Un robot autónomo busca facilitar el trabajo pesado en parques solares

Un trabajador programa instrucciones en el robot instalador de paneles solares (izquierda) mientras el transportador de módulos fotovoltaicos (derecha) espera cerca. (Foto: Rosendin)

Construir un parque solar no es tarea fácil. Cada módulo solar fotovoltaico (FV) es tan pesado que se necesitan dos personas para transportarlo. Los técnicos deben colocarlos en su lugar antes de realizar las conexiones necesarias. Es un proceso que los instaladores deben repetir todo el día en un terreno que a menudo abarca decenas de hectáreas de terreno difícil, y generalmente bajo un calor abrasador.

La empresa contratista eléctrica Rosendin ayuda a construir estos parques solares. La empresa vio la oportunidad de que la instalación de los módulos fotovoltaicos fuera más rápida, segura y sencilla para los técnicos. En colaboración con la empresa de soluciones robóticas ULC Technologies, Rosendin desarrolló un prototipo de robot autónomo, pionero en la industria, que literalmente realiza todo el trabajo pesado.

David Lincoln, vicepresidente sénior de Rosendin, responsable del grupo de energías renovables de la empresa, ideó la idea en 2019 para reducir la tensión física de los trabajadores. El robot manipula los pesados paneles fotovoltaicos, lo que permite a los electricistas cualificados centrarse en la fijación de los paneles y la realización de las conexiones eléctricas esenciales.

Un trabajo difícil

Lincoln describió el riguroso proceso de instalación manual de módulos fotovoltaicos que inspiró el desarrollo del robot. Comienza con palés de módulos colocados cada 7,6 metros aproximadamente en el emplazamiento del parque solar, donde esperan a ser instalados por un equipo de 10 personas.

“Los módulos pesan entre 36 y 40 kg ahora mismo”, dijo Lincoln. “Se necesitan dos personas para levantar el módulo”.

Los instaladores llevan los módulos sobre sus cabezas. "Y caminan un promedio de 6 metros con cada módulo", añadió Lincoln. Deben colocar cada módulo sobre la estructura que lo soporta mientras otros miembros del equipo realizan las conexiones.

Según Lincoln, a lo largo de una jornada laboral, un equipo caminará casi cuatro millas transportando módulos.

En un video de Rosendin sobre el robot, Bill Mazzetti, vicepresidente senior de investigación y desarrollo de Rosendin, dijo sobre el proceso de instalación: "No es un trabajo que la gente no pueda hacer, pero tal vez sea un trabajo que la gente no debería hacer".

Diseño del robot

El robot instalador de paneles solares es híbrido eléctrico. Un generador diésel integrado de 30 kW recarga las baterías de fosfato de litio, hierro y magnesio (LiFeMgPO₄) de la máquina según sea necesario para garantizar un funcionamiento fiable.

El robot puede controlarse manualmente mediante control remoto si es necesario. (Foto: Rosendin)

“Cuando colaboramos inicialmente y analizamos los aspectos de diseño de lo que queríamos, originalmente solo teníamos un motor diésel básico de fácil mantenimiento y de tamaño similar al de una miniexcavadora”, dijo Lincoln. “Pero a medida que avanzamos, surgió la idea de: ¿y si lo convertimos en totalmente eléctrico?”

Más adelante, se habla de un robot totalmente eléctrico enfocado en los desafíos de la recarga, dada la lejanía de los parques solares. Lincoln comentó que el equipo decidió llegar a un acuerdo con una solución híbrida.

La máquina cuenta con un brazo robótico integrado que tiene nueve ventosas de vacío para levantar y colocar los paneles fotovoltaicos con precisión.

"Cuando diseñé originalmente el boceto de cómo se vería, básicamente sería una miniexcavadora con una retroexcavadora", dijo Lincoln, y agregó que la idea era quitar el brazo de la retroexcavadora y reemplazarlo con un brazo robótico que pudiera agarrar y levantar los módulos fotovoltaicos.

La máquina también fue diseñada originalmente para ser conducida por un operador.

"Pero a medida que avanzábamos con las iteraciones de diseño, descubrimos que probablemente podríamos deshacernos de ese aspecto manual de la conducción individual y hacerlo autónomo, lo que realmente abrió los ojos a todos", dijo Lincoln.

ULC aportó su experiencia en una máquina existente con un brazo robótico utilizado para otra aplicación, afirmó Lincoln. A medida que las empresas colaboraban, el robot evolucionó hasta convertirse en el prototipo actual.

Resistente a entornos hostiles

La máquina autónoma fue diseñada específicamente para los rigores de la instalación de parques solares.

“Estos grandes parques solares a escala comercial se están construyendo prácticamente en medio de la nada”, dijo Lincoln. “Son remotos, calurosos, lluviosos, polvorientos, ventosos y, a veces, graniza”.

La capacidad de operar en esas condiciones y a la vez ser de fácil mantenimiento fue el principio rector del desarrollo del robot. Por ejemplo, una decisión consciente fue el uso de orugas en lugar de ruedas para su locomoción.

“En estos parques solares a gran escala, aprendimos rápidamente que los equipos con ruedas no funcionan”, dijo Lincoln. “Hay lluvia, barro y polvo, así que cualquier equipo con ruedas neumáticas no funcionaría. Sabíamos que tenía que ir montado sobre orugas desde el principio”.

Operación autónoma

El robot está acompañado por dos transportadores de módulos con orugas, también autónomos. Estos sustituyen los palés de módulos colocados a intervalos determinados en la obra.

Vista aérea del robot recogiendo un módulo fotovoltaico. El robot recoge módulos de los transportadores autónomos que trabajan con él. (Foto: Rosendin)

Lincoln explicó que el robot se desplaza por una fila entre los estantes destinados a albergar los módulos fotovoltaicos. Dos electricistas están apostados a cada lado.

“Cuando el robot toma un módulo y lo envía a la izquierda hacia ese equipo de dos personas”, dijo Lincoln, “una vez que se acerca a 2-3 mm, las ventosas se sueltan. Los electricistas lo tienen y colocan el panel en su lugar”.

Mientras lo hacen, el brazo robótico vuelve a subir, recoge otro módulo y se dirige al otro lado. El otro equipo de dos electricistas lo recoge. Al terminar, el robot y su transportador de módulos, que va justo al lado, suben.

Lincoln añadió que, cuando uno de los transportadores de módulos se vacía, regresa de forma autónoma a un lugar cercano donde puede rellenarse, tras lo cual regresa al robot. Mientras tanto, el robot extrae módulos del segundo transportador.

El robot utiliza Lidar para la detección y evasión de obstáculos como parte de su funcionamiento autónomo. El posicionamiento preciso de los paneles fotovoltaicos se realiza mediante GPS y mapeo KMZ.

Seguridad, otros beneficios

Minimizar la cantidad de caminatas que realiza la tripulación junto con la eliminación del levantamiento de objetos pesados ha resultado en importantes beneficios de seguridad.

“Todos los esguinces y distensiones, los riesgos de tropiezo, todo se elimina; prácticamente son cero gracias a la ayuda del robot que ayuda a configurar el módulo”, dijo Lincoln.

Además, ha liberado a los equipos de trabajo para otras tareas sin tener efectos negativos en el rendimiento.

Según Lincoln, un equipo de 10 personas puede instalar manualmente unos 725 módulos en una jornada laboral de ocho horas.

“[El robot] tiene una tripulación de cinco personas: cuatro electricistas y un operador que simplemente está de guardia”, dijo. “Están instalando 600 módulos en ocho horas, y eso al 50 % de velocidad”.

Otros beneficios incluyen la falta de desperdicio.

“Después de instalar los módulos, los retiramos y los enviamos a probar”, dijo Lincoln. “Los enviamos a tres centros de prueba diferentes, y los más de cien módulos que instalamos regresaron, y todos estaban perfectos. No tuvimos microfracturas ni nada. Por lo tanto, no anulamos la garantía por recoger los módulos con ventosas”.

El robot también evita la rotura total de los módulos.

“Con el robot, es prácticamente cero, mientras que manualmente no puedo decirte cuántos módulos tenemos que se rompen”, dijo.

No reemplazar a los trabajadores

Para aquellos en la industria que podrían estar preocupados de que reducir la tripulación a la mitad resultará en la pérdida de empleos, Lincoln dijo que ese no será el caso, particularmente dada la escasez crónica de mano de obra en la industria de los parques solares.

“Tengo un equipo de 10 personas, y ahora se necesitan cinco”, dijo. “A esas cinco personas puedo asignarles algo más complejo que necesitemos. Así que no estamos quitando personal. Lo estamos destinando a otras tareas”.

Según Lincoln, el robot y sus transportadores de módulos pueden transportarse en un contenedor de 12 metros. En el futuro, dicho contenedor también contendrá consumibles y otros elementos de mantenimiento para solucionar cualquier problema operativo. Se podrían desplegar varios contenedores en un sitio, y cada robot operaría de forma independiente.

Buscando un fabricante

Si bien los robots han tenido una buena acogida entre los instaladores —Lincoln afirmó que fueron de los primeros en sugerir mejoras para un funcionamiento más eficiente—, Rosendin no fabrica equipos. La intención de la empresa siempre ha sido encontrar un socio para comercializar el robot.

El robot entrega un panel fotovoltaico a un trabajador. (Foto: Rosendin)

“Queríamos encontrar un fabricante que los tomara, tal vez les aplicara ingeniería de valor, los revisara dos veces, les hiciera otros ajustes que teníamos en mente y los produjera a un nivel que permitiera incorporar muchas de estas unidades a la industria renovable”, dijo Lincoln.

Tras la demostración del robot, Lincoln comentó que Rosendin ha recibido varias consultas sobre la compra de los robots y la propiedad intelectual, con miras a su producción en masa. La demostración más reciente tuvo lugar el 17 de abril en un proyecto solar a gran escala en construcción cerca de Abilene, Texas.

"Nosotros no nos dedicamos a la fabricación, pero si alguien nos los quita, compra todo y los produce, los compraremos o los alquilaremos y los usaremos para nosotros mismos", añadió.

Rosendin anunció recientemente que ha comenzado a aceptar ofertas para la venta de su solución robótica autónoma. La compañía afirmó que evaluará las propuestas hasta mayo en función de su capacidad de fabricación, su alcance de mercado y su compromiso con el desarrollo de infraestructuras de energía renovable.

La compañía dijo que los interesados en fabricar y comercializar el sistema robótico pueden poseerlo directamente o usarlo como parte de una flota de alquiler que presta servicio a constructores solares de todo el mundo.