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Solaire pour les climats sombres
Énergie froide , une startup basée à Boulder, CO, développe un système qui produit de la chaleur et de l'électricité à partir du soleil. Cela pourrait aider à rendre l'énergie solaire compétitive par rapport aux sources d'énergie conventionnelles dans des climats relativement sombres et froids, comme la moitié nord des États-Unis et des pays comme le Canada et l'Allemagne.
Générateur solaire : Un prototype de moteur Stirling alimenté par un chauffe-eau solaire.
Le système de l'entreprise combine un chauffe-eau solaire conventionnel avec un nouveau générateur basé sur un moteur Stirling qu'elle développe. Pendant les mois frais, le chauffe-eau solaire fournit l'eau chaude et le chauffage des locaux. Pendant les mois les plus chauds, l'excès de chaleur est utilisé pour entraîner le moteur Stirling et produire de l'électricité.
Samuel Weaver, président et chef de la direction de l'entreprise, affirme que le système est plus économique que les chauffe-eau solaires seuls, car il utilise de la chaleur qui serait autrement gaspillée pendant les mois d'été. Le système s'amortira également environ deux fois plus rapidement que le solaire photovoltaïque conventionnel, dit-il. C'est en partie parce qu'il peut compenser efficacement les factures de chauffage en hiver - ce que le photovoltaïque ne peut pas faire - et en partie parce que les tubes sous vide utilisés pour collecter la chaleur du soleil utilisent mieux la lumière diffuse que les panneaux solaires conventionnels.
Le système est conçu pour répondre à presque tous les besoins de chauffage d'une maison. Mais le générateur, qui ne produira que 1,5 kilowatt d'électricité, ne suffira pas à alimenter une maison à lui seul. Le système est conçu pour fonctionner avec l'alimentation du réseau, bien que la puissance soit suffisante pour faire fonctionner un réfrigérateur et quelques lumières en cas de panne de courant.
L'innovation clé de l'entreprise est le moteur Stirling, qui est conçu pour fonctionner à des températures bien inférieures à celles des moteurs Stirling ordinaires. Dans ces moteurs, un piston est entraîné en chauffant un côté du moteur tout en gardant le côté opposé au frais. Normalement, les moteurs nécessitent des températures supérieures à 500 °C, mais le moteur de Cool Energy est conçu pour fonctionner aux 200 degrés que fournissent les chauffe-eau solaires.
Le succès de la technologie dépend toutefois de l'atteinte des objectifs d'efficacité, selon Doyen Kamen , l'inventeur du Segway, qui développe des moteurs Stirling à haute température pour d'autres applications, dont le transport. Nous avons besoin de données, dit-il. Le deuxième prototype de l'entreprise n'était efficace qu'à 10 % pour convertir la chaleur en électricité. Ses ingénieurs espèrent atteindre 20 pour cent avec un nouveau prototype.
L'efficacité d'un moteur Stirling est limitée par la différence de température entre le côté froid et le côté chaud. En règle générale, atteindre les températures élevées nécessaires en utilisant la lumière du soleil nécessite des miroirs et des lentilles pour concentrer la lumière et des systèmes de suivi pour maintenir les concentrateurs pointés vers le soleil. Les concentrateurs nécessitent la lumière directe du soleil, ils ne fonctionnent donc pas par temps couvert et ils sont trop volumineux pour être montés sur le toit d'une maison.
Pour créer un moteur Stirling pratique qui fonctionne à basse température et ne nécessite pas de concentrateurs, les ingénieurs de Cool Energy ont résolu un problème avec les moteurs conventionnels qui entraîne un gaspillage d'énergie : la chaleur s'échappe du côté chaud du système vers le côté froid, abaissant la différence de température entre eux. Cela se produit parce que les matériaux requis pour des températures et des pressions élevées, généralement des métaux, conduisent la chaleur. Travailler à des températures plus basses, ont conclu les ingénieurs, leur permet d'utiliser des matériaux tels que les plastiques et certaines céramiques qui ne conduisent pas la chaleur, réduisant ainsi ces pertes. Ces matériaux contribuent également à réduire les coûts : ils sont moins chers que certains des métaux généralement utilisés et ils ne nécessitent pas de lubrification, ce qui améliore la fiabilité des moteurs et réduit les coûts de maintenance.
Les ingénieurs de Cool Energy assemblent actuellement le troisième prototype de l'entreprise, qui, selon eux, leur permettra d'atteindre leurs objectifs d'efficacité d'ici la fin de l'été, après quoi ils prévoient de tester des systèmes pilotes en dehors du laboratoire. D'ici deux ans, ils prévoient de fabriquer suffisamment de systèmes pour réduire les coûts et atteindre leurs objectifs de retour sur investissement.