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Solare per climi bui
Energia fredda , una startup con sede a Boulder, CO, sta sviluppando un sistema che produce calore ed elettricità dal sole. Potrebbe aiutare a rendere l'energia solare competitiva con le fonti di energia convenzionali in climi relativamente bui e freddi, come la metà settentrionale degli Stati Uniti e paesi come il Canada e la Germania.
Generatore solare: Un prototipo di motore Stirling alimentato da uno scaldacqua solare.
Il sistema dell'azienda combina uno scaldacqua solare convenzionale con un nuovo generatore basato su motore Stirling che sta sviluppando. Nei mesi freddi, il riscaldatore solare fornisce acqua calda e riscaldamento degli ambienti. Nei mesi più caldi, il calore in eccesso viene utilizzato per azionare il motore Stirling e generare elettricità.
Samuel Weaver, presidente e amministratore delegato dell'azienda, afferma che il sistema è più economico dei soli scaldacqua solari perché utilizza il calore che altrimenti andrebbe sprecato durante i mesi estivi. Il sistema si ripagherà anche da solo circa il doppio rispetto al solare fotovoltaico convenzionale, afferma. Ciò è in parte dovuto al fatto che può compensare in modo efficiente le bollette del riscaldamento in inverno, cosa che il fotovoltaico non può fare, e in parte perché i tubi evacuati utilizzati per raccogliere il calore del sole fanno un uso migliore della luce diffusa rispetto ai pannelli solari convenzionali.
Il sistema è progettato per soddisfare quasi tutte le esigenze di riscaldamento di una casa. Ma il generatore, che produrrà solo 1,5 kilowatt di potenza, non sarà sufficiente per alimentare una casa da solo. Il sistema è progettato per funzionare con l'alimentazione dalla rete, sebbene la potenza sia sufficiente per far funzionare un frigorifero e alcune luci in caso di interruzione di corrente.
L'innovazione chiave dell'azienda è il motore Stirling, progettato per funzionare a temperature molto più basse dei normali motori Stirling. In questi motori, un pistone viene azionato riscaldando un lato del motore mantenendo freddo il lato opposto. Normalmente, i motori richiedono temperature superiori a 500 °C, ma il motore di Cool Energy è progettato per funzionare ai 200 gradi forniti dagli scaldacqua solari.
Il successo della tecnologia, tuttavia, dipende dal raggiungimento degli obiettivi di efficienza, afferma Dean Kamen , l'inventore del Segway, che sta sviluppando motori Stirling ad alta temperatura per altre applicazioni, compreso il trasporto. Abbiamo bisogno di dati, dice. Il secondo prototipo dell'azienda era efficiente solo del 10% nel convertire il calore in elettricità. I suoi ingegneri sperano di raggiungere il 20% con un nuovo prototipo.
L'efficienza di un motore Stirling è limitata dalla differenza di temperatura tra il lato freddo e quello caldo. Tipicamente, raggiungere le temperature elevate necessarie utilizzando la luce solare richiede specchi e lenti per concentrare la luce e sistemi di inseguimento per mantenere i concentratori puntati verso il sole. I concentratori richiedono la luce solare diretta, quindi non funzionano nelle giornate nuvolose e sono troppo ingombranti per essere montati sul tetto di una casa.
Per realizzare un pratico motore Stirling che funzioni a basse temperature e non richieda concentratori, gli ingegneri di Cool Energy hanno affrontato un problema con i motori convenzionali che porta a uno spreco di energia: perdite di calore dal lato caldo del sistema al lato freddo, abbassando la differenza di temperatura tra loro. Ciò accade perché i materiali necessari per le alte temperature e pressioni, in genere i metalli, conducono il calore. Lavorare a temperature più basse, hanno concluso gli ingegneri, consente loro di utilizzare materiali come la plastica e alcune ceramiche che non conducono il calore, riducendo queste perdite. Questi materiali aiutano anche a ridurre i costi: sono più economici di alcuni dei metalli tipicamente utilizzati e non richiedono lubrificazione, migliorando l'affidabilità dei motori e riducendo i costi di manutenzione.
Gli ingegneri di Cool Energy stanno attualmente assemblando il terzo prototipo dell'azienda, che secondo loro consentirà loro di raggiungere i loro obiettivi di efficienza entro la fine di questa estate, dopodiché hanno in programma di testare i sistemi pilota al di fuori del laboratorio. Entro due anni, hanno in programma di produrre abbastanza sistemi per ridurre i costi e raggiungere i loro obiettivi di ammortamento.