LA LIMPIEZA BASADA EN ROBOTS 4.1. SELECCIÓN DEL PROCEDIMIENTO DE LIMPIEZA Para seleccionar el correcto método de limpieza de los paneles solares, se ha partido, como primera aproximación, que la pérdida de reflectividad no debe ser superior a un 5%. El método de limpieza seleccionado considerará otros factores que puedan afectar en el rendimiento de la planta termosolar, como son: Posibles alteraciones en la funcionalidad de los espejos que componen el panel solar, como son desviaciones en el proceso de reflexión de la luz solar e incluso daños en la superficie y estructura del helióstato. La ubicación de la planta solar. El requisito fundamental en cuanto a emplazamiento es el sol y las altas temperaturas. El gran inconveniente de este tipo de territorios es la falta de recursos hídricos. El sistema de limpieza seleccionado debe enfocarse al menor consumo de agua posible. Mínima dependencia de personal en la labor de limpieza. Por último, el método desarrollado debe de garantizar la mayor efectividad de limpieza en el menor tiempo posible, favoreciendo el beneficio energético de la instalación y, por tanto, causando el menor coste posible al usuario. Después de la investigación realizada del estado del arte en cuanto a sistemas de limpieza presentada en el apartado 3 del proyecto, se va a determinar cuál es el 33
más adecuado para la planta solar ficticia que trataremos durante todo este documento según las consideraciones comentadas anteriormente. Los métodos de limpieza que requieren un sistema de vehículo con mecanismo de elevación y aproximación a la superficie del panel, como son la limpieza a presión o rodillo, no resultan viables en campos solares con gran número de helióstatos ya que el tiempo requerido para la limpieza es muy alto. Además del tiempo que se emplea en el posicionamiento del dispositivo de limpieza sobre la superficie a limpiar, se necesitarían varias pasadas de la boquilla de agua o del rodillo para completar las dimensiones de cada uno de los espejos que forman parte del helióstato. El método de limpieza por capa antiadherente tampoco es viable en este tipo de campos solares debido a la escasez de lluvia en la zona. El sistema basado en pértigas tiene una limitación fundamental, que es la altura máxima de la superficie a limpiar. Además, al tratarse de una limpieza realizada por operarios, se necesitaría un elevado número de operarios para cubrir un campo solar como el del proyecto en cuestión. Las soluciones más viables para establecer un método de limpieza óptimo en la planta solar, sería un sistema de autolimpieza automático o un sistema de limpieza basado en robots. Teniendo en cuenta que el sistema de autolimpieza automático ha de instalarse en cada uno de los numerosos helióstatos que forman parte del campo solar, parece, desde un punto de vista económico, recomendable un sistema basado en robots. Esta idea se basa en que el proceso de limpieza que se diseñará posteriormente, mediante un modelo de planificación de rutas, tiene como objetivo la limpieza completa del campo solar con el mínimo número de robots posibles. 34
4.2. ROBOTS AUTÓNOMOS DE LIMPIEZA Los robots autónomos de limpieza son la alternativa más innovadora. Se encuentran instalados en las plantas solares más grandes del mundo. Entre las muchas alternativas existentes en el mercado, el sistema de limpieza basado en robots es el más importante en cuanto a eficacia para plantas con gran número de helióstatos. Las principales características que se le exigen a los robots de limpieza son: 1) Para una mejor manipulación y transporte de los equipos, unas dimensiones reducidas y un peso ligero. 2) Tienen que ser capaces de limpiar las esquinas de la superficie, ya que ahí es donde a menudo se acumula la mayor cantidad de suciedad. 3) El continuo barrido de la superficie no debe producir ningún daño en ella, como por ejemplo rayados. 4) Se debe de operar sobre superficies en movimiento y con una cierta inclinación. Los robots automáticos de limpieza han sido diseñados para satisfacer todos estos requisitos. El funcionamiento se basa en un movimiento adherente con cambios de dirección sobre la superficie a limpiar. La adherencia del robot sobre el cristal permite operar sobre superficies inclinadas e incluso verticales. El funcionamiento del robot que trabaja sobre superficies horizontales no es el mismo que el que trabaja sobre superficies con una determinada inclinación. En este documento se tratará este último caso, por ello, el robot debe permitir su desplazamiento, gracias a la inclusión de unas ruedas, y debe disponer de un sistema de adherencia, usualmente conseguida por medio de una gran ventosa situada en el centro del dispositivo. limpieza: A continuación detallaremos algunos aspectos de los robots autónomos de 35
Ruta de limpieza sobre la superficie. Para limpiar todas las zonas del helióstato, el robot seguirá algunos de los caminos considerados en la Figura 16: Figura 16. Trayectoria de limpieza por barrido En el proyecto se apostará por la opción (A) debido al máximo aprovechamiento de energía con la mayor eficacia en la limpieza. A esta conclusión se llega ya que la trayectoria (A) está compuesta principalmente por movimientos horizontales, por lo que ante una inclinación de la superficie, el robot solamente realizará un movimiento vertical, es decir, una única subida. Desplazamiento y adherencia del robot. El robot realiza el desplazamiento sobre la superficie de vidrio mediante ruedas practicadas en la zona inferior del equipo. En el centro, el dispositivo contiene una especie de ventosa que realiza la función de succión y consigue la adherencia del robot sobre la superficie. Un punto importante a analizar es el coeficiente de fricción de dicha ventosa, ya que debe ser suficiente para que el movimiento de rotación que realiza el cepillo de limpieza, no rompa la adherencia del robot sobre el helióstato. Materiales como el PTFE (Politetrafluoruro de etileno) o el caucho de silicio son ideales para este tipo de aplicación neumática. En cuanto a la velocidad de giro del 36
cepillo puede variar dependiendo del tamaño del panel. Normalmente, se operan con velocidades altas y series cortas. Movimientos realizados por el robot. El movimiento de rotación que realiza el robot es clave para la limpieza de las esquinas de la superficie. En la Figura 17 se muestran unas ilustraciones sobre el cambio de dirección en las esquinas: (A) Ruta habitual (B) Ruta óptima Figura 17. Rotación del robot La Figura 17 (A) se ha denominado ruta habitual porque sería, por ejemplo, la que seguiría un coche al realizar un giro en una intersección. En este caso, el robot cambiaría la dirección sobre el trazado de un arco, por lo que no consigue acceder a la esquina del helióstato. A consecuencia de esto, el robot no podría desplazarse sobre trayectorias como la que definimos en la Figura 17 (B), ya que no puede hacer recorridos formados por ángulos rectos ni podría dar marcha atrás en el caso de que 37
llegara al canto de la superficie. Todo esto lo podemos resumir en que no sería capaz de seguir las operaciones mostradas en la Figura 18. Figura 18. Trayectoria del movimiento Esta trayectoria es la que se representa en la Figura 17 (B) y es la que se consigue mediante un sensor de actitud, es decir, un sensor que le indica al robot de que llega al extremo de una superficie, le proporciona un movimiento de retroceso, tanto como necesite el robot para dar la vuelta, luego cambia la dirección y continua el trazado expuesto en la Figura 18. De esta forma, se consigue la ruta óptima, definida en la Figura 17 (B). Ante este razonamiento, somos capaces de intuir que un robot con forma redondeada no sería capaz de alcanzar la totalidad de la esquina, acumulándose la suciedad sin limpiar en esa zona del helióstato. Si el helióstato está formado por un conjunto de módulos, el sensor de actitud también puede detectar el final de éstos, de forma que si la distancia entre ellos es pequeña (del orden de unos 3 cm.), el robot sería capaz de pasar el marco del módulo ya limpio y pasar al siguiente. En nuestro caso, los helióstatos estarán formados por módulos separados unos de otros a poca distancia, la suficiente para que el robot pase de una a otra por él mismo. 38
En la Figura 19 se muestra una fotografía de un helióstato de una planta termosolar cualquiera. Figura 19. Helióstato de una planta termosolar En el mercado actual, existen varios fabricantes que comercializan este tipo de robots para aplicaciones como la que tratamos en este proyecto. En la mayoría de ellos, el dispositivo contiene un software, propio del fabricante, que evalúa el grado de limpieza, al igual que grietas u otros daños, de forma que la persona encargada de controlar todo el sistema de limpieza en el campo solar, tenga notificación de las incidencias que detecte el robot. Esta conexión controlador robot se produce habitualmente mediante 3G o WLAN. Entre todas las ventajas mencionadas hasta ahora, hay que añadir una bastante importante que es que los robots no contaminan, y otra bastante práctica que es que el suministro de energía se realiza mediante baterías incorporadas en los mismos y que pueden recargarse por la energía eléctrica suministrada por el propio panel solar. Otras posibles especificaciones que puede tener el dispositivo es la incorporación de cámaras, una frontal para visualizar la zona sucia del helióstato, y otra trasera para la parte limpia del mismo. 39
Para comentar algunas características técnicas de los robots automáticos de limpieza, se han consultado las de los robots Solarbrush: Velocidad de limpieza: 0,5 m²/min. Peso: 5 Kg. Dimensiones: 300 x 200 x 150 mm. Inclinación máxima: 15º. Temperatura: 0 60ºC. Autonomía: 3 h / carga completa Espacios entre módulos: 30 mm. Cámara: VGA. Conectividad: 3G, WLAN. Localización: GPS 40