SunPower Reinvents Large-Scale Solar Plants With Drones, Robots and Tomatoes

The new Oasis system allows for more flexible site selection and increased energy production.

by Julia Pyper
September 28, 2016

It’s a new era for the solar industry. Today, technology innovation extends well beyond the solar panel to the entire system, which companies like SunPower believe is key to helping solar become a leading energy source.

Last week, SunPower launched its third-generation Oasis platform for large-scale solar projects at the company’s new research and development facility in Davis, California. The latest iteration features advanced design tools, drones, robots and new agriculture practices that aim to improve project performance from site development through to operations and maintenance.

“Right now, as we’re seeing [power-purchase agreement] rates fall, we really need to look at every detail in the system and find a way to optimize everything,” said Matt Campbell, vice president of power plant products for SunPower.

More than 700 megawatts’ worth of new Oasis platform projects have already been awarded, with construction starting in North America and China within the coming weeks. In 2017, all new SunPower solar plants will be built using the third-generation Oasis platform.

“SunPower Oasis allows customers to generate more value from a broader selection of potential power-plant sites, at an accelerated pace,” said Tom Werner, SunPower president and CEO. “An Oasis solar power plant may be designed 90 percent faster than the time required to design conventional solar power plants. While flat, rectangular-shaped sites are required for other trackers on the market, Oasis can take advantage of unused, irregularly shaped areas and slopes up to 10 degrees to generate up to 60 percent more energy than conventional technology installed at the same site.”

Each additional 10 acres of usable land on a given project site represents 2 to 4 more megawatts of power, Werner said. Therefore, the ability to maximize the use of a site can significantly impact a project’s bottom line, and help the large-scale solar sector grow as premium space becomes constrained


Global energy optimization


The next-generation Oasis platform includes SunPower’s new global energy optimization (GEO) system that automates project design using drones and proprietary software, developed with support from the Department of Energy’s SunShot Initiative.

The drone is flown over a potential project site, collects images, and feeds those images into a cloud-based software system that comes up with dozens of site-design options. The platform allows developers to screen a large number of sites quickly, and allows owners to ensure their projects have been optimized to meet their financial and energy targets.

“The drone is really just an imaging tool,” said Campbell. “The key is the software that was developed by SunPower, which takes the images, crosses them in our cloud servers, creates a three-dimensional map, and then the software comes in and proposes hundreds of layouts to optimize for capacity or financial return.”

While the software is the secret sauce, the drones play a pivotal role. Drones not only help with project design, but they can also be used to track site production. Instead of sending expensive project managers out to a site, the drone uses a remote monitoring management tool to track progress and an infrared imaging system to detect any issues. All of that data is fed into the GEO system to ensure project deployment is smooth and speedy.


FIGURE 1: Oasis GEO System



Once built, robots used in the third-generation Oasis platform will be able to clean soiled panels using 75 percent less water than manual cleaning methods and operate at night to avoid interfering with daytime energy production. The robots were initially developed by Greenbotics, which SunPower acquired in 2013, and developed further with SunShot support.

SunPower’s next-generation robotics cleaning technology is expected to be able to clean 10 megawatts’ worth of panels in 10 hours with just three workers and a pickup truck. The pace is twice as fast as the company’s current robotic cleaning technology, and 10 times faster than competing manual cleaning methods.

“It may not sound like that big of a deal, but as the cost of solar energy comes down for ground-mounted systems, the percentage of the costs of operations and maintenances goes up,” said Werner. “It can be as high as 15 percent [of the overall system cost], so having robots to clean the system is a huge deal.”

With equipment costs falling and land constraints increasing, innovative solutions are needed to bring the solar sector meaningfully beyond 1 percent of U.S. energy generation.

“A lot of the beginning of the solar industry was focused on the panel,” said Campbell. “Now we’re looking at innovation all around the rest of the system. That’s why we’re always surveying new technology — whether it’s a robot, whether it’s a drone, whether it’s software — and saying, ‘How can this help us reduce the cost of solar, build projects faster, and make them more reliable?’”

A redesigned tracker

Another element of SunPower’s new Oasis product is the redesigned tracker system, which will help to overcome concerns about land use.

The next-generation Oasis trackers are unlinked, shorter and wider, which allows for plants to be built on slopes that were previously considered unsuitable for development. SunPower claims its systems can be built on gradients up to 10 degrees, compared to the 6-degree gradient limit for most of its competitors. Shortening the tracker row length from roughly 90 meters to 45 meters also makes the design more compatible with different location types.

Each tracker is now also twice as wide with twice as many panels, which allows a single piece of infrastructure to produce more energy, while reducing the number of parts by roughly half. As part of the new integrated design, there are no combiner boxes, cable trays, motor batteries or other parts that can cause failure. Fewer parts are expected to translate to faster assembly time in the field and cheaper maintenance.

In the past, the two-panel design wasn’t considered viable because wider arrays catch more wind. But SunPower insists wind issues have been completely overcome. “Doubling the number of panels so I can reduce the part count by 50 percent is really hard to do, but that’s what the SunPower design team has done,” said Werner.

FIGURE 2: Simplified Architecture


In addition, each Oasis tracker row now has an on-board actuator that uses real-time information on voltage and current to inform how the row is controlled, optimizing for performance. This is a departure from previous SunPower products that tracked the sun using GPS. SunPower is not the first company to deploy an unlinked architecture, but it claims to have the first fully integrated design.

“We’re taking a holistic view,” said Campbell. “We’re the only ones in the world that cover the full spread of the power plant, from finding land through the long-term operation. I think in the future, this integrated approach will provide a lot of value.”

While SunPower’s insight into the entire solar value chain is considered to be an advantage, Werner added that the company also plans to forge strategic partnerships to accelerate sales internationally and recover from a poor second-quarter performance. As an example, SunPower plans to leverage its relationship with owner Total to deploy large-scale solar projects in Africa.

“[A company] cannot afford to develop solar projects all over the world, so you have to partner more, and decide where you’re going to develop, and where you spend money,” said Werner. “I think this is the time for focusing, and also a separation of [where] the strong survive.”

Learning how to coexist

Part of taking a holistic view means ensuring that solar power plants don’t conflict with the surrounding area, which is both an economic and environmental concern in many places. To that end, SunPower has partnered with the University of California, Davis to evaluate possible crop varieties that can coexist with large-scale, ground-mounted solar.

The new Oasis design allows for multiple uses because each row is farther apart than in previous designs. And because the trackers are unlinked, there are no obstructions on the ground. In China, SunPower already built a solar farm for Apple that allows yaks to safety graze among the panels. These types of solutions will be needed all around the globe as more solar projects are deployed at gigawatt scale.

“The idea of leveling a field and putting solar panels on it is less and less accepted,” said Werner. “What we would prefer is to take a field and put a solar plant on it and hardly disrupt the field…and we’re getting closer and closer to that.”

The SunPower R&D Ranch — where the company plans to test a suite of new technologies — is currently attempting to grow tomatoes and peppers in between the Oasis arrays, but it will attempt to grow other types of crops too. Heiner Lieth, professor at the UC Davis College of Agriculture and Environmental Science, started a solar research project in 2010 and has successfully been able to grow crops in the shade of solar panels. But there’s a lot more work to be done in order to scale these solutions, he said.

“I’m convinced it’s possible,” said Lieth. “The question is what the ideal balances are depending on what you’re going to be using for your cropping systems and what the market is for your electricity and agricultural products. And it opens up a whole world of questions.”

Tomatoes probably aren’t the ideal crop to try to grow right off the bat, he said. Conventional rectangular solar panels probably aren’t the best solution, either. If solar is to become the dominant power source in the U.S. and abroad, it will have to learn how to coexist with agriculture and animals out of pure necessity, Lieth said. And in order to coexist, solar projects will likely need to be designed differently.

“I think it’s a huge opportunity for everybody in the field, and to me, it’s a real surprise nobody has thought outside the box,” Lieth said.



Cristais misteriosos podem fazer a energia solar dominar o mundo (finalmente)

O material criado em laboratório imita a estrutura de um mineral russo descoberto nos Montes Urais – e pode ser o segredo para tornar a energia solar mais barata e eficiente.

Para a energia solar dominar o mundo, faltam duas coisas: que ela seja mais barata e que seja mais eficiente. As duas coisas devem ficar mais fáceis graças a uma nova descoberta da Universidade Columbia.

Um dos principais obstáculos para baratear a energia solar é que os painéis fotovoltaicos, feitos de silício muito fino, são difíceis de fabricar. Qualquer nanodefeito de fabricação faz com que a energia se dissipe antes de ser absorvida como eletricidade. E, no melhor dos casos, de toda a energia que chega no painel, só 25% consegue ser aproveitada.

Mas existe um grupo de cristais, que imita a estrutura química da Perovskita, um mineral encontrado na Rússia, que pode solucionar tudo isso. Os cristais de Perovskitas Híbridas Orgânico-Inorgânicas são bem mais simples de produzir que as células de silício.

O mais importante, porém, é que esse cristais são naturalmente cheios de “defeitos”. Mas mesmo assim, ao contrário do que acontece no silício, os elétrons simplesmente desviam dos defeitos e seguem seu caminho. Esse mecanismo de eficiência e “proteção” da energia era um mistério até muito recentemente.

O novo artigo publicado pelos pesquisadores de Columbia descreve que a formação de “pólarons” – fenômenos que desaceleram os elétrons – faz com que a energia não se dissipe mesmo com defeitos na célula solar.

Para os cientistas, a descoberta desse mecanismo significa que dá para aumentar em muito a eficiência das células feitas de materiais como esses cristais. Nos últimos 7 anos, os cientistas conseguiram dar um up no aproveitamento de energia em células solares feitas com esse material, de 4% para 22%.

Por enquanto, ainda não é suficiente para alcançar o silício. A questão é que, por mais que a tecnologia das células de silício siga melhorando, o máximo de energia solar que elas podem converter em eletricidade é 33% – esse é teto, um limite que não dá para ultrapassar.

Já para as Perovskitas Híbridas Orgânico-Inorgânicas, o limite é muito mais alto – a estimativa atual é que a eficiência máxima do material seja de pelo menos o dobro, 66% de energia convertida.

Mas nem tudo são prós – o grande contra do novo material é que o cristal mais eficiente para a energia solar contém chumbo e é solúvel em água. O risco é que essas células possam dissolver e contaminar o ambiente com metais pesados.

A proposta dos cientistas de Columbia para contornar isso é tentar replicar o mecanismo de eficiência que eles observaram nos cristais em outros materiais menos agressivos ao ambiente. Aí quem sabe a energia possa ser “ensolarada” de vez.


Ceará terá a primeira “cidade inteligente” para populações de baixa renda no Brasil

As cidades inteligentes já são uma realidade em algumas partes do mundo, oferecendo tecnologias que auxiliam a tornar a vida mais sustentável. Porém, com custo alto, poucas pessoas têm acesso a essa experiência. No entanto, arriscando mudar este panorama, está sendo construída no Ceará  a primeira cidade inteligente voltada para pessoas de baixo poder aquisitivo.

A cidade está sendo construída no município de São Gonçalo do Amarante. Apesar de estar em solo brasileiro, a iniciativa, que recebeu o nome de Laguna Ecopark, foi proposta por duas organizações italianas, a Planet e SocialFare, em conjunto com o Centro de Empreendedorismo da Universidade de Tel Aviv – StarTAU.


O espaço permitirá que pessoas de baixa renda deixem os subúrbios para viver em uma região altamente tecnológica, com Wi-Fi grátis por toda a parte, aplicativos específicos para moradores,compartilhamento de bicicletas e motos, bem como reaproveitamento de água e controle inteligente da iluminação pública. Além disso, parte da energia também será gerada através de equipamentos esportivos especiais localizados em praças da cidade.

A primeira parte do empreendimento deverá ficar pronta ainda este ano e contará com 150 casas, além de toda a estrutura de uso coletivo. Os moradores terão também a oportunidade de realizar cursos de prevenção médica, nutrição, alfabetização digital e hortas compartilhadas, visando uma melhor integração com o espaço.


Empresas de energia solar vão investir R$ 600 milhões na Bahia

Duas empresas de produção de energia solar vão investir R$ 600 milhões na Bahia. O valor consta dos protocolos assinados na quarta-feira (14) pelo governador Rui Costa e por representantes da Enel Green Power e Globo Brasil.

O documento assinado com a primeira empresa é de garantia de continuidade de obras para a implantação do parque Horizonte, localizado no município de Tabocas do Brejo Velho. O projeto representa um investimento de US$ 110 milhões (R$ 366 milhões) e terá capacidade instalada de 103 MW. “A construção do Horizonte foi iniciada nesta semana”, afirmou o diretor de operações e manutenção da Enel Green Power, Nilton Moraes.

“Na Bahia, temos outras duas plantas em obras, a de Ituverava, que é a segunda maior da América Latina, com capacidade de 254 MW, e do complexo solar Lapa, com capacidade de 158 MW, em Bom Jesus da Lapa”, completou.

Uma vez concluídas, as três plantas serão capazes de gerar mais de 1,1 TWh por ano, o suficiente para atender a 545 mil lares brasileiros por ano, evitando a emissão de 649 mil toneladas de CO2 na atmosfera.

O segundo protocolo, de intenções, este assinado com a Globo Brasil, é para a implantação de uma fábrica de painéis solares em Camaçari. “A Bahia é hoje o estado que está concentrando os maiores projetos de parques fotovoltaicos do país. Acreditamos que a energia solar vai dar os mesmos passos que a fonte eólica traçou no estado, formando toda uma cadeia produtiva”, disse Manuel Flávio Coelho, gerente de produção e qualidade da empresa.

Como contrapartida, a empresa vai receber do governo isenção de ICMS para os componentes utilizados na montagem dos equipamentos. A unidade representa um investimento de R$ 244,77 milhões e vai gerar 300 empregos diretos.


Enel inicia construção de usina solar na Bahia

A Enel, multinacional italiana de energia decidiu transformar o sol que incide principalmente no Nordeste em energia elétrica. A Enel informou que, por meio de sua subsidiária de energias renováveis Enel Green Power Brasil Participações (EGPB), iniciou a construção da usina solar Horizonte, em Tabocas do Brejo Velho, na Bahia.

O grupo Enel vai investir R$ 110 milhões em recursos próprios para a construção da usina que terá uma capacidade de instalada de 103 megawatts (MW) e, em operação, vai ter capacidade para gerar mais de 220 gigawatts/hora (GWh) por ano – o suficiente para atender o consumo de mais de 108 mil residências, com a redução de emissão de cerca de 129 mil toneladas de CO2 na atmosfera, segundo a companhia. A previsão é de a usina entrar em operação no segundo semestre de 2017.

A Enel explicou que a usina de energia solar terá contratos de 20 anos de fornecimento de energia, que preveem a venda da energia gerada por meio da Câmara de Comercialização de Energia Elétrica (CCEE).

O grupo Enel informou que está construindo outros dois projetos de energia solar na Bahia: Ituverava (254 MW) e Lapa (158 MW). A usina Horizonte ficará localizado ao lado de Ituverava, o que permitirá que a EGPB otimize recursos tanto na construção quanto na operação dos dois projetos, que compartilharão a mesma infraestrutura de conexão.

A EGPB possui uma capacidade instalada total de 546 MW no Brasil, dos quais 401 MW são de energia eólica, 12 MW de energia solar fotovoltáica e 133 MW de energia hídrica. Além disso, a empresa tem 442 MW de projetos de energia eólica, 102 MW de hidrelétrica e 807 MW de energia solar em construção. O grupo Enel controla também a distribuidora de energia Ampla no Estado do Rio de janeiro.


Brasileiro cria startup na Nasa para gerar energia no espaço


Na última semana, o brasileiro Alexandre Paris, 33 anos, encerrou mais um capítulo de sua carreira de uma maneira inesperada.

Em frente a uma plateia de mais de 700 convidados no Centro de Convenções Santa Clara, no coração do Vale do Silício, ele apresentou ao lado de um colega indiano e outro espanhol o projeto de sua primeira startup, a ReBeam, concebida ao longo das dez semanas do programa de verão da Singularity University, uma das mais prestigiadas instituições de inovação em todo o mundo.

Paris foi o único brasileiro selecionado para a turma de 2016, embora o Brasil só perca para os Estados Unidos em número de pessoas que já participaram dos cursos oferecidos pela entidade, segundo levantamento da própria Singularity.

Desde 2009, quando os programas foram lançados, 224 brasileiros participaram dos programas. Estar nesse grupo seleto de profissionais, por si só, já é uma conquista: no total, mais de 3 mil pessoas se inscrevem no curso todo ano, mas só 80 são selecionadas após um processo rigoroso.

“Em 2016, foi a primeira vez que eles exigiram a submissão de uma ideia de projeto”, contou Paris, em entrevista ao Estado. “Eu e mais dois colegas tivemos uma ideia juntos, mas só eu fui selecionado.”

É impossível descrever o tipo de profissional que tem mais chances na Singularity. Na turma desse ano, conta Paris, havia de cartunistas à cientistas especializados em nanotecnologia.

Para o brasileiro, sua formação e experiência em energias renováveis, além de sua vivência em diversos países, pode ter lhe ajudado a compor um perfil atraente para os recrutadores.

Nascido em São Bernardo do Campo, no interior de São Paulo, Paris viveu a maior parte de sua vida na cidade de Santo André. Ele se formou em gestão ambiental e fez mestrado em tecnologia para células de combustível no Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (Ipen) da Universidade de São Paulo (USP).

Depois de trabalhar como consultor na área de sustentabilidade, ele embarcou em sua primeira aventura no exterior: mudou-se para a Alemanha para estudar a fundo o setor de energia.

“Aprendi alemão em quatro meses”, diz o brasileiro. “E acabei conseguindo um estágio no ministério alemão para o meio ambiente.”

A experiência foi útil para o brasileiro dar o passo seguinte na carreira: desde março de 2011, Paris trabalha como técnico no escritório dedicado à estudar as mudanças climáticas na Organização das Nações Unidas (ONU).

“Assim que cheguei, ganhei um passaporte sem nacionalidade”, relembra Paris. “E me disseram que não estava ali para representar meu país. Me identifiquei na hora.”

Nos últimos cinco anos, o emprego permitiu que ele morasse em Bogotá, na Colômbia, e também em ilhas do Caribe. Ele ajudou a criar centros de colaboração regional, que oferecem auxílio a governos interessados em criar políticas para combater as mudanças climáticas.

“Foi muito intenso”, diz o brasileiro. “Era como criar uma startup do zero.”
É só o começo

Mal sabia ele que, durante o curso de verão da Singularity, ele redefiniria sua noção de “intenso”. Nas primeiras semanas do curso, ele assistia aulas no período entre 9h e 22h – era comum, no entanto, que algumas aulas se estendessem madrugada afora.

Todo dia Paris era apresentado a um tema novo, que poucos na sala estavam familiarizados: impressoras 3D, nanotecnologia e inteligência artificial, por exemplo, passaram a fazer parte das discussões com os colegas.

Depois de aprender sobre tecnologia, ele também ouviu especialistas sobre os principais problemas do mundo atual. “Ouvimos palestras sobre fome, educação e energia.”

O passo seguinte foi montar os grupos para desenvolver o projeto final do curso, que daria início a sua startup. Interessado em criar uma forma mais eficiente de produzir energia solar, Paris fundou junto ao indiano Gadhadar Reddy e ao espanhol Jordi Espargaro a startup ReBeam.

Eles queriam desenvolver uma tecnologia capaz de gerar energia a partir da luz solar mesmo quando o céu está nublado ou durante a madrugada. A ideia é ambiciosa: eles pretendem colocar refletores de micro-ondas em órbita no espaço.

Assim, eles poderão refletir a energia irradiada por fazendas de energia solar – grandes áreas ocupadas por placas fotovoltaicas na Terra – para locais do planeta que estiverem no escuro.

“Mandar qualquer coisa para o espaço é muito caro”, diz Paris, “mas nosso projeto quer colocar em órbita apenas um refletor feito de material muito leve.”

Entre os professores que orientaram a ReBeam na concepção do projeto está um dos engenheiros da Nasa que identificou a presença de água na Lua, em 2009.

A ideia foi amplamente questionada na Singularity. Mas, depois de fundamentarem bem a proposta, a ReBeam foi escolhida como um dos cinco melhores projetos de 2016 – por isso, Paris e os colegas apresentaram a ideia na cerimônia de encerramento.

Paris pensava que a apresentação seria o ponto final de sua experiência na universidade mais inovadora do mundo, mas teve uma surpresa.

A ReBeam foi uma das dez empresas selecionadas pela Singularity para um novo programa de pré-aceleração de startups. Depois de duas semanas de férias, ele voltará ao campus da Nasa em 12 de setembro para uma nova temporada de dois meses.

“Tenho de voltar para a Alemanha em novembro, mas quero ver o quanto conseguirei avançar com a startup.”


Apple terá sua própria usina de energia renovável