Un robot autonomo mira a facilitare il sollevamento di carichi pesanti negli impianti solari

Un operaio programma le istruzioni nel robot per l'installazione dei pannelli solari (a sinistra) mentre il trasportatore dei moduli fotovoltaici (a destra) attende nelle vicinanze. (Foto: Rosendin)

Costruire un impianto solare non è un compito facile. Ogni modulo fotovoltaico è così pesante da trasportare che sono necessarie due persone. I tecnici devono poi sollevarli e posizionarli prima di effettuare i collegamenti necessari. È un processo che gli installatori devono ripetere tutto il giorno in un cantiere spesso costituito da decine di ettari di terreno impegnativo, solitamente sotto un caldo torrido.

L'azienda di installazioni elettriche Rosendin contribuisce alla costruzione di questi parchi solari. L'azienda ha colto l'opportunità di rendere l'installazione dei moduli fotovoltaici più rapida, sicura e meno impegnativa per i tecnici. In collaborazione con l'azienda di soluzioni robotiche ULC Technologies, Rosendin ha sviluppato un prototipo di robot autonomo, il primo nel settore, che si occupa letteralmente di tutto il lavoro pesante.

David Lincoln, vicepresidente senior di Rosendin e responsabile del settore energie rinnovabili dell'azienda, ha avuto l'idea per la prima volta nel 2019 per ridurre lo sforzo fisico dei lavoratori. Il robot gestisce i pesanti pannelli fotovoltaici, consentendo agli elettricisti qualificati di concentrarsi sul fissaggio dei pannelli e sulla realizzazione dei collegamenti elettrici critici.

Un lavoro difficile

Lincoln ha descritto il rigoroso processo di installazione manuale dei moduli fotovoltaici che ha ispirato lo sviluppo del robot. Inizia con pallet di moduli posizionati ogni 7,5 metri circa presso il sito del parco solare, dove attendono di essere installati da una squadra di 10 persone.

"I moduli pesano dai 36 ai 40 chili al momento", ha detto Lincoln. "Ci vogliono due persone per sollevarli."

Gli installatori trasportano i moduli sopra la testa. "E camminano in media 6 metri con ogni modulo", ha aggiunto Lincoln. Devono posizionare ogni modulo sulla struttura che lo sostiene mentre gli altri membri della squadra effettuano i collegamenti.

Secondo Lincoln, nel corso di una giornata lavorativa, un equipaggio percorre a piedi quasi quattro miglia trasportando i moduli.

In un video di Rosendin sul robot, Bill Mazzetti, vicepresidente senior per la ricerca e lo sviluppo di Rosendin, ha affermato, a proposito del processo di installazione, "Non è un lavoro che le persone non possono fare, ma forse è un lavoro che le persone non dovrebbero fare".

Progettare il robot

Il robot per l'installazione dei pannelli solari è ibrido-elettrico. Un generatore diesel da 30 kW integrato ricarica le batterie al litio ferro magnesio fosfato (LiFeMgPO4) della macchina secondo necessità, garantendo un'autonomia affidabile.

Se necessario, il robot può essere guidato manualmente tramite telecomando. (Foto: Rosendin)

"Quando abbiamo iniziato a collaborare e ad analizzare gli aspetti progettuali di ciò che volevamo, inizialmente avevamo solo un motore diesel di base, facilmente manutenibile, delle dimensioni simili a quelle di un motore di un miniescavatore", ha detto Lincoln. "Ma man mano che ci addentravamo nel progetto, ci siamo chiesti: e se lo rendessimo completamente elettrico?"

In seguito, si parlò di un robot completamente elettrico, incentrato sulle sfide della ricarica, data la lontananza dei siti di parchi solari. Lincoln ha affermato che il team ha deciso di incontrarsi a metà strada con una soluzione ibrida elettrica.

La macchina è dotata di un braccio robotico integrato dotato di nove ventose a vuoto per sollevare e posizionare con precisione i pannelli fotovoltaici.

"Quando inizialmente ho abbozzato il progetto di quello che pensavo sarebbe stato, si sarebbe trattato fondamentalmente di un miniescavatore con un escavatore", ha detto Lincoln, aggiungendo che l'idea era di rimuovere il braccio dell'escavatore e sostituirlo con un braccio robotico in grado di afferrare e sollevare i moduli fotovoltaici.

Originariamente la macchina era stata progettata per essere guidata da un operatore.

"Ma man mano che procedevamo con le iterazioni di progettazione, ci siamo resi conto che probabilmente avremmo potuto eliminare l'aspetto manuale della guida individuale e renderla autonoma, il che ha davvero aperto gli occhi a tutti", ha affermato Lincoln.

ULC ha apportato la propria competenza su una macchina esistente con un braccio robotico utilizzato per un'altra applicazione, ha affermato Lincoln. Grazie alla collaborazione tra le aziende, il robot si è evoluto fino a diventare il prototipo attuale.

Resistere ad ambienti difficili

La macchina autonoma è stata progettata appositamente per resistere alle difficoltà dell'installazione di un impianto solare.

"Questi grandi parchi solari su scala industriale vengono costruiti proprio nel bel mezzo del nulla", ha detto Lincoln. "Sono luoghi remoti, caldi, piovosi, polverosi, ventosi e a volte anche con la grandine."

Essere in grado di operare in quelle condizioni e al contempo di essere facilmente manutenibile è stato il principio guida nello sviluppo del robot. Ad esempio, una scelta consapevole è stata quella di utilizzare cingoli anziché ruote per la locomozione.

"Abbiamo imparato rapidamente, in questi parchi solari su scala industriale, che le attrezzature su ruote non funzionano", ha detto Lincoln. "C'è pioggia, fango, polvere, quindi qualsiasi mezzo con ruote pneumatiche non funzionerebbe. Sapevamo che doveva essere montato su cingoli fin dall'inizio."

Funzionamento autonomo

Il robot è accompagnato da due carrelli cingolati portamoduli, anch'essi autonomi. Questi sostituiscono i pallet di moduli posizionati a intervalli prestabiliti sul sito.

Vista dall'alto del robot che preleva un modulo fotovoltaico. Il robot preleva i moduli dai portamoduli autonomi che lo utilizzano. (Foto: Rosendin)

Lincoln ha spiegato che il robot si muove lungo una fila di rack destinati a contenere i moduli fotovoltaici. Due elettricisti sono posizionati su entrambi i lati.

"Quando il robot solleva un modulo e lo posiziona a sinistra verso quella squadra di due persone", ha detto Lincoln, "quando arriva a 2-3 mm di distanza, le ventose si staccano. Gli elettricisti le hanno e posizionano il pannello in posizione.

Mentre lo fanno, il braccio robotico torna su, prende un altro modulo e poi si sposta dall'altra parte. L'altra squadra di due elettricisti lo prende. Quando hanno finito, il robot e il suo supporto per i moduli, che gli sta proprio accanto, si spostano verso l'alto.

Lincoln ha aggiunto che quando uno dei portamoduli è vuoto, torna autonomamente in una posizione vicina dove può essere ricaricato, per poi tornare al robot. Nel frattempo, il robot preleva i moduli dal secondo portamoduli.

Il robot utilizza il Lidar per il rilevamento e l'elusione degli ostacoli nell'ambito del suo funzionamento autonomo. Il posizionamento preciso dei pannelli fotovoltaici è reso possibile tramite GPS e mappatura KMZ.

Sicurezza, altri vantaggi

La riduzione al minimo delle camminate effettuate dall'equipaggio, abbinata all'eliminazione del sollevamento di carichi pesanti, ha portato a notevoli vantaggi in termini di sicurezza.

"Tutte le distorsioni, gli stiramenti e i rischi di inciampo sono stati eliminati, praticamente azzerati con l'assistenza del robot che aiuta a posizionare il modulo", ha affermato Lincoln.

Inoltre, ha liberato personale addetto ad altri incarichi senza avere effetti negativi sulla produttività.

Secondo Lincoln, una squadra di 10 persone può installare manualmente circa 725 moduli in una giornata lavorativa di otto ore.

"[Il robot] ha una squadra di cinque persone: quattro elettricisti e un operatore che sta semplicemente in stand-by", ha detto. "Stanno installando 600 moduli in otto ore, al 50% della velocità."

Altri vantaggi includono l'assenza di sprechi.

"Dopo aver installato i moduli, li abbiamo smontati e li abbiamo mandati a testare", ha detto Lincoln. "Li abbiamo inviati a tre diversi centri di collaudo e gli oltre cento moduli che avevamo installato sono tornati indietro, ed erano ancora tutti perfetti. Non avevamo microfratture, niente di niente. Quindi, non invalidiamo la garanzia sollevando i moduli con le ventose".

Il robot evita anche la rottura totale dei moduli.

"Con il robot il problema è praticamente nullo, mentre manualmente non saprei dire quanti moduli si rompono", ha affermato.

Non sostituire i lavoratori

Lincoln ha affermato che per coloro che nel settore temono che dimezzare il personale comporti la perdita di posti di lavoro, questo non sarà il caso, soprattutto data la cronica carenza di manodopera nel settore degli impianti solari.

"Ho una squadra di 10 persone, e ora ne servono cinque", ha detto. "Quelle cinque persone posso assegnarle a compiti più complessi, di cui abbiamo bisogno. Quindi, non stiamo sottraendo forza lavoro. La stiamo dirottando per assegnarle ad altro."

Secondo Lincoln, il robot e i suoi moduli possono essere trasportati all'interno di un container da 40 piedi. In futuro, tale container conterrà anche materiali di consumo e altri articoli di manutenzione per risolvere eventuali problemi operativi. Più container potrebbero essere dislocati in un sito, con ciascun robot che opera in modo indipendente.

Cerco un produttore

Sebbene i robot siano stati ben accolti dagli installatori – Lincoln ha affermato di essere stati tra i primi a suggerire miglioramenti al robot per un funzionamento più efficiente – Rosendin non è un produttore di apparecchiature. L'azienda ha sempre avuto l'intenzione di trovare un partner per commercializzare il robot.

Il robot consegna un pannello fotovoltaico a un operaio. (Foto: Rosendin)

"Volevamo trovare un produttore che li prendesse, magari li ottimizzasse dal punto di vista del valore, li portasse alla seconda revisione, apportasse altre modifiche che avevamo in mente e li producesse a un livello tale da poter immettere un gruppo di queste unità nel settore delle energie rinnovabili", ha affermato Lincoln.

Dopo aver dimostrato il robot, Lincoln ha affermato che Rosendin ha ricevuto diverse richieste di informazioni sull'acquisto dei robot e sulla proprietà intellettuale, con l'obiettivo di una produzione in serie. La dimostrazione più recente ha avuto luogo il 17 aprile presso un grande impianto solare in costruzione vicino ad Abilene, in Texas.

"Non siamo nel settore manifatturiero, ma se qualcuno ce li prende, compra tutto e li produce, o li compriamo oppure li riaffittiamo e li utilizziamo per uso nostro", ha aggiunto.

Rosendin ha recentemente annunciato di aver iniziato ad accettare offerte per la vendita della sua soluzione robotica autonoma. L'azienda ha dichiarato che valuterà le proposte fino a maggio, basandosi sulla capacità produttiva, sulla portata del mercato e sull'impegno a promuovere le infrastrutture per le energie rinnovabili.

L'azienda ha affermato che coloro che sono interessati a produrre e commercializzare il sistema robotico possono possederlo direttamente o utilizzarlo come parte di una flotta a noleggio al servizio dei costruttori di impianti solari in tutto il mondo.