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Come costruire un generatore solare
La domanda di energia solare si sta rapidamente riscaldando (vedi Nuove tecnologie solari alimentate da mercati caldi). Ma la costruzione e l'installazione di grandi pannelli fotovoltaici per generare elettricità rimane costosa. Ora due gruppi del MIT stanno lavorando su approcci alternativi all'elettricità a base solare che potrebbero ridurre significativamente i costi e mettere la capacità di raccogliere elettricità dal sole nelle mani degli abitanti dei villaggi nei paesi poveri e degli artigiani del cortile.
Una serie di prototipi di concentratori solari installati in Lesotho. (Per gentile concessione di Amy Mueller.)
Durante un periodo nei Peace Corps in Lesotho, nell'Africa meridionale, Matthew Orosz, uno studente laureato del MIT consigliato da Harold Hemond, professore di ingegneria civile e ambientale, ha appreso che le vasche paraboliche riflettenti possono cuocere il pane. Ora ha in programma di usare questi stessi aggeggi per portare energia in parti dell'Africa cotte al sole ma affamate di elettricità. I suoi generatori solari, messi insieme da parti di automobili e forniture idrauliche, possono essere facilmente costruiti in un cortile.
Il design di base del sistema di generazione di energia solare di Orosz è semplice: un canale parabolico (che occupa 15 metri quadrati in questo caso) focalizza la luce su un tubo contenente olio motore. L'olio circola attraverso uno scambiatore di calore, trasformando un refrigerante in vapore, che aziona una turbina che, a sua volta, aziona un generatore.
Il refrigerante viene quindi raffreddato in due fasi. Il primo stadio recupera il calore per produrre acqua calda o, in un unico progetto, per alimentare un refrigeratore di processo ad assorbimento, come i frigoriferi alimentati a propano nei camper. Il calore generato dal sole sostituirebbe o aumenterebbe la fiamma del propano utilizzata in questi dispositivi. Il secondo stadio raffredda ulteriormente il refrigerante, il che migliora l'efficienza del sistema, afferma Orosz. Questa fase utilizzerà probabilmente l'acqua freatica fresca pompata in superficie utilizzando l'energia del generatore. L'acqua può quindi essere immagazzinata in un serbatoio per l'acqua potabile.
Il design utilizza parti e strumenti facilmente disponibili. Ad esempio, sia la pompa di alimentazione che la turbina a vapore sono in realtà pompe servosterzo utilizzate in auto e camion. Per generare elettricità, il team utilizza un alternatore, che non è efficiente come un normale generatore, ma è già progettato per caricare una batteria, il che riduce parte della complessità del sistema. E, come le pompe del servosterzo, gli alternatori, compresi quelli ricondizionati meno costosi, sono facili da trovare.
Di conseguenza, il sistema completo per generare un kilowatt di elettricità e 10 kilowatt di calore, inclusa una batteria per immagazzinare l'energia generata, può essere costruito per un paio di migliaia di dollari, dice Orosz, che è meno della metà del costo di un kilowatt di pannelli fotovoltaici.
Non puoi permetterti qualcosa che è progettato per il solare. Devi comprare qualcosa che è prodotto in serie per qualcos'altro - in questo modo il costo è ragionevole, dice Duane Johnson, proprietario di Red Rock Energy, a White Bear Lake, MN, che ha sviluppato e vende migliaia di economici prodotti solari a LED. dispositivi di localizzazione utilizzati da Orosz per orientare i concentratori solari. La maggior parte dei dispositivi viene utilizzata per posizionare i pannelli fotovoltaici, dice, ma alcune persone li usano con vecchie antenne satellitari per concentrare il calore e produrre vapore. Le vendite dei suoi dispositivi sono cresciute del 25% all'anno, un tasso simile a quello dell'industria del solare fotovoltaico.
I ricambi auto riadattati non sono l'unica strada da percorrere. Amy Sun, una studentessa laureata al Media Lab del MIT, ha progettato un sistema economico che utilizza il calore di un concentratore solare per azionare un tipo di turbina originariamente brevettata da Nicola Tesla. Invece di realizzare turbine a pale complesse e difficili da produrre, Sun si è rivolto alla turbina Tesla, che consiste in dischi piatti più semplici impilati come dischi su un albero centrale. I dischi sono accuratamente distanziati per consentire il flusso di vapore tra di loro. Mentre il vapore scorre, l'attrito tra il vapore e la superficie dei dischi li fa ruotare. Una volta che ho lavorato sull'albero di rotazione, posso accoppiarlo a quasi qualsiasi cosa: una pompa ad aria, un compressore, un ventilatore, un miscelatore, una smerigliatrice, una macchina da cucire, un compressore di refrigerazione e, per alimentare quelle pochissime cose che sono veramente elettriche in natura, un Generatore. Calcola che questo sistema, che secondo lei è abbastanza semplice da realizzare per un bambino di otto anni, può produrre energia a basso costo.
Naturalmente l'economia complessiva di questi sistemi di generazione solare dipende da quanto tempo dureranno e quanta manutenzione richiederanno. La durata del sistema di Orosz potrebbe essere abbastanza buona, poiché utilizza parti progettate per un servizio robusto nei veicoli. Funziona anche a temperature relativamente basse che, oltre a renderlo più sicuro e facile da lavorare, non metteranno a dura prova i limiti prestazionali dell'impianto idraulico utilizzato.
Avendo già costruito un prototipo funzionante, il prossimo passo di Orosz, che spera di realizzare a partire da settembre in Lesotho, è ottimizzare la produzione e istituire un sistema di finanziamento, attingendo a una recente sovvenzione della Banca mondiale di $ 100.000, per rendere il sistema accessibile agli abitanti dei villaggi che probabilmente utilizzerebbe il generatore in un centro comunitario e come stazione di ricarica delle batterie.
Sebbene il loro sistema sia stato originariamente progettato per il Lesotho, Orosz e i suoi colleghi ritengono che potrebbe attrarre i dilettanti altrove. Gli artigiani del cortile potrebbero costruirlo da soli. Non c'è dubbio, dice Amy Mueller, una studentessa laureata del MIT che ha assunto un ruolo di primo piano nel progetto di Orosz. Il padre di Matt ne ha uno che abbiamo costruito per riscaldare la sua vasca idromassaggio.