211service.com
Hur man bygger en solgenerator
Efterfrågan på solenergi ökar snabbt (se New Solar Technologies Fueled by Hot Markets). Men att bygga och installera stora solcellspaneler för att generera el är fortfarande dyrt. Nu arbetar två grupper vid MIT på alternativa tillvägagångssätt till solbaserad el som kan minska kostnaderna avsevärt – och lägga möjligheten att skörda el från solen i händerna på bybor i fattiga länder och bakgårdspyntare.
En uppsättning prototyper av solenergikoncentratorer installerade i Lesotho. (Med tillstånd av Amy Mueller.)
Under en period i Peace Corps i Lesotho i södra Afrika, lärde Matthew Orosz, en MIT-student med råd av Harold Hemond, professor i civil- och miljöteknik, att reflekterande paraboliska tråg kan baka bröd. Nu planerar han att använda samma utrustning för att föra ström till delar av Afrika bakade i sol men svälta efter elektricitet. Hans solgeneratorer, hopsnickrade av bildelar och VVS-tillbehör, kan enkelt byggas på en bakgård.
Den grundläggande designen av Orosz solgeneratorsystem är enkel: ett paraboliskt tråg (som tar upp 15 kvadratmeter i detta fall) fokuserar ljuset på ett rör som innehåller motorolja. Oljan cirkulerar genom en värmeväxlare och omvandlar ett köldmedium till ånga, som driver en turbin som i sin tur driver en generator.
Köldmediet kyls sedan i två steg. Det första steget återvinner värme för att göra varmvatten eller, i en design, för att driva en absorptionsprocesskylare, som de propandrivna kylskåpen i husbilar. Den solgenererade värmen skulle ersätta eller förstärka den propan låga som används i dessa enheter. Det andra steget kyler kylmediet ytterligare, vilket förbättrar systemets effektivitet, säger Orosz. Detta steg kommer troligen att använda kallt grundvatten som pumpas upp till ytan med kraft från generatorn. Vattnet kan sedan lagras i en behållare för dricksvatten.
Designen använder lättillgängliga delar och verktyg. Till exempel är både matarpumpen och ångturbinen faktiskt servostyrningspumpar som används i bilar och lastbilar. För att generera elektricitet använder teamet en generator, som inte är lika effektiv som en vanlig generator, men som redan är designad för att ladda ett batteri, vilket minskar en del av komplexiteten i systemet. Och precis som servostyrningspumpar är generatorer, inklusive billigare renoverade, lätta att få tag på.
Som ett resultat kan det kompletta systemet för att generera en kilowatt el och 10 kilowatt värme, inklusive ett batteri för att lagra den genererade strömmen, byggas för ett par tusen dollar, säger Orosz, vilket är mindre än halva kostnaden för en kilowatt av solcellspaneler.
Du har inte råd med något som är designat för solenergi. Du måste köpa något som är massproducerat för något annat – på så sätt är kostnaden rimlig, säger Duane Johnson, ägare till Red Rock Energy, i White Bear Lake, MN, som utvecklade och säljer tusentals av de billiga LED-baserade sol- spårningsenheter som Orosz använder för att orientera solenergikoncentratorerna. De flesta enheterna används för att placera solcellspaneler, säger han, men vissa människor använder dem med gamla parabolantenner för att koncentrera värme och göra ånga. Försäljningen av hans enheter har ökat med 25 procent per år, en takt som liknar den för solcellsindustrin.
Återanvända bildelar är inte den enda vägen att gå. Amy Sun, en doktorand i MIT:s Media Lab, har designat ett billigt system som använder värme från en solenergikoncentrator för att driva en typ av turbin som ursprungligen patenterades av Nicola Tesla. Istället för att tillverka komplexa, svårtillverkade bladförsedda turbiner, vände sig Sun till Tesla-turbinen, som består av enklare platta skivor staplade som skivor på en central axel. Skivorna är försiktigt placerade så att ånga kan flöda mellan dem. När ångan strömmar får friktion mellan ångan och skivornas yta att de roterar. När jag väl har arbetat med roterande axel kan jag koppla det till nästan vad som helst – en luftpump, kompressor, fläkt, mixer, kvarn, symaskin, kylkompressor, och, för att driva de mycket få sakerna som verkligen är elektriska till sin natur, en elektrisk generator. Hon räknar ut att det här systemet, som hon säger är tillräckligt enkelt för en åttaåring att tillverka, kan producera billig kraft.
Naturligtvis beror den totala ekonomin för dessa solgeneratorsystem på hur länge de kommer att hålla och hur mycket underhåll de kommer att kräva. Livslängden för Orosz system kan vara ganska bra, eftersom det använder delar som är designade för robust service i fordon. Den fungerar också vid relativt låga temperaturer som, förutom att göra den säkrare och enklare att arbeta med, inte kommer att belasta prestandagränserna för de rörsystem som används.
Efter att redan ha byggt en fungerande prototyp är Orosz nästa steg, som han hoppas kunna genomföra med början i september i Lesotho, att optimera tillverkningen och sätta upp ett finansieringssystem, med utgångspunkt i ett nyligen anslag på 100 000 USD från Världsbanken, för att göra systemet överkomligt för bybor som skulle sannolikt använda generatorn i ett samhälle och som en batteriladdstation.
Även om deras system ursprungligen designades för Lesotho, tror Orosz och hans kollegor att det kan tilltala amatörer någon annanstans. Bakgårdspysslare kunde bygga det själva. Ingen tvekan om det, säger Amy Mueller, en MIT-student som har tagit på sig en ledande roll i Orosz projekt. Matts pappa har en sådan som vi byggt för att värma hans jacuzzi.