Energía solar térmica a microescala

¿Existen métodos prácticos para convertir la energía solar térmica en energía eléctrica a escalas muy pequeñas, por ejemplo, usando un reflector paraboloide de 300 mm de diámetro con temperaturas de aproximadamente 800-1600 °C?

Si bien hay muchas plantas de energía solar concentrada a gran escala que usan motores de turbina de vapor convencionales, me pregunto qué otros métodos existen para producir energía eléctrica a partir de energía solar térmica a altas temperaturas pero usando un pequeño colector solar, por ejemplo: módulos termoeléctricos, etc.

Como ingeniero físico, mi intuición es que esto no funciona de manera eficiente. La eficiencia térmica requiere diferenciales de temperatura altos, lo que requiere mucho aislamiento. El aislamiento escala pobremente a dimensiones más pequeñas. Es decir, si reduce la escala de un tanque de sal fundida de 1000 toneladas a una tonelada, la cantidad de aislamiento necesario tampoco se reduce en un factor de 1000, ya que su grosor no se escala, solo la superficie, que se reduce en un mero factor de 100.
Existen métodos prácticos, pero la cantidad de energía eléctrica que puede producir un dispositivo solar a pequeña escala es muy pequeña, aunque sigue siendo útil. Después de todo, tenemos relojes que funcionan con energía solar.
Tengo un Seiko con energía solar, todavía funciona incluso en invierno en interiores.

Respuestas (5)

No importa QUÉ use para generar su electricidad, todavía está limitado por su área colectora, su latitud y el hecho de que la Tierra gira con un período aproximado de 24 horas.

Asumiendo que estás en América del Norte, tus límites fundamentales son:

  1. 1.3 k W / metro 2 al mediodía en un día claro severo en Tucson AZ.
  2. 6  a  8 k W h / metro 2 / día .

Cualquier texto de energía solar competente le dará estos números. También tenga en cuenta que estos son números de CC a luz: la energía se distribuye a lo largo del espectro electromagnético, no se concentra en longitudes de onda muy utilizables.

Aplicando esos números a su colector propuesto, tiene:

300 metro metro  diámetro = 150 metro metro  radio π ⋅ 0.15 metro ⋅ 0.15 metro = 0.070 metro 2

Eso significa que tus límites son 92 W al mediodía en un día despejado intenso en Tucson, y de 424 a 565 vatios-hora/día.

Multiplique eso por su eficiencia de conversión, y Bob es su tío.

No me he mantenido al día con las eficiencias de conversión fotovoltaica. Lo último que escuché fue que el 16% AÚN era todo lo que se podía obtener con materiales y procesamiento económicos. Sigo escuchando que alguien está trabajando en celdas con un 30 % de eficiencia y que tendrá el producto muy pronto ahora...

Aquí hay un artículo que habla sobre un sistema de motor Stirling calentado con energía solar. Citan una eficiencia del 31%, en comparación con el 16% de la energía fotovoltaica. Están poniendo algo de su energía en un sistema de seguimiento solar az-el, y están en Arizona.

Esta es una buena información, pero no responde a la pregunta, que es expresamente sobre energía solar térmica u otros métodos . Cuánta energía está disponible no era la pregunta.
El punto que estaba tratando de hacer es que un colector de 300 mm de diámetro no acumulará mucha energía, sin importar lo que use para convertir la luz solar en jugo.
@PhilFrost: Gracias por reformatear. ¿Puede proporcionar un puntero a una guía sobre cómo puedo hacer ese formato yo mismo?
solo busca L A T mi X guías
Estoy de acuerdo con Fil. Información útil John, obtuviste mi voto, pero todavía me pregunto qué otros métodos de conversión de electricidad solar existen además de los módulos fotovoltaicos, de vapor y termoeléctricos.
Podría decirse que los motores Stirling calentados por energía solar son el camino a seguir, si lo va a probar, pero no se reducen muy bien.

Peltiers son una gran manera de cosechar energía térmica. Sin embargo, 800C es demasiado para la mayoría de los peltiers. La temperatura está determinada por la cantidad de calor que fluye hacia el peltier y la resistencia térmica del peltier (y cualquier disipador térmico que tenga). Por lo tanto, es posible que pueda distribuir el calor y usar más peltiers de baja resistencia térmica. Hay algunas empresas más nuevas que fabrican peltiers que pueden manejar ese tipo de temperatura.

El segundo método es usar un motor Stirling, pero probablemente tendría que construir uno, hay algunos que podría conectar a un concentrador solar.

La última opción es la fotovoltaica de alta temperatura, que probablemente esté fuera del alcance de los aficionados.

La eficiencia energética es demasiado baja para obtener mucha energía útil /$ en pilas térmicas. Pero calentar agua es muy eficiente si está bien aislado.

Creo que también hay suficiente diferencia de temperatura para hacer funcionar un enfriador termoeléctrico hacia atrás.

podría calentar una batería térmica (un tanque de agua aislado, por ejemplo) y usar el diferencial térmico entre el tanque y el exterior para mover un motor Stirling , no soy un experto, pero creo que podría ser una forma eficiente de hacerlo. haciéndolo.

Gracias por revivir esta vieja pregunta de 4 años. Si las pérdidas de conversión son demasiado altas a partir de 1kW/m² y la eficiencia es solo del 15 %, entonces habrá bajado a 15 mW/cm² bajo un sol brillante.
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