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L'innovazione solare di tecnologia genera l'elettricità, il calore e l'acqua

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Il fascino di energia elettrica pulita, a basso costo ed efficiente generata dal sole? i raggi di s fino a poco tempo fa è stato in qualche modo evasivi come i costi e le inefficienze di conversione hanno ritardato il relativo sviluppo

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Un'innovazione di tecnologia, tuttavia, pretende di affrontare queste sfide tecnologiche dirige sopra ed aggiunge più programma di utilità.

Ha definito il girasole, il sistema solare termico fotovoltaico di tecnologia di alta concentrazione (HCPVT) dai prestiti di energia di Airlight dall'esistenza ed ha stabilito le tecnologie per generare un sistema ibrido che può generare l'elettricità agli alti tassi di conversione, bloccare i cascami di calore per riutilizzazione e produrre l'acqua potabile o il condizionamento d'aria potabile.

Il sistema dal Biasca, azienda Svizzera-basata, insieme con la ricerca Zurigo di IBM, si pensa che colpisca il mercato entro 2017. L'energia di Airlight ha istituito un'azienda separata, Dsolar, per introdurre, concedere una licenza e distribuire alla tecnologia sul mercato.

Una nuova generazione

Le caratteristiche del sistema tre estraggono la parte centrale dalle innovazioni, secondo Gianluca Ambrosetti, testa della ricerca a Airlight e responsabile del progetto Dsolar. Il primo è un calcestruzzo a base di fibre usato per la struttura che può essere modellata sul posto dentro intorno quattro ore ed a meno spesa che l'acciaio.

Il secondo sostituisce gli specchi di vetro costosi e rigidi con gli specchi pneumatici riflettenti trasformati con le stagnole metallizzate vacuumed fatte pressione su figura.

Il terzo e forse l'innovazione più complessa e più avanzata è la ricevente che è fatta delle cellule fotovoltaiche high-efficiency, che sono state utilizzate per le decadi in satelliti e la tecnologia per il raffreddamento dei circuiti integrati.

Il sistema di HCPVT utilizza un piatto parabolico da 40 m2. La parte interna del piatto è coperta di 36 ellittici, gli specchi pneumatici fatti di 0.2mm, foglio metallizzato argento-rivestito.

Il piatto si siede in cima alla struttura in cemento armato a base di fibre ed è legato ad un meccanismo d'inseguimento che segue il sole e gira gli specchi così che affrontano il sole all'angolo ottimale. Gli specchi sventare-coperti concentrano il sole? radiazione di s riflettendola sulle riceventi raffreddate a liquido che caratterizzano la multi-giunzione, 1 cm2 di circuiti integrati fotovoltaici che producono individualmente fino a 57w un giorno pieno di sole. Le centinaia dei circuiti integrati sono installate su ogni girasole.

Possono generare collettivamente 12kW di corrente elettrica e 20kW di potere termico un giorno pieno di sole, che è abbastanza per alimentare parecchie case.

Metta un altro senso, il HCPVT può concentrare la quantità di uguale solare a 2.000 soli della terra e convertito 80% in energia utile, di cui 30% è energia elettrica e 50% è l'energia termica, secondo il Dott. Bruno Michel, responsabile, imballaggio termico avanzato alla ricerca di IBM.

Le tecnologie del concentratore bloccano soltanto la radiazione che viene dal disc solare e da una piccola zona intorno esso, che è denominata irraggiamento normale diretto (DNI), la quantità di radiazione solare dal senso del sole. I sistemi del concentratore non bloccano la parte diffusa; i raggi che deviano fuori dalle nubi, per esempio.

Tuttavia, Ambrosetti dice? mentre (concentratori) seguono il sole, il HCPVT blocca più dell'elettricità statica, tipo sistemi della placca piana di PV nelle zone di alto-irradiazione.?

Nelle posizioni dove la parte diffusa è piccola (quali in Phoenix, Ariz.) e DNI è dominante, i sistemi di CPV sorpassano i sistemi statici di PV a causa dell'loro alta efficienza. Nelle regioni con molta irradiazione diffusa (quale nella Germania), i sistemi statici di PV sorpassano CPV, dice.

Efficienza espandentesi

Un sistema solare fotovoltaico dello schermo piatto comune ha una valutazione di conversione di 15-20% mentre un modulo del concentratore è circa 25-29% efficiente, dice Sarah Kurtz, lo scienziato principale ed il responsabile al laboratorio nazionale di energia rinnovabile (NREL), dorato, Colo del gruppo di affidabilità. I tassi di conversione nel 40% e la maggior gamma è stato realizzato nelle prove di laboratorio.

Essenzialmente, l'efficienza è collegata con il costo dell'installazione. ? Se ottenete 1.000 watt per tester quadrato di luce solare per metro quadro dei moduli (pile solari) ed è 20% efficiente, può generare 200 watt? dice. ? Se è 30% efficiente, può ottenere 300 watt da quella stessa zona. Più alta l'efficienza, più piccolo il numero dei moduli che sono necessari.?

i circuiti integrati fotovoltaici della Triplice-giunzione sono utilizzati nel girasole per bloccare più del sole? radiazione di s. Ogni giunzione è sintonizzata ad una fascia specifica di lunghezza d'onda? bicchierino, mezzo, lungamente? e? teoricamente, otterreste l'alta efficienza se aveste un materiale differente per ogni colore dell'arcobaleno? Kurtz dice.

Poiché il sole? i raggi di s sono concentrati sull'allineamento dei circuiti integrati fotovoltaici, necessità di quell'allineamento di essere raffreddato per proteggerlo dalle temperature elevate che potrebbero superare 1.000 gradi di Celsius, dice Ambrosetti. Per trattare la sfida di raffreddamento, l'energia di Airlight ha girato verso IBM la ricerca, che aveva messo a punto un sistema raffreddato a liquido usato per raffreddare i grandi centri dati e supercomputer, compreso uno dei supercomputer più veloci nel mondo, il SuperMUC al centro di supercomputing di Leibniz (LRZ) a Monaco di Baviera.

? Abbiamo convertito un centro dati raffreddato ad aria in centro dati raffreddato a liquido ed allora abbiamo riutilizzato l'energia termica per riscaldare la costruzione? Michel dice. ? L'effetto generale era abbastanza grande; il costo energetico del centro dati è andato giù da un fattore di tre.?

Michel dice che i ricercatori hanno cercato altri processi che potrebbero usare questa tecnologia ed hanno colpito sui concentratori solari. ? Sembrano avere quasi la stessa densità di potere dei chip di computer, che è di 200 watt per centimetro quadrato e quello è inoltre che cosa abbiamo in un calcolatore? dice.

I circuiti integrati fotovoltaici sono montati sugli strati di microstruttura, ciascuno circa 100µm. L'acqua è convogliata via i microchannels che funzionano fra questi strati all'interno dei micron del circuito integrato. L'acqua assorbe il calore e lo disegna via ad un tasso fino a 10 volte più efficace del aria-raffreddamento passivo.

Secondo Ambrosetti? La differenza di temperatura fra l'ingresso dell'acqua e la presa è di intorno 5-10 gradi la C (per esempio, 90 C dentro, 95 C fuori). Il liquido refrigerante dell'acqua calda effettua i circuiti integrati ad una temperatura di funzionamento di 105 C.

Nella corrente che concentra i sistemi fotovoltaici, l'energia elettrica è raccolta e l'energia termica è dissipata all'atmosfera. Con il metodo di HCPVT, i problemi di surriscaldamento in gran parte si eliminano e l'energia termica è riutilizzata per desalificazione dell'acqua così come per il raffreddamento di assorbimento e dell'annuncio.

Piuttosto che riscaldando una costruzione, come è fatto al LRZ, l'acqua di 90 C è passata attraverso un sistema poroso di distillazione della membrana in cui è vaporizzata e dissalata. Michel dice che il sistema fornisce 30-40 litri di acqua potabile. Generando un allineamento dei sistemi di HCPVT, abbastanza acqua ha potuto essere prodotta per soddisfare una cittadina.

Il condizionamento d'aria è un altro uso alternativo. Un calore di convertiti del refrigeratore di adsorbimento nel raffreddamento via un ciclo termico che si applica ad un assorbitore ha fatto dal gel di silice, per esempio. Secondo IBM, i refrigeratori di adsorbimento, con acqua come fluido operante, possono sostituire i refrigeratori di compressione come quelle trovate nei sistemi tipici di HVAC.

I costi vanno giù

Il costo è un problema fondamentale della tecnologia solare, NREL? la s Kurtz dice. Michel ha accosentito, aggiungendo? La gente sta sognando di solare fornendo tutta l'energia che abbiamo bisogno di dalla parte posteriore negli anni 70 ed è ancora più costoso confrontata all'industria carboniera e nucleare, ma il costo sta andando giù.?

I ricercatori di IBM dicono che l'alta concentrazione ha unito con il basso costo del disegno, possono realizzare un costo per zona dell'apertura inferiore a $250 per metro quadro. Ciò significa che il costo di energia potrebbe essere di meno di 10 centesimi per chilowattora.

? Abbiamo voluto rendere l'installazione più poco costosa ed abbiamo fatto quello mediante l'aumento della concentrazione? Michel dice. ? Il sistema avanzato corrente realizza una concentrazione di 500 volte e mentre andiamo a 2.000 volte noi ha bisogno di quattro volte pochi circuiti integrati.

? In termini di costruzione, un sistema tradizionale ha bisogno dell'acciaio costoso per l'inseguitore e la struttura e del vetro costoso per l'ottica riflettente. La nostra soluzione era di sostituire l'acciaio con calcestruzzo che è cinque volte più poco costoso e la superficie riflettente di vetro con il foglio metallizzato.?

Insieme di industria da svilupparsi

Gli sforzi del Airlight per migliorare l'efficienza ed i bassi costi sono una riflessione di più grande sforzo. Attraverso l'industria, i costi stanno cadendo e le installazioni stanno aumentando. La SUA tecnologia proietta che i miglioramenti di tecnologia ed i bassi costi determineranno le installazioni solari fotovoltaiche concentrate ai livelli record. In uno studio 2013, rapporto concentrato di PV (CPV)? 2013, SUO ha segnalato che le vendite potrebbero aumentare 750% da 160 Mw in 2013 a 1.362 Mw in 2020. Il prezzo installato medio per i sistemi fotovoltaici di alto-concentrazione è diminuito a $2.62 per watt in 2013, giù più di 25% da $3.54 per watt in 2012. Il declino sta determinando dai volumi aumentanti e dalle efficienze di sistema migliori.

Mentre i costi cadono e la tecnologia migliora, la promessa di energia solare si trasformerà in più di una realtà.