Open source energieproductie: de Solar Fire P32

De kapitaalkosten van thermische zonnecentrales dalen snel als gevolg van een aantal recente innovaties gericht op het vereenvoudigen van de technologie. Het spectaculairste voorbeeld is de Solar Fire P32, een zonnecollector die in in 2010 werd ontwikkeld door de Franse NGO "The Solar Fire Project". Het is een open source ontwerp - de plannen zijn gratis te downloaden en iedereen mag de machine nabouwen - maar de zonnecentrale is ook te koop voor 7.500 dollar - de prijs van een kleine windturbine.

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

--------------------------------------------------------------------------------------------------------

Thermische zonnecentrales zetten geconcentreerd zonlicht meestal om in elektriciteit, maar ze bieden ook erg veel mogelijkheden voor het leveren van warmte voor industriële toepassingen - zie het artikel van vorige week, "Draait de industrie straks op geconcentreerd zonlicht?".

In essentie gaat het hier om erg eenvoudige technologie, waarvan het Franse ontwerp een mooi voorbeeld vormt. De Solar Fire P32 is gebouwd met behulp van eenvoudige, veelvoorkomende en niet-toxische grondstoffen. In tegenstelling tot de meeste andere moderne ecotech is er geen behoefte aan zeldzame metalen of geavanceerde gereedschappen om de machine te bouwen. In feite is dit een hernieuwbare bron van thermische energie die analoog is aan de windmolens die gebruikt werden (en soms nog gebruikt worden) voor de productie van mechanische energie.

De Solar Fire P32 kan tot 15 kW thermische energie leveren en behaalt een temperatuur van 700 °C, voldoende voor het smelten (en dus recycleren) van aluminium, het materiaal waaruit de spiegels zijn gemaakt. Dat betekent dat je een Solar Fire P32 kan gebruiken voor het maken van een andere Solar Fire P32. Of toch bijna. Het onderdeel dat het zonlicht absorbeert (de "absorber" of "receiver") en de dragende structuur zijn gemaakt uit staal, dat een hoger smeltpunt heeft. Maar die dragende structuur kan evengoed gemaakt worden uit hout, bamboe, of aluminium, en de stalen container om het geconcentreerde zonlicht op te vangen, kan relatief makkelijk worden gevonden. Het gebruik van glas verbetert de werking van de machine, maar is niet strikt noodzakelijk.

De Solar Fire P32 is - in de eerste plaats - bedoeld voor ontwikkelingslanden en ontworpen om kostenvoordelig te zijn in vergelijking met het verbranden van steenkool en hout, om op die manier ontbossing en vervuiling terug te dringen, energie-onafhankelijkheid te bevorderen, en een multifunctionele energiebron te bieden voor kleinschalige industriële toepassingen. De machine werd gebouwd in Mexico, Cuba, Burkina-Faso, Mali, India en Kenia, maar ook in Texas, Frankrijk en Canada.

Energie-onafhankelijkheid

De Solar Fire P32 bestaat uit 360 kleine spiegels met een totale oppervlakte van 32 vierkante meter, die het zonlicht focussen op een stoomketel die erboven hangt. De stoom kan gebruikt worden om water te zuiveren, melk te pasteuriseren, houtskool te maken, stenen te bakken, papier te maken, enzovoort. De stoom kan ook een stoommachine aandrijven om zo direct een waterpomp, graanmolen of eender welke andere stationaire machine aan te drijven die mechanische energie nodig heeft (als alternatief voor een windmolen of fietsmachine dus). Er kan ook een generator aan de energiecentrale worden gekoppeld, zodat er elektriciteit (tot 3 kW) kan worden geproduceerd.

Deze twee laatste toepassingen gaan gepaard met omzettingsverliezen (net zoals in een thermische zonnecentrale die elektriciteit levert), maar het zijn interessante extra mogelijkheden voor wie totale energie-onafhankelijkheid wil, met name in regio's waar er veel zon is maar geen wind. De machine kan zowel thermische energie, mechanische energie als elektrische energie leveren.

Vereenvoudigen van de technologie

Afgezien van de extra apparatuur die nodig is om elektriciteit op te wekken, vereisen conventionele geconcentreerde zonnecollectoren grote investeringen omwille van verschillende redenen. Parabolische troggen en parabolische schotels hebben sterk gebogen spiegels nodig waarvan de productie erg duur is. Bovendien moeten die spiegels in speciale fabrieken worden gemaakt en vervolgens over vaak lange afstanden worden vervoerd, wat de kosten verder opdrijft.

Omdat de spiegels groot en zwaar zijn, zijn er een sterke draagstructuur, flinke funderingen, krachtige hydraulica en gesofistikeerde systemen voor het volgen van de zon nodig. Een parabolische schotel is bovendien kwetsbaar voor windstoten en de stoomketel of hittemotor moet mee naar de zon worden gedraaid, wat al deze nadelen nog vergroot.

Zonnetorens lossen een aantal van deze nadelen op. Ze gebruiken vlakke (of slechts licht gebogen) spiegels, en alle spiegels delen één gemeenschappelijke ontvanger voor het geconcentreerde zonlicht. Maar ze vereisen natuurlijk wel de bouw van een flink torengebouw. Bovendien hebben al deze systemen erg veel plaats nodig, omdat de spiegels anders in elkaars schaduw staan. Lineaire Fresnel concentratoren gebruiken (hoofdzakelijk) vlakke spiegels, hebben eenvoudiger systemen voor het volgen van de zon en zijn compacter, maar ze werken enkel tot temperaturen van 250 °C (gebruikmakend van relatief lowtech materialen) of 450 °C (gebruikmakend van gesofistikeerde technologie).

Met de hand bediend

De Solar Fire P32 is een combinatie van een parabolische spiegel en een Fresnel collector die het zonlicht in een punt concentreert, net zoals de ARUN uit India - maar in tegenstelling tot die machine is ze horizontaal geplaatst en moet de stoomketel niet mee worden gedraaid met de spiegels, wat resulteert in een laag gewicht. Er is geen fundering nodig en de machine kan veel hogere windsnelheden verdragen dan de ARUN. Daarom kan ze ook op een dak worden geplaatst.

De Solar Fire P32 gebruikt lichtjes gebogen spiegels, verkregen door een mechanisch proces dat ter plaatse kan worden uitgevoerd. Het gebruik van vele kleine spiegels (zoals in andere Fresnel collectoren) vereenvoudigt het richten van de spiegels naar de zon. Dat richten wordt met de hand uitgevoerd, zodat de nood aan elektronica en elektrische motoren totaal verdwijnt (verschillende spiegels kunnen tegelijkertijd worden gedraaid door middel van met de hand bediende wielen). Dat lijkt omslachtig, maar het gaat hier niet om een machine die een huishouden van elektriciteit voorziet terwijl het gezin televisie zit te kijken. Ze is bedoeld voor kleinschalige industriële toepassingen, zodat er sowieso iemand bij staat.

Hoewel de plannen momenteel nog onvolledig zijn, is het de bedoeling dat iedereen die dat wil straks een kopie van de Solar Fire P32 kan bouwen. Eerik Wissenz, de ontwerper van de machine, denkt dat een open source ontwerp de verspreiding van de technologie ten goede zal komen. Daarbij gelooft hij dat de technologie te eenvoudig is om te kunnen patenteren: "Het is veel handiger om het reflecterende vlak van de machine iets groter te maken dan om complexe technieken te bedenken die de efficiëntie verhogen maar tegelijk de kostprijs te veel opdrijven. De brandstof is nu eenmaal gratis."

Low-tech zonne-ovens

Ook zonne-ovens voor het leveren van veel hogere temperaturen kunnen lowtech autonome systemen zijn. Een voorbeeld is het flinke vergrootglas dat gebruikt wordt door Sundrop Jewelry. Het bereikt temperaturen die hoog genoeg zijn voor het recycleren van gekleurd flessenglas. Dat wordt vervolgens omgetoverd tot handgemaakte juwelen. Uiteraard is het vermogen van deze machine erg klein, wat ze totaal nutteloos maakt als je van plan bent om industriële hoeveelheden glas te produceren. Maar ze laat zien dat zonnewarmte op elke schaal gebruikt kan worden. De technologie biedt individuen de mogelijkheid om processen uit te voeren die normaal gezien niet mogelijk zijn in je eigen tuin of garage.

Een ander voorbeeld is het Solar Sinter Project van Markus Kayser, waarbij glas wordt geproduceerd met behulp van alleen maar zonlicht en woestijnzand. Kayser maakte eerder al een lowtech versie van een lasermachine, waarmee hij zonnebrillen fabriceerde in de woestijn. Dit is niet de technologie waarmee we de industriële samenleving van vandaag mee gaan aandrijven, maar tussen deze kleinschalige autonome energiecentrales en de grote thermische zonnecentrales in de woestijn ligt een zee aan mogelijkheden.

Kris De Decker

Verwante artikels:

• Draait de industrie straks op geconcentreerd zonlicht?
• Zonne-energie maakt oliewinning goedkoper
• Maak alles samen: open modulaire hardware
  
• De microwindturbines van de toekomst? Lowtech energierevolutie in Afrika
• Hightech keuken zonder elektriciteit: het vliegwiel
• De vergeten toekomst van de fietsmachine: landbouw, industrie en huishoudens op pedaalkracht
• Bijna 40 kleine windturbines getest: veel geld voor weinig energie
• Bouw je eigen windmolen: de Windbelt en andere bouwplannen
• Een kerncentrale in je kelder: 40 jaar lang energiezekerheid !
• De "Bloom Box": groene energie uit een doosje?

Startpagina.

Comments

[Geplaatst door: Joris]

(1)

Gaaf project! Bedankt voor dit artikel.

[Geplaatst door: eddy]

(2)

Ik vraag me af waar er grote vergrootglazen te koop zijn
En of die niet kosteneffiecienter kunnen gemaakt worden dan spiegels

[Geplaatst door: Kris De Decker]

(3)

Eddy, ik weet niet waar je ze in België of Nederland kan vinden, maar op internet worden ze in elk geval aangeboden. Zie bv. deze site (al is er geen internationale verzending mogelijk):

http://greenpowerscience.com/SHOPFRESNELHOME.html

Voor wie thuis met dit soort lenzen aan de slag gaat, kijk wel uit wat je doet, dit is geen speelgoed. Als je glas kan smelten, kan je ook vingers smelten of het terras in brand steken (en dat gaat erg snel). Dek de lens ook af als je ze niet gebruikt.

[Geplaatst door: j.v.d.brink]

(4)

Zeer interessant artikel.
Hoop dat velen het idee op zullen pakken en het verder ontwikkelen.
Tussen 2 haakjes, op meer kerncentrales zit buiten de lobby, niemand te wachten.

joop

[Geplaatst door: Jeroen]

(5)

Automatisch:
Het lijkt me niet ondoenlijk om het volgen van de zon automatisch te laten verlopen. Dat hoeft niet noodzakelijk met sun-track-software die dan vervolgens de richtmotoren van de spiegels aanstuurd.

Goneometrie:
Ten eerste: Gelukkig leert Goneometrie dat, ook al staan alle spiegels onder een andere hoek ten opzichte van het brandpunt, ALLE spiegels steeds DEZELFDE hoekcorrectie ondergaan moeten, terwijl de zon haar baan volgt langs de hemel. Dat is één voordeel.

Nu rest er nog een methode om de richtmoteren aan te sturen.
Ik bedacht dat dit kon door gebruik te maken van relatief eenvoudige elektronica, een pilot-spiegel en een viertal lichtgevoelig censors (LDR's, Light Depended Resistand)
http://nl.wikipedia.org/wiki/Lichtgevoelige_weerstand

De werking:
De pilot-spiegel reflecteerd een kleine spot zonlicht op een vlak omringt door 4 LDR's (links, rechts, onder en boven).
Wanneer nu die zonlichtspot (door de verplaatsing van de zon) één van de LDR's beschijnt, zet de elektronica de correcpondeerde motors in werking in de corresponderende richting.
Alle spiegels, INCLUSIEF de pilot-spiegel, stellen nu bij, waardoor de zonlichtspot de LDR weer onbelicht laat, waardoor de motoren stilvallen.

NB: De spiegel-aray en brandpunt en de pilot-spiegel en LDR's kunnen los van elkaar geïnstalleerd worden. Ze hoeven dus niet, volgens de Goneometrie, noodzakelijk of het zelfde frame-werk gemonteerd te worden.

De elektronica:
De relatief eenvoudige elektronica stuurt zo zo goed als rechtstreeks de motoren aan zonder enige procesor en rekenkracht, bijna zo eenvoudige als AAN en UIT.

[Geplaatst door: alain]

(6)

De P32 zou aan een op de toren vast gemonteerde stirling engine gekoppeld kunnen worden, ipv op stoom te draaien (om electriciteit EN warmte te produceren).

[Geplaatst door: boerke]

(7)

Maar Jeroen (Haringman I presume?)

Een dergelijke hoewel simpele oplossing lijkt me uiteindelijk
niet makkelijker dan het aansturen van zo'n array door een ook simpele microcontroller. Die kan uitrekenen waar de zon staat, en richten,
en die bovendien in noodgevallen (storm/heftige hagel) de spiegels in een wind/hagel vriendelijke richting kan leggen.

Buiten dat. LDR's en klein richtsysteem worden vuil. 1x vogelpoep is al fataal

De kosten/stroomverbruik van zo'n microcontroller (20 euro arduino zou voldoende moeten zijn) zijn nihil, voordeel van een klein computertje is wel dat je er evt een extra aan kan hangen, ter controle (of redundancy) doe dat maar eens met normale analoge electronica.

Maar 't lijkt me erg leuk om eens zo'n systeem in het klein te bouwen.
met een beetje tegengewichten moet het geheel tegen heel erg weinig motorvermogen te bewegen zijn, met 2 steppertjes uit een oude scanner kom je al een eind.

maar hoe kom je aan een goedkope experiment sterlingmotor?

[Geplaatst door: Hans Vissers]

(8)

Ik woon in de Dominicaanse Republiek en wil een drinkwaterinstallatie bouwen voor kwalitatief hoog, maar goedkoop drinkwater te leveren aan het arme deel van de bevolking. Hiervoor zijn pompen nodig met een vermogen van ongeveer 6kW en super dure filters (Reverse Osmosis).
Ik vraag me af of er systemen te bouwen zijn (of te kopen), waarbij geen hoog vermogens pompen of dure filters nodig zijn, maar waarbij alles op geconcentreerd zonlicht werkt. De prijs moet bij voorkeur onder de 10.000 US dollar blijven bij een productie capaciteit ongeveer 2 tot 3 ton per dag. [email protected]