211service.com
Energia słoneczna dla ciemnych klimatów
Fajna energia , startup z siedzibą w Boulder w stanie Kolorado opracowuje system wytwarzający ciepło i energię elektryczną ze słońca. Może pomóc w konkurencyjności energii słonecznej z konwencjonalnymi źródłami energii w stosunkowo ciemnym i zimnym klimacie, na przykład w północnej części Stanów Zjednoczonych oraz w krajach takich jak Kanada i Niemcy.
Generator słoneczny: Prototyp silnika Stirlinga zasilanego solarnym podgrzewaczem wody.
System firmy łączy konwencjonalny słoneczny podgrzewacz wody z nowym generatorem opartym na silniku Stirlinga, który jest opracowywany. W chłodne miesiące podgrzewacz słoneczny zapewnia ciepłą wodę i ogrzewanie pomieszczeń. W cieplejszych miesiącach nadmiar ciepła jest wykorzystywany do napędzania silnika Stirlinga i wytwarzania energii elektrycznej.
Samuel Weaver, prezes i dyrektor generalny firmy, mówi, że system jest bardziej ekonomiczny niż same słoneczne podgrzewacze wody, ponieważ wykorzystuje ciepło, które w przeciwnym razie zostałoby zmarnowane w miesiącach letnich. Mówi, że system zwróci się również około dwa razy szybciej niż konwencjonalna fotowoltaika. Dzieje się tak po części dlatego, że może skutecznie zrekompensować rachunki za ogrzewanie w zimie – coś, czego fotowoltaika nie jest w stanie zrobić – a po części dlatego, że ewakuowane rury używane do zbierania ciepła ze słońca lepiej wykorzystują rozproszone światło niż robią to konwencjonalne panele słoneczne.
System został zaprojektowany tak, aby zaspokoić prawie wszystkie potrzeby grzewcze domu. Ale generator, który wyprodukuje tylko 1,5 kilowata energii, nie wystarczy do samodzielnego zasilania domu. Układ przystosowany jest do pracy z zasilaniem z sieci, choć moc wystarcza do uruchomienia lodówki i kilku lampek w przypadku awarii zasilania.
Kluczową innowacją firmy jest silnik Stirlinga, który został zaprojektowany do pracy w temperaturach znacznie niższych niż zwykłe silniki Stirlinga. W tych silnikach tłok jest napędzany przez nagrzewanie jednej strony silnika, jednocześnie utrzymując chłodną stronę przeciwną. Zwykle silniki wymagają temperatur powyżej 500 °C, ale silnik Cool Energy jest zaprojektowany do pracy przy 200 stopniach, jakie zapewniają słoneczne podgrzewacze wody.
Sukces technologii zależy jednak od osiągnięcia celów wydajnościowych, mówi Dziekan Kamen , wynalazca Segwaya, który opracowuje wysokotemperaturowe silniki Stirlinga do innych zastosowań , w tym transportu. Potrzebujemy danych, mówi. Drugi prototyp firmy był tylko 10 procent wydajny w przekształcaniu ciepła w energię elektryczną. Jego inżynierowie mają nadzieję osiągnąć 20 procent dzięki nowemu prototypowi.
Wydajność silnika Stirlinga jest ograniczona różnicą temperatur pomiędzy stroną zimną i gorącą. Zazwyczaj osiągnięcie niezbędnych wysokich temperatur za pomocą światła słonecznego wymaga luster i soczewek do skoncentrowania światła oraz systemów śledzących do utrzymywania koncentratorów skierowanych na słońce. Koncentratory wymagają bezpośredniego nasłonecznienia, więc nie działają w pochmurne dni i są zbyt duże, by można je było zamontować na dachu domu.
Aby stworzyć praktyczny silnik Stirlinga, który działa w niskich temperaturach i nie wymaga koncentratorów, inżynierowie z Cool Energy zajęli się problemem z konwencjonalnymi silnikami, który prowadzi do marnowania energii: wycieki ciepła z gorącej strony układu do chłodnej, obniżając różnica temperatur między nimi. Dzieje się tak, ponieważ materiały wymagane do pracy w wysokich temperaturach i ciśnieniach – zazwyczaj metale – przewodzą ciepło. Inżynierowie doszli do wniosku, że praca w niższych temperaturach pozwala im na stosowanie materiałów, takich jak tworzywa sztuczne i niektóre materiały ceramiczne, które nie przewodzą ciepła, zmniejszając te straty. Materiały te pomagają również obniżyć koszty: są tańsze niż niektóre zwykle używane metale i nie wymagają smarowania, poprawiając niezawodność silników i zmniejszając koszty konserwacji.
Inżynierowie Cool Energy montują obecnie trzeci prototyp firmy, który, jak mówią, pozwoli im osiągnąć swoje cele w zakresie wydajności do końca tego lata, po czym planują przetestować systemy pilotażowe poza laboratorium. W ciągu dwóch lat planują wyprodukować wystarczającą liczbę systemów, aby obniżyć koszty i osiągnąć cele zwrotu.