211service.com
Solar för mörka klimat
Cool energi , en startup baserad i Boulder, CO, utvecklar ett system som producerar värme och elektricitet från solen. Det skulle kunna bidra till att göra solenergi konkurrenskraftig med konventionella energikällor i relativt mörka och kalla klimat, som den norra hälften av USA och länder som Kanada och Tyskland.
Solgenerator: En prototyp av en Stirling-motor som drivs av en solvärmare.
Företagets system kombinerar en konventionell solvärmare med en ny Stirling-motorbaserad generator som det utvecklar. Under svala månader ger solvärmaren varmvatten och rumsuppvärmning. Under varmare månader används överskottsvärme för att driva Stirlingmotorn och generera elektricitet.
Samuel Weaver, företagets VD och koncernchef, säger att systemet är mer ekonomiskt än solvärmare eftersom det använder värme som annars skulle gå till spillo under sommarmånaderna. Systemet kommer också att betala sig ungefär dubbelt så snabbt som konventionella solceller, säger han. Det beror delvis på att det effektivt kan kompensera för värmeräkningar på vintern - något som solceller inte kan göra - och delvis för att de evakuerade rören som används för att samla värme från solen utnyttjar diffust ljus bättre än vad konventionella solpaneler gör.
Systemet är utformat för att tillgodose nästan alla ett huss uppvärmningsbehov. Men generatorn, som bara kommer att producera 1,5 kilowatt effekt, kommer inte att räcka för att driva ett hus på egen hand. Systemet är designat för att fungera med ström från nätet, även om strömmen räcker för att driva ett kylskåp och några lampor vid strömavbrott.
Företagets nyckelinnovation är Stirling-motorn, som är designad för att fungera vid temperaturer som är mycket lägre än vanliga Stirling-motorer. I dessa motorer drivs en kolv genom att ena sidan av motorn värms upp samtidigt som den motsatta sidan hålls sval. Vanligtvis kräver motorerna temperaturer över 500 °C, men Cool Energys motor är designad för att gå i de 200 grader som solvärmare ger.
Teknikens framgång beror dock på att effektivitetsmålen uppnås, säger man Dean Kamen , uppfinnaren av Segway, som utvecklar högtemperatur Stirling-motorer för andra applikationer, inklusive transport. Vi behöver data, säger han. Företagets andra prototyp var bara 10 procent effektiv på att omvandla värme till el. Dess ingenjörer hoppas kunna nå 20 procent med en ny prototyp.
En Stirlingmotors effektivitet begränsas av skillnaden i temperatur mellan den kalla och varma sidan. För att nå de nödvändiga höga temperaturerna med solljus krävs vanligtvis speglar och linser för att koncentrera ljuset och spårningssystem för att hålla koncentratorerna riktade mot solen. Koncentratorerna kräver direkt solljus, så de fungerar inte på mulna dagar, och de är för skrymmande för att monteras på taket av ett hus.
För att göra en praktisk Stirlingmotor som körs vid låga temperaturer och inte kräver koncentratorer, tog ingenjörerna på Cool Energy upp ett problem med konventionella motorer som leder till slöseri med energi: värme läcker från den varma sidan av systemet till den kalla sidan, vilket sänker temperaturskillnaden mellan dem. Detta beror på att de material som krävs för höga temperaturer och tryck – vanligtvis metaller – leder värme. Att arbeta vid lägre temperaturer, drog ingenjörerna slutsatsen, tillåter dem att använda material som plast och viss keramik som inte leder värme, vilket minskar dessa förluster. Dessa material bidrar också till lägre kostnader: de är billigare än vissa av de metaller som vanligtvis används, och de kräver ingen smörjning, vilket förbättrar motorernas tillförlitlighet och minskar underhållskostnaderna.
Cool Energys ingenjörer håller för närvarande på att montera företagets tredje prototyp, som de säger kommer att göra det möjligt för dem att nå sina effektivitetsmål i slutet av denna sommar, varefter de planerar att testa pilotsystem utanför labbet. Inom två år planerar de att tillverka tillräckligt med system för att sänka kostnaderna och uppnå sina återbetalningsmål.