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Solar für dunkle Klimazonen
Kühle Energie , ein Startup mit Sitz in Boulder, CO, entwickelt ein System, das Wärme und Strom aus der Sonne erzeugt. Es könnte dazu beitragen, Solarenergie in relativ dunklen und kalten Klimazonen wie der nördlichen Hälfte der Vereinigten Staaten und Ländern wie Kanada und Deutschland wettbewerbsfähig gegenüber herkömmlichen Energiequellen zu machen.
Solargenerator: Ein Prototyp eines Stirling-Motors, der von einem Solarwarmwasserbereiter angetrieben wird.
Das System des Unternehmens kombiniert einen konventionellen Solarwarmwasserbereiter mit einem neuen Generator auf Basis eines Stirlingmotors, den es entwickelt. In kühlen Monaten sorgt die Solarheizung für Warmwasser und Raumwärme. In den wärmeren Monaten wird überschüssige Wärme verwendet, um den Stirlingmotor anzutreiben und Strom zu erzeugen.
Laut Samuel Weaver, Präsident und CEO des Unternehmens, ist das System sparsamer als solare Warmwasserbereiter allein, weil es Wärme nutzt, die sonst in den Sommermonaten verschwendet würde. Zudem werde sich das System etwa doppelt so schnell amortisieren wie konventionelle Photovoltaik, sagt er. Das liegt zum Teil daran, dass es im Winter die Heizkosten effizient ausgleichen kann – was Photovoltaik nicht kann – und zum Teil, weil die Vakuumröhren zum Sammeln der Sonnenwärme das diffuse Licht besser nutzen als herkömmliche Solarmodule.
Das System ist darauf ausgelegt, fast den gesamten Heizbedarf eines Hauses zu decken. Aber der Generator, der nur 1,5 Kilowatt Strom produziert, wird allein nicht ausreichen, um ein Haus zu versorgen. Das System ist so konzipiert, dass es mit Strom aus dem Netz arbeitet, obwohl die Leistung ausreicht, um bei einem Stromausfall einen Kühlschrank und ein paar Lampen zu betreiben.
Die Schlüsselinnovation des Unternehmens ist der Stirling-Motor, der für Temperaturen entwickelt wurde, die viel niedriger sind als bei herkömmlichen Stirling-Motoren. Bei diesen Motoren wird ein Kolben angetrieben, indem eine Seite des Motors erhitzt wird, während die gegenüberliegende Seite kühl gehalten wird. Normalerweise benötigen die Motoren Temperaturen von über 500 °C, aber der Motor von Cool Energy ist für die 200 Grad ausgelegt, die Solarwarmwasserbereiter liefern.
Der Erfolg der Technologie hängt jedoch vom Erreichen der Effizienzziele ab, sagt Dekan Kamen , dem Erfinder des Segways, der Hochtemperatur-Stirling-Motoren für andere Anwendungen entwickelt, einschließlich des Transportwesens. Wir brauchen Daten, sagt er. Der zweite Prototyp des Unternehmens war nur 10 Prozent effizient bei der Umwandlung von Wärme in Strom. Die Ingenieure hoffen, mit einem neuen Prototypen 20 Prozent zu erreichen.
Der Wirkungsgrad eines Stirlingmotors wird durch den Temperaturunterschied zwischen der kalten und heißen Seite begrenzt. Typischerweise erfordert das Erreichen der erforderlichen hohen Temperaturen durch Sonnenlicht Spiegel und Linsen zur Konzentration des Lichts und Nachführsysteme, um die Konzentratoren auf die Sonne gerichtet zu halten. Die Konzentratoren benötigen direkte Sonneneinstrahlung, funktionieren also nicht an bewölkten Tagen und sind zu sperrig, um auf dem Dach eines Hauses montiert zu werden.
Um einen praktischen Stirling-Motor herzustellen, der bei niedrigen Temperaturen läuft und keine Konzentratoren benötigt, haben die Ingenieure von Cool Energy ein Problem mit herkömmlichen Motoren angegangen, das zu Energieverschwendung führt: Wärmeverluste von der heißen Seite des Systems auf die kühle Seite, der Temperaturunterschied zwischen ihnen. Dies geschieht, weil die für hohe Temperaturen und Drücke erforderlichen Materialien – typischerweise Metalle – Wärme leiten. Die Arbeit bei niedrigeren Temperaturen, so die Schlussfolgerung der Ingenieure, ermöglicht es ihnen, Materialien wie Kunststoffe und bestimmte Keramiken zu verwenden, die keine Wärme leiten, wodurch diese Verluste reduziert werden. Diese Materialien tragen auch zu niedrigeren Kosten bei: Sie sind billiger als einige der normalerweise verwendeten Metalle und erfordern keine Schmierung, was die Zuverlässigkeit der Motoren verbessert und die Wartungskosten senkt.
Die Ingenieure von Cool Energy bauen derzeit den dritten Prototyp des Unternehmens zusammen, mit dem sie ihre Effizienzziele bis Ende dieses Sommers erreichen werden. Danach planen sie, Pilotsysteme außerhalb des Labors zu testen. Innerhalb von zwei Jahren wollen sie genügend Systeme herstellen, um die Kosten zu senken und ihre Amortisationsziele zu erreichen.