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Cómo construir un generador solar
La demanda de energía solar se está calentando rápidamente (consulte Nuevas tecnologías solares impulsadas por mercados calientes). Pero construir y desplegar grandes paneles fotovoltaicos para generar electricidad sigue siendo caro. Ahora, dos grupos del MIT están trabajando en enfoques alternativos a la electricidad basada en energía solar que podrían reducir significativamente los costos y poner la capacidad de recolectar electricidad del sol en manos de los aldeanos de los países pobres y de los aficionados al jardín por igual.
Un conjunto de prototipos de concentradores solares instalados en Lesotho. (Cortesía de Amy Mueller.)
Durante un período en el Cuerpo de Paz en Lesotho, en el sur de África, Matthew Orosz, un estudiante graduado del MIT asesorado por Harold Hemond, profesor de ingeniería civil y ambiental, aprendió que los colectores cilindro-parabólicos reflectantes pueden hornear pan. Ahora planea usar estos mismos artilugios para llevar energía a partes de África horneadas al sol pero hambrientas de electricidad. Sus generadores solares, improvisados con repuestos de automóviles y suministros de plomería, se pueden construir fácilmente en un patio trasero.
El diseño básico del sistema de generador solar de Orosz es simple: un cilindro parabólico (que ocupa 15 metros cuadrados en este caso) enfoca la luz en una tubería que contiene aceite de motor. El aceite circula a través de un intercambiador de calor, convirtiendo un refrigerante en vapor, que impulsa una turbina que, a su vez, impulsa un generador.
Luego, el refrigerante se enfría en dos etapas. La primera etapa recupera calor para producir agua caliente o, en un diseño, para alimentar un enfriador de proceso de absorción, como los refrigeradores que funcionan con propano en los vehículos recreativos. El calor generado por el sol reemplazaría o aumentaría la llama de propano utilizada en estos dispositivos. La segunda etapa enfría aún más el refrigerante, lo que mejora la eficiencia del sistema, dice Orosz. Esta etapa probablemente utilizará agua subterránea fría bombeada a la superficie utilizando energía del generador. Luego, el agua se puede almacenar en un depósito para beber.
El diseño utiliza piezas y herramientas fácilmente disponibles. Por ejemplo, tanto la bomba de alimentación como la turbina de vapor son en realidad bombas de dirección asistida que se utilizan en automóviles y camiones. Para generar electricidad, el equipo utiliza un alternador, que no es tan eficiente como un generador ordinario, pero ya viene diseñado para cargar una batería, lo que reduce parte de la complejidad del sistema. Y, al igual que las bombas de dirección asistida, los alternadores, incluidos los reacondicionados menos costosos, son fáciles de conseguir.
Como resultado, el sistema completo para generar un kilovatio de electricidad y 10 kilovatios de calor, incluida una batería para almacenar la energía generada, se puede construir por un par de miles de dólares, dice Orosz, que es menos de la mitad del costo de un kilovatio. de paneles fotovoltaicos.
No puede permitirse algo que esté diseñado para energía solar. Tienes que comprar algo que se produce en masa para otra cosa; de esa manera el costo es razonable, dice Duane Johnson, propietario de Red Rock Energy, en White Bear Lake, Minnesota, quien desarrolló y vende miles de LED de bajo costo. dispositivos de seguimiento que utiliza Orosz para orientar los concentradores solares. La mayoría de los dispositivos se utilizan para colocar paneles fotovoltaicos, dice, pero algunas personas los utilizan con antenas parabólicas viejas para concentrar el calor y producir vapor. Las ventas de sus dispositivos han crecido un 25 por ciento al año, una tasa similar a la de la industria de la energía solar fotovoltaica.
Las piezas de automóvil reutilizadas no son el único camino a seguir. Amy Sun, una estudiante graduada del Media Lab del MIT, ha diseñado un sistema económico que utiliza el calor de un concentrador solar para impulsar un tipo de turbina originalmente patentada por Nicola Tesla. En lugar de fabricar turbinas de palas complejas y difíciles de fabricar, Sun recurrió a la turbina Tesla, que consta de discos planos más simples apilados como discos en un eje central. Los discos están cuidadosamente espaciados para permitir que el vapor fluya entre ellos. A medida que fluye el vapor, la fricción entre el vapor y la superficie de los discos hace que giren. Una vez que tengo el trabajo del eje de rotación, puedo acoplarlo a casi cualquier cosa: una bomba de aire, un compresor, un ventilador, una batidora, una amoladora, una máquina de coser, un compresor de refrigeración y, para alimentar esas pocas cosas que son verdaderamente eléctricas por naturaleza, una generador. Calcula que este sistema, que dice que es lo suficientemente simple para que lo fabrique un niño de ocho años, puede producir energía barata.
Por supuesto, la economía general de estos sistemas de generadores solares depende de cuánto tiempo durarán y cuánto mantenimiento requerirán. La vida útil del sistema de Orosz podría ser bastante buena, ya que utiliza piezas diseñadas para un servicio resistente en vehículos. También funciona a temperaturas relativamente bajas que, además de hacer que sea más seguro y fácil de trabajar, no sobrecargará los límites de rendimiento de la tubería utilizada.
Habiendo construido ya un prototipo funcional, el próximo paso de Orosz, que espera lograr a partir de septiembre en Lesotho, es optimizar la fabricación y establecer un sistema de financiamiento, aprovechando una donación reciente del Banco Mundial de $ 100,000, para hacer que el sistema sea asequible para los aldeanos que probablemente usaría el generador en un centro comunitario y como una estación de carga de baterías.
Aunque su sistema fue diseñado originalmente para Lesotho, Orosz y sus colegas creen que podría atraer a aficionados en otros lugares. Los manipuladores del patio trasero podrían construirlo ellos mismos. Sin lugar a dudas, dice Amy Mueller, una estudiante de posgrado del MIT que asumió un papel principal en el proyecto de Orosz. El papá de Matt tiene uno de estos que construimos para calentar su jacuzzi.