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Solar para climas oscuros
Energía fresca , una startup con sede en Boulder, CO, está desarrollando un sistema que produce calor y electricidad a partir del sol. Podría ayudar a que la energía solar sea competitiva con las fuentes de energía convencionales en climas relativamente oscuros y fríos, como la mitad norte de los Estados Unidos y países como Canadá y Alemania.
Generador solar: Un prototipo de motor Stirling que funciona con un calentador de agua solar.
El sistema de la empresa combina un calentador de agua solar convencional con un nuevo generador con motor Stirling que está desarrollando. En los meses fríos, el calentador solar proporciona agua caliente y calefacción. En los meses más cálidos, el exceso de calor se utiliza para impulsar el motor Stirling y generar electricidad.
Samuel Weaver, presidente y director ejecutivo de la empresa, dice que el sistema es más económico que los calentadores de agua solares porque utiliza el calor que de otro modo se desperdiciaría durante los meses de verano. El sistema también se amortizará aproximadamente el doble de rápido que la energía solar fotovoltaica convencional, dice. Eso se debe en parte a que puede compensar de manera eficiente las facturas de calefacción en el invierno, algo que la energía fotovoltaica no puede hacer, y en parte a que los tubos de vacío utilizados para recolectar el calor del sol hacen un mejor uso de la luz difusa que los paneles solares convencionales.
El sistema está diseñado para satisfacer casi todas las necesidades de calefacción de una casa. Pero el generador, que producirá solo 1,5 kilovatios de energía, no será suficiente para alimentar una casa por sí solo. El sistema está diseñado para funcionar con energía de la red, aunque la energía es suficiente para hacer funcionar un refrigerador y algunas luces en caso de un corte de energía.
La innovación clave de la empresa es el motor Stirling, que está diseñado para funcionar a temperaturas mucho más bajas que los motores Stirling normales. En estos motores, un pistón se acciona calentando un lado del motor mientras se mantiene frío el lado opuesto. Normalmente, los motores requieren temperaturas superiores a 500 ° C, pero el motor de Cool Energy está diseñado para funcionar a los 200 grados que proporcionan los calentadores de agua solares.
El éxito de la tecnología, sin embargo, depende del logro de los objetivos de eficiencia, dice Dean Kamen , inventor del Segway, que está desarrollando motores Stirling de alta temperatura para otras aplicaciones, incluido el transporte. Necesitamos datos, dice. El segundo prototipo de la compañía solo tenía un 10 por ciento de eficiencia en la conversión de calor en electricidad. Sus ingenieros esperan llegar al 20 por ciento con un nuevo prototipo.
La eficiencia de un motor Stirling está limitada por la diferencia de temperatura entre el lado frío y el caliente. Por lo general, alcanzar las altas temperaturas necesarias utilizando la luz solar requiere espejos y lentes para concentrar la luz y sistemas de seguimiento para mantener los concentradores apuntando al sol. Los concentradores requieren luz solar directa, por lo que no funcionan en días nublados y son demasiado voluminosos para montarlos en el techo de una casa.
Para hacer un motor Stirling práctico que funcione a bajas temperaturas y no requiera concentradores, los ingenieros de Cool Energy abordaron un problema con los motores convencionales que conduce al desperdicio de energía: fugas de calor del lado caliente del sistema al lado frío, bajando la diferencia de temperatura entre ellos. Esto sucede porque los materiales necesarios para altas temperaturas y presiones, generalmente metales, conducen el calor. Trabajar a temperaturas más bajas, concluyeron los ingenieros, les permite utilizar materiales como plásticos y ciertas cerámicas que no conducen el calor, reduciendo estas pérdidas. Estos materiales también ayudan a reducir los costos: son más baratos que algunos de los metales que se usan normalmente y no requieren lubricación, lo que mejora la confiabilidad de los motores y reduce los costos de mantenimiento.
Los ingenieros de Cool Energy están ensamblando actualmente el tercer prototipo de la compañía, que dicen les permitirá alcanzar sus objetivos de eficiencia para fines de este verano, después de lo cual planean probar sistemas piloto fuera del laboratorio. Dentro de dos años, planean fabricar suficientes sistemas para reducir los costos y lograr sus objetivos de recuperación.