211service.com
Zonne-energie voor donkere klimaten
Koele energie , een startup gevestigd in Boulder, CO, ontwikkelt een systeem dat warmte en elektriciteit uit de zon produceert. Het zou kunnen helpen om zonne-energie concurrerend te maken met conventionele energiebronnen in relatief donkere en koude klimaten, zoals de noordelijke helft van de Verenigde Staten en landen als Canada en Duitsland.
Zonnegenerator: Een prototype van een Stirlingmotor die wordt aangedreven door een zonneboiler.
Het systeem van het bedrijf combineert een conventionele zonneboiler met een nieuwe generator op basis van een Stirling-motor die het ontwikkelt. In koele maanden zorgt de zonneboiler voor warm water en ruimteverwarming. In de warmere maanden wordt overtollige warmte gebruikt om de Stirlingmotor aan te drijven en elektriciteit op te wekken.
Samuel Weaver, de president en CEO van het bedrijf, zegt dat het systeem zuiniger is dan alleen zonneboilers, omdat het gebruik maakt van warmte die anders tijdens de zomermaanden zou worden verspild. Het systeem zal zichzelf ook ongeveer twee keer zo snel terugbetalen als conventionele fotovoltaïsche zonne-energie, zegt hij. Dat komt deels omdat het de verwarmingsrekeningen in de winter efficiënt kan compenseren - iets wat fotovoltaïsche cellen niet kunnen doen - en deels omdat de geëvacueerde buizen die worden gebruikt om warmte van de zon op te vangen, beter gebruik maken van diffuus licht dan conventionele zonnepanelen.
Het systeem is ontworpen om in bijna alle verwarmingsbehoeften van een huis te voorzien. Maar de generator, die slechts 1,5 kilowatt vermogen zal produceren, zal niet genoeg zijn om alleen een huis van stroom te voorzien. Het systeem is ontworpen om te werken met stroom van het elektriciteitsnet, hoewel de stroom voldoende is om een koelkast en een paar lampen te laten werken in het geval van een stroomstoring.
De belangrijkste innovatie van het bedrijf is de Stirling-motor, die is ontworpen om te werken bij temperaturen die veel lager zijn dan bij gewone Stirling-motoren. In deze motoren wordt een zuiger aangedreven door de ene kant van de motor op te warmen en de andere kant koel te houden. Normaal gesproken hebben de motoren temperaturen van meer dan 500 °C nodig, maar de motor van Cool Energy is ontworpen om te draaien op de 200 graden die zonneboilers bieden.
Het succes van de technologie hangt echter af van het behalen van de efficiëntiedoelstellingen, zegt Dean Kamen , de uitvinder van de Segway, die Stirling-motoren voor hoge temperaturen ontwikkelt voor andere toepassingen, waaronder transport. We hebben gegevens nodig, zegt hij. Het tweede prototype van het bedrijf was slechts 10 procent efficiënt in het omzetten van warmte in elektriciteit. De ingenieurs hopen met een nieuw prototype 20 procent te halen.
De efficiëntie van een Stirlingmotor wordt beperkt door het temperatuurverschil tussen de koele en de warme kant. Het bereiken van de noodzakelijke hoge temperaturen met behulp van zonlicht vereist doorgaans spiegels en lenzen om het licht te concentreren en volgsystemen om de concentrators op de zon gericht te houden. De concentrators hebben direct zonlicht nodig, dus ze werken niet op bewolkte dagen, en ze zijn te omvangrijk om op het dak van een huis te worden gemonteerd.
Om een praktische Stirlingmotor te maken die bij lage temperaturen draait en geen concentrators nodig heeft, hebben de ingenieurs van Cool Energy een probleem aangepakt met conventionele motoren dat leidt tot verspilde energie: er lekt warmte van de warme kant van het systeem naar de koele kant, waardoor de het temperatuurverschil daartussen. Dit gebeurt omdat de materialen die nodig zijn voor hoge temperaturen en drukken, meestal metalen, warmte geleiden. Door bij lagere temperaturen te werken, concludeerden de ingenieurs, kunnen ze materialen zoals kunststoffen en bepaalde keramiek gebruiken die geen warmte geleiden, waardoor deze verliezen worden verminderd. Deze materialen helpen ook de kosten te verlagen: ze zijn goedkoper dan sommige van de metalen die gewoonlijk worden gebruikt, en ze hoeven niet te worden gesmeerd, wat de betrouwbaarheid van de motoren verbetert en de onderhoudskosten verlaagt.
De ingenieurs van Cool Energy zijn momenteel bezig met het assembleren van het derde prototype van het bedrijf, waarmee ze naar eigen zeggen tegen het einde van deze zomer hun efficiëntiedoelstellingen zullen bereiken, waarna ze van plan zijn om pilootsystemen buiten het laboratorium te testen. Ze zijn van plan om binnen twee jaar genoeg systemen te produceren om de kosten te drukken en hun terugverdientijd te behalen.