clients potentiels veulent donc être assurés que les nouvelles technologies de nouvelles entreprises telles que QBotix et ses pairs seront fiables à long terme. À chaque tour de piste, les robots rassemblent des données pour défendre leur cause.
