211service.com
Solar til mørke klimaer
Cool energi , en startup baseret i Boulder, CO, udvikler et system, der producerer varme og elektricitet fra solen. Det kan være med til at gøre solenergi konkurrencedygtig med konventionelle energikilder i relativt mørke og kolde klimaer, såsom den nordlige halvdel af USA og lande som Canada og Tyskland.
Solar generator: En prototype af en Stirling-motor, der drives af en solvarmer.
Virksomhedens system kombinerer en konventionel solvarmer med en ny Stirling-motor-baseret generator, som det er ved at udvikle. I kølige måneder giver solvarmeren varmt vand og rumopvarmning. I de varmere måneder bruges overskudsvarme til at drive Stirling-motoren og generere elektricitet.
Samuel Weaver, virksomhedens præsident og administrerende direktør, siger, at systemet er mere økonomisk end solvarmevandvarmere alene, fordi det bruger varme, som ellers ville være spildt i sommermånederne. Systemet vil også betale sig selv cirka dobbelt så hurtigt, som konventionel solcelle, siger han. Det er dels fordi det effektivt kan kompensere for varmeregninger om vinteren – noget som solceller ikke kan – og dels fordi de evakuerede rør, der bruges til at opsamle varme fra solen, udnytter diffust lys bedre end konventionelle solpaneler gør.
Systemet er designet til at dække næsten alle et huss varmebehov. Men generatoren, som kun vil producere 1,5 kilowatt strøm, vil ikke være nok til at drive et hus alene. Systemet er designet til at arbejde med strøm fra nettet, selvom strømmen rækker til at køre et køleskab og et par lys i tilfælde af strømsvigt.
Virksomhedens nøgleinnovation er Stirling-motoren, som er designet til at arbejde ved temperaturer meget lavere end almindelige Stirling-motorer. I disse motorer drives et stempel ved at varme den ene side af motoren op, mens den modsatte side holdes kølig. Normalt kræver motorerne temperaturer på over 500 °C, men Cool Energys motor er designet til at køre ved de 200 grader, som solvarmere giver.
Teknologiens succes afhænger dog af at nå effektivitetsmålene, siger man Dean Kamen , opfinderen af Segwayen, som udvikler højtemperatur Stirling-motorer til andre applikationer, herunder transport. Vi har brug for data, siger han. Virksomhedens anden prototype var kun 10 procent effektiv til at omdanne varme til elektricitet. Dets ingeniører håber at nå 20 procent med en ny prototype.
En Stirling-motors effektivitet er begrænset af forskellen i temperatur mellem den kølige og varme side. For at nå de nødvendige høje temperaturer ved brug af sollys kræver det typisk spejle og linser til at koncentrere lyset og sporingssystemer til at holde koncentratorerne rettet mod solen. Koncentratorerne kræver direkte sollys, så de virker ikke på overskyede dage, og de er for omfangsrige til at blive monteret på taget af et hus.
For at lave en praktisk Stirling-motor, der kører ved lave temperaturer og ikke kræver koncentratorer, adresserede ingeniørerne hos Cool Energy et problem med konventionelle motorer, der fører til spild af energi: varme lækker fra den varme side af systemet til den kølige side, hvilket sænker temperaturforskellen mellem dem. Dette sker, fordi de materialer, der kræves til høje temperaturer og tryk - typisk metaller - leder varme. At arbejde ved lavere temperaturer, konkluderede ingeniørerne, giver dem mulighed for at bruge materialer som plast og visse keramik, der ikke leder varme, hvilket reducerer disse tab. Disse materialer hjælper også med at sænke omkostningerne: de er billigere end nogle af de metaller, der typisk bruges, og de kræver ikke smøring, hvilket forbedrer motorernes pålidelighed og reducerer vedligeholdelsesomkostningerne.
Cool Energys ingeniører er i øjeblikket ved at samle virksomhedens tredje prototype, som de siger vil give dem mulighed for at nå deres effektivitetsmål inden udgangen af denne sommer, hvorefter de planlægger at teste pilotsystemer uden for laboratoriet. Inden for to år planlægger de at fremstille nok systemer til at reducere omkostningerne og nå deres tilbagebetalingsmål.