SunPower 全新太陽能構想,應用無人機、機器人還要能種作物

作者 | 發布日期 2016 年 10 月 12 日 16:58 | 分類 太陽能 , 機器人 , 無人機 follow us in feedly

太陽能價格直直落,太陽能大廠積極尋求增加附加價值,如今太陽能計畫要用上無人機、機器人,還要能與農業結合,徹底利用土地,美國晶矽太陽能電池大廠太陽能源(SunPower)於 2016 年 9 月發表第三代「綠洲」(Oasis)大型太陽能計畫平台,揭示大型太陽能計畫的未來方向。



太陽能源表示,當前太陽能採購合約價直直落,必須在系統中檢視每個細節,從中找出最佳化一切的辦法。綠洲平台整合了發電場地規劃設計工具、機器人、無人機以及與農業的整合,從最初的規畫設計,到之後的營運與維修,全面尋求突破。目前已經有相當於 700 百萬瓦(Megawatt)規模的太陽能計畫應用綠洲平台, 2017 年,太陽能源所有的計畫都將應用第三代綠洲平台。

在美國能源部「射日計畫」(SunShot Initiative)協助開發下,太陽能源第三代綠洲平台提供可配合無人機的軟體設計工具,稱為全球能源最佳化(global energy optimization,GEO)系統,可由無人機飛越大量場址上空,快速拍下照片測量場址地形,上傳至雲端平台,軟體自動最佳化場址設計,以這種方式規劃發電場,設計速度比過去快上 90%,還能適應不規則形狀的場址,利用畸零地空間,而每增加 10 英畝可用土地面積,就相當於增加 2~4 百萬瓦發電容量,對大型計畫來說其影響不可小覷。

在計畫興建完成後,無人機還可用來監測發電狀況,如以紅外線找尋有沒有異常熱點,有的話代表可能有短路等現象,派出無人機可快速大量勘查發電場地,比起派出人員檢視更節省時間與人事成本。

太陽能電池面板需要定期洗除灰塵,以免灰塵堆積遮蔽陽光影響發電能力,過去以人力清潔,不僅耗時、提高人事成本也更耗水。綠洲平台在營運階段搭配機器人自動清潔,只需 3 名員工與一輛貨卡車,就能在 10 小時內清潔 10 百萬瓦太陽能面板,比傳統方式快 10 倍,並節省 75% 用水,機器人技術來自 2013 年購併的 Greenbotics,再加上射日計畫協助持續開發而成。

過去太陽能計畫的主要成本都來自太陽能面板本身,隨著硬體成本持續降低,如今後續營運維護成本佔總成本比重越來越高,可達總計畫成本的 15% 之多,而使用機器人可有效節省營運維護成本。過去太陽能開發商主要都將焦點集中在面板本身,如今更重視系統其他各環節的創新,應用無人機、機器人、雲端軟體,以減低成本,加快速度,並讓太陽能更可靠。

 

綠洲平台更利於與其他用途共存

綠洲平台在太陽能面板支架與定日系統也有革新。過去大型太陽能計畫的支架與定日系統是整排相連,這樣的設計雖然裝設較方便,並可節省馬達動力元件,但是缺點是面板綁成了「連環船」導致對地形的適應能力變差,中間若有地形起伏就無法裝設。綠洲平台的面板支架獨立不相連,形狀也較為正方,長度由 90 公尺縮短為 45 公尺,對地形的適應能力更強,競爭系統頂多能安裝在傾斜 6 度的坡度上,綠洲平台可適應到 10 度,並由於長度較短,更能因應不同不規則形狀的場址。

寬度方面加倍,因此可容納雙倍的面板,讓單一支架能產生雙倍能源,如此一來,定日系統等成本就相對少了一半,過去太陽能計畫不這麼設計,是因為雙倍的寬度,遇上大風,迎風面也是雙倍,將容易遭到吹壞受損,但太陽能源認為以現有的材料與結構技術,已經可以完全克服抗風問題。另一方面,在系統設計上也加以整合簡化,去除電路盒、集線架、馬達電池等容易造成故障的元件,元件減少不僅可以加快安裝速度,也能減少維修成本。

過去定日系統以間接計算的方式,利用 GPS 定位,計算所處地點與太陽的角度來決定面板的角度,如今計算方式也升級為更直接,每個綠洲平台面板支架都有獨立裝置即時計算發電的電壓與電流,據此計算是否處於最適角度,隨時將面板朝向最佳角度。

過去大型太陽能計畫經常遭到詬病的一點是需要佔用大量土地面積,而與農牧業互相競爭土地,若太陽能要能長久持續發展,必須要能在土地方面與其他用途共存才行。為此,太陽能源與加州大學戴維斯分校合作,研究如何讓大型太陽能計畫與其他用途共存。

綠洲平台由於支架不再是「連環船」,可以彼此分開一段距離,不會成為長條形路障,因此比先前的設計更利於與其他用途共存。2015 年時,太陽能源為蘋果(Apple)在中國興建可讓氂牛自由在面板之間穿梭的太陽能發電場,太陽能源正積極往這個方向思考。

太陽能源在其研發農場上,試驗於太陽能面板的間隙種植翻潛與胡椒以及其他農作物,加州大學戴維斯分校研究團隊在 2010 年已經成功在太陽能面板遮蔭下種植作物,不過,還有許多方面需要研究與調整,首先是如何平衡發電能力與農作物產出的需求;作物的選擇也是一大學問,番茄可能不是最適合的作物;面板的形狀也需要調整,如今使用的方形面板,若要搭配農作物,可能需改變成其他形狀,做出完全不同的設計。

無人機、機器人與農業結合,太陽能不僅在面板本身技術上快速成長,隨著應用日廣,以及激烈競爭下的市場壓力,在應用的思惟上也正在有革命性的轉變。

(首圖來源:SunPower) 

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