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L'innovation solaire de technologie produit de l'électricité, de la chaleur et de l'eau

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L'attrait du courant électrique propre, peu coûteux et efficace développé par le soleil ? les rayons de s jusque récemment a été quelque peu évasif comme les coûts et les inefficacités de conversion ont retardé sa croissance

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Une innovation de technologie, cependant, prétend aborder ces défis technologiques dirigent dessus et ajoutent plus d'utilité.

A doublé le tournesol, le système solaire thermique photovoltaïque de technologie de concentration élevée (HCPVT) des emprunts d'énergie d'Airlight d'exister et a établi des technologies pour créer un système hybride qui peut produire de l'électricité aux taux de conversion élevés, capturer la chaleur résiduelle pour la réutilisation et produire l'eau potable potable ou la climatisation potable.

On s'attend à ce que le système du Biasca, compagnie Suisse-basée, en même temps que la recherche Zurich d'IBM, frappe le marché d'ici 2017. L'énergie d'Airlight a établi une compagnie séparée, Dsolar, pour lancer sur le marché, autoriser et distribuer la technologie.

Une nouvelle génération

Les caractéristiques du système trois creusent des innovations, selon Gianluca Ambrosetti, chef de recherche chez Airlight et responsable du projet de Dsolar. Le premier est un béton à fibres utilisé pour la structure qui peut être moulée sur place dedans environ quatre heures et à moins de frais que l'acier.

Le deuxième remplace les miroirs en verre chers et rigides par les miroirs pneumatiques r3fléchissants transformés avec les clinquants métallisés nettoyés à l'aspirateur faits pression sur en forme.

Le tiers, et peut-être l'innovation la plus complexe et la plus avancée est le récepteur qui est fait de cellules photovoltaïques à haute efficacité, qui ont été employées pendant des décennies dans des satellites, et la technologie pour refroidir les morceaux.

Le système de HCPVT utilise un plat parabolique de 40 m2. L'intérieur du plat est couvert de 36 elliptiques, miroirs pneumatiques faits de 0.2mm, feuille métallique argent-enduite.

Le plat se repose placé sur la structure en béton à fibres et est attaché à un mécanisme de cheminement qui suit le soleil et tourne les miroirs ainsi qu'ils font face au soleil à l'angle optimum. Les miroirs clinquant-couverts concentrent le soleil ? rayonnement de s en le reflétant sur les récepteurs réfrigérés par un liquide qui comportent la multi-jonction, 1 cm2 de morceaux photovoltaïques qui produisent individuellement jusqu'à 57w un jour ensoleillé. Des centaines des morceaux sont installées sur chaque tournesol.

Collectivement elles peuvent produire de 12kW de courant électrique et de 20kW de puissance thermique un jour ensoleillé, qui est assez pour actionner plusieurs maisons.

Mettez une autre manière, le HCPVT peut concentrer la quantité d'égale solaire aux 2.000 soleils et au converti de la terre 80% dans l'énergie utile, dont 30% est énergie électrique et 50% est énergie calorifique, selon Dr. Bruno Michel, directeur, empaquetage thermique avancé à la recherche d'IBM.

Les technologies de concentrateur capturent seulement le rayonnement venant du disque solaire et d'un petit secteur autour de lui, qui s'appelle l'Irradiance normal direct (DNI), la quantité de rayonnement solaire de la direction du soleil. Les systèmes de concentrateur ne conquièrent pas la partie diffuse ; les rayons qui guident outre des nuages, par exemple.

Cependant, Ambrosetti indique ? pendant qu'ils (des concentrateurs) dépistent le soleil, le HCPVT capture-t-il plus que font la charge statique, le type de plaque plate systèmes de picovolte dans des secteurs de haut-irradiation. ?

Dans les endroits où la partie diffuse est petite (comme dans Phoenix, Ariz.) et DNI est dominant, les systèmes de CPV surpassent les systèmes statiques de picovolte en raison de leur rendement plus élevé. Dans les régions avec beaucoup d'irradiation diffuse (comme en Allemagne), les systèmes statiques de picovolte surpassent CPV, il dit.

Efficacité en expansion

Un système solaire photovoltaïque à panneau plat commun a une estimation de conversion de 15-20% tandis qu'un module de concentrateur est environ 25-29% efficace, dit Sarah Kurtz, scientifique principale et directeur de groupe de fiabilité au laboratoire national d'énergie renouvelable (NREL), d'or, Colo. Des taux de conversion dans le 40% et la plus grande gamme a été réalisés dans des essais en laboratoire.

Essentiellement, l'efficacité est liée au coût de l'installation. ? Si vous obtenez 1.000 watts par mètre carré de la lumière du soleil par mètre carré de modules (piles solaires), et il est 20% efficace, peut-il produire de 200 watts ? elle dit. ? S'il est 30% efficace, il peut obtenir 300 watts hors de ce même secteur. Plus l'efficacité est haute, plus le nombre est petit de modules qui sont nécessaires. ?

des morceaux photovoltaïques de Triple-jonction sont employés dans le tournesol pour capturer plus du soleil ? rayonnement de s. Chaque jonction est accordée à une bande spécifique de longueur d'onde ? short, milieu, longtemps ? et ? théoriquement, vous obtiendriez le rendement le plus élevé si vous auriez un matériel différent pour chaque couleur de l'arc-en-ciel ? Kurtz indique.

Puisque le soleil ? des rayons de s sont concentrés sur la rangée de morceaux photovoltaïques, les besoins de cette rangée d'être refroidi pour la protéger contre les températures qui pourraient dépasser 1.000 degrés de Celsius, dit Ambrosetti. Pour manipuler le défi de refroidissement, l'énergie d'Airlight a tourné à IBM la recherche, qui avait développé un système réfrigéré par un liquide employé pour refroidir de grands centres de traitement des données et ordinateurs géants, y compris un des ordinateurs géants les plus rapides au monde, le SuperMUC au centre de superinformatique de Leibniz (LRZ) à Munich.

? Nous avons converti un centre de traitement des données refroidi à l'air en centre de traitement des données réfrigéré par un liquide et alors avons-nous réutilisé l'énergie thermique pour chauffer le bâtiment ? Michel dit. ? L'impact global était tout à fait grand ; le coût énergetique du centre de traitement des données est descendu par un facteur de trois. ?

Michel dit que les chercheurs ont recherché d'autres processus qui pourraient employer cette technologie, et ont frappé sur les concentrateurs solaires. ? Ils s'avèrent justement avoir presque la même densité de puissance des puces, qui est de 200 watts par centimètre carré et est également ce ce que nous avons dans un ordinateur ? il dit.

Les morceaux photovoltaïques sont montés sur des couches de microstructure, chacune environ 100µm. L'eau est sifflée par l'intermédiaire des microcanaux qui fonctionnent entre ces couches dans des microns du morceau. L'eau absorbe la chaleur et la dessine loin à un taux jusqu'à 10 fois plus effectivement que l'air-refroidissement passif.

Selon Ambrosetti ? La différence de la température entre l'admission de l'eau et la sortie est environ 5-10 degrés C (par exemple, 90 C dedans, 95 C dehors). Le liquide réfrigérant d'eau chaude maintient les morceaux à une température de fonctionnement de 105 C.

Dans le courant concentrant les systèmes photovoltaïques, de l'énergie électrique est rassemblée et l'énergie thermique est absorbée à l'atmosphère. Avec l'approche de HCPVT, on élimine des problèmes de surchauffe en grande partie et l'énergie thermique est réutilisée pour le dessalement de l'eau aussi bien que pour le refroidissement d'annonce et d'absorption.

Plutôt que chauffant un bâtiment, comme est fait au LRZ, l'eau de 90 C est passée par un système poreux de distillation de membrane où elle est vaporisée et dessalée. Michel dit que le système fournit 30-40 litres de l'eau buvable. En créant un choix de systèmes de HCPVT, assez d'eau a pu être produite pour satisfaire une petite ville.

La climatisation est une autre utilisation alternative. Une chaleur de convertis de réfrigérateur d'adsorption dans le refroidissement par l'intermédiaire d'un cycle thermique qui est appliqué à un amortisseur a fait à partir du silicagel, par exemple. Selon IBM, les réfrigérateurs d'adsorption, avec de l'eau comme fluide de fonctionnement, peuvent remplacer des réfrigérateurs de compression comme ceux trouvés dans les systèmes typiques de la CAHT.

Les coûts descendent

Le coût est un problème fondamental de la technologie solaire, NREL ? s Kurtz indique. Michel a convenu, s'ajoutant ? Les gens avaient rêvé de solaire fournissant toute l'énergie que nous avons besoin depuis le dos dans les années 70, et est-il toujours plus cher comparé à l'industrie houillère nucléaire et, mais le coût descend-il. ?

Les chercheurs d'IBM disent que la concentration élevée a combiné avec le coût bas de la conception, ils peuvent réaliser un coût par secteur d'ouverture en-dessous de $250 par mètre carré. Ceci signifie que le coût d'énergie pourrait être moins de 10 cents par kilowatt-heure.

? Nous avons voulu rendre l'installation meilleur marché et avons-nous fait cela en augmentant la concentration ? Michel dit. ? Le système du dernier cri courant réalise la concentration de 500 fois et pendant que nous allons à 2.000 fois nous a besoin de quatre fois peu de morceaux.

? En termes de construction, un système traditionnel a besoin de l'acier cher pour le traqueur et l'armature, et du verre cher pour le systeme optique r3fléchissant. Notre solution était de remplacer l'acier par le béton qui est cinq fois meilleur marché et la surface r3fléchissante du verre avec la feuille métallique. ?

Ensemble d'industrie à se développer

Les efforts d'Airlight d'améliorer l'efficacité et les coûts inférieurs sont une réflexion d'un plus grand effort. À travers l'industrie, les coûts tombent et les installations montent. SA technologie projette que les améliorations de technologie et plus à prix réduit conduiront les installations solaires photovoltaïques concentrées aux niveaux record. Dans une étude 2013, rapport concentré du picovolte (CPV) ? 2013, SIEN a signalé que les ventes pourraient augmenter 750% de 160 MW en 2013 à 1.362 MW en 2020. Le prix installé moyen des systèmes photovoltaïques de haut-concentration a diminué à $2.62 par watt en 2013, en bas de plus de 25% de $3.54 par watt en 2012. Le déclin est conduit par les volumes de montée et les efficacités de système améliorées.

Pendant que les coûts tombent et la technologie s'améliore, la promesse de l'énergie solaire deviendra plus d'une réalité.