211service.com
Hoe een zonnegenerator te bouwen
De vraag naar zonne-energie stijgt snel (zie Nieuwe zonnetechnologieën aangewakkerd door hete markten). Maar het bouwen en inzetten van grote fotovoltaïsche panelen om elektriciteit op te wekken blijft duur. Nu werken twee groepen aan het MIT aan alternatieve benaderingen voor op zonne-energie gebaseerde elektriciteit die de kosten aanzienlijk zou kunnen verlagen - en de mogelijkheid om elektriciteit van de zon te oogsten in de handen van dorpelingen in arme landen en knutselaars in de achtertuin te leggen.
Een set prototype zonneconcentrators geïnstalleerd in Lesotho. (Met dank aan Amy Mueller.)
Tijdens een periode in het Peace Corps in Lesotho in zuidelijk Afrika leerde Matthew Orosz, een MIT-student geadviseerd door Harold Hemond, hoogleraar civiele techniek en milieutechniek, dat reflecterende parabolische troggen brood kunnen bakken. Nu is hij van plan dezelfde apparaten te gebruiken om stroom te leveren aan delen van Afrika die in de zon zijn gebakken maar honger hebben naar elektriciteit. Zijn zonnegeneratoren, aan elkaar geplaveid van auto-onderdelen en sanitair, kunnen gemakkelijk in een achtertuin worden gebouwd.
Het basisontwerp van het zonnegeneratorsysteem van Orosz is eenvoudig: een parabolische trog (in dit geval 15 vierkante meter) richt het licht op een pijp met motorolie. De olie circuleert door een warmtewisselaar en verandert een koelmiddel in stoom, die een turbine aandrijft die op zijn beurt een generator aandrijft.
Het koelmiddel wordt vervolgens in twee fasen gekoeld. In de eerste fase wordt warmte teruggewonnen om warm water te maken of, in één ontwerp, om een absorptieproceskoelmachine aan te drijven, zoals de propaan-aangedreven koelkasten in campers. De door zonne-energie opgewekte warmte zou de propaanvlam die in deze apparaten wordt gebruikt, vervangen of vergroten. De tweede trap koelt het koelmiddel verder af, wat de efficiëntie van het systeem verbetert, zegt Orosz. Deze fase zal waarschijnlijk gebruik maken van koel grondwater dat naar de oppervlakte wordt gepompt met behulp van stroom van de generator. Het water kan dan worden opgeslagen in een reservoir voor drinkwater.
Het ontwerp maakt gebruik van gemakkelijk verkrijgbare onderdelen en gereedschappen. Zo zijn zowel de voedingspomp als de stoomturbine eigenlijk stuurbekrachtigingspompen die in auto's en vrachtwagens worden gebruikt. Om elektriciteit op te wekken, gebruikt het team een dynamo, die niet zo efficiënt is als een gewone generator, maar die al is ontworpen om een batterij op te laden, wat de complexiteit van het systeem enigszins vermindert. En net als stuurbekrachtigingspompen zijn dynamo's, inclusief goedkopere gereviseerde exemplaren, gemakkelijk te verkrijgen.
Als gevolg hiervan kan het complete systeem voor het opwekken van één kilowatt elektriciteit en 10 kilowatt warmte, inclusief een batterij om de opgewekte stroom op te slaan, worden gebouwd voor een paar duizend dollar, zegt Orosz, wat minder is dan de helft van de kosten van een kilowatt van fotovoltaïsche panelen.
Je kunt je iets niet veroorloven dat is ontworpen voor zonne-energie. Je moet iets kopen dat in massa wordt geproduceerd voor iets anders - op die manier zijn de kosten redelijk, zegt Duane Johnson, eigenaar van Red Rock Energy, in White Bear Lake, MN, die duizenden van de goedkope op LED gebaseerde zonne-energie ontwikkelde en verkoopt. volgapparatuur die Orosz gebruikt om de zonneconcentratoren te oriënteren. De meeste apparaten worden gebruikt om fotovoltaïsche panelen te plaatsen, zegt hij, maar sommige mensen gebruiken ze met oude satellietschotels om warmte te concentreren en stoom te maken. De verkoop van zijn apparaten groeit met 25 procent per jaar, een snelheid die vergelijkbaar is met die van de fotovoltaïsche zonne-energie-industrie.
Hergebruikte auto-onderdelen zijn niet de enige manier om te gaan. Amy Sun, een afgestudeerde student in het Media Lab van MIT, heeft een goedkoop systeem ontworpen dat de warmte van een zonneconcentrator gebruikt om een type turbine aan te drijven dat oorspronkelijk was gepatenteerd door Nicola Tesla. In plaats van complexe, moeilijk te vervaardigen turbines met bladen te maken, wendde Sun zich tot de Tesla-turbine, die bestaat uit eenvoudigere platte schijven die als platen op een centrale as zijn gestapeld. De schijven zijn zorgvuldig uit elkaar geplaatst om stoom ertussen te laten stromen. Terwijl de stoom stroomt, zorgt wrijving tussen de stoom en het oppervlak van de schijven ervoor dat ze roteren. Als ik eenmaal een draaiend aswerk heb, kan ik het aan bijna alles koppelen - een luchtpomp, compressor, ventilator, mixer, slijpmachine, naaimachine, koelcompressor en, om die weinige dingen aan te drijven die echt elektrisch van aard zijn, een elektrische generator. Ze berekent dat dit systeem, dat volgens haar eenvoudig genoeg is voor een achtjarige om te maken, goedkope stroom kan produceren.
Natuurlijk hangt de algehele economie van deze zonnegeneratorsystemen af van hoe lang ze meegaan en hoeveel onderhoud ze nodig hebben. De levensduur van het systeem van Orosz kan behoorlijk goed zijn, omdat het onderdelen gebruikt die zijn ontworpen voor robuust gebruik in voertuigen. Het werkt ook bij relatief lage temperaturen die het niet alleen veiliger en gemakkelijker maken om mee te werken, maar ook de prestatielimieten van het gebruikte sanitair niet belasten.
Nadat hij al een werkend prototype heeft gebouwd, is de volgende stap van Orosz, die hij vanaf september in Lesotho hoopt te bereiken, het optimaliseren van de productie en het opzetten van een financieringssysteem, gebruikmakend van een recente $ 100.000 Wereldbank-subsidie, om het systeem betaalbaar te maken voor dorpelingen die zou de generator waarschijnlijk gebruiken in een buurthuis en als oplaadstation voor batterijen.
Hoewel hun systeem oorspronkelijk voor Lesotho was ontworpen, denken Orosz en zijn collega's dat het amateurs elders kan aanspreken. Achtertuin knutselaars konden het zelf bouwen. Geen twijfel mogelijk, zegt Amy Mueller, een afgestudeerde MIT-student die een leidende rol op zich neemt in het project van Orosz. Matts vader heeft er een die we hebben gebouwd om zijn jacuzzi te verwarmen.