Motor Stirling alimentado por energía solar

La NASA patentó un tipo de motor Stirling alimentado por energía solar el 3 de agosto de 1976. Este motor utilizaba energía solar para bombear agua de un río, lago o arroyo. ^{[ 1 ]} El propósito de este aparato es “proporcionar una bomba de bajo costo y tecnología sencilla, de particular utilidad en sistemas de riego empleados en regiones áridas subdesarrolladas del planeta… [utilizando] los principios básicos del motor térmico Stirling”. ^{[ 1 ]}

Otro diseño fue patentado por Roelf J. Meijer en 1987. ^{[ 2 ]} Su invención combina un motor térmico, como un motor de ciclo Stirling , con un colector solar parabólico para producir electricidad. ^{[ 2 ]} Este aparato consiste en un gran plato que concentra la energía solar en un punto focal en el centro del plato. La energía solar concentrada impulsa un motor de ciclo Stirling, ^{[ 2 ]} que funciona permitiendo que el calor fluya de una fuente caliente a un sumidero frío para realizar trabajo. ^{[ 3 ]} El trabajo producido por el ciclo Stirling impulsa un generador para crear energía eléctrica. Además, para una óptima captación de calor, el motor solar de Meijer requiere que el plato siempre apunte directamente al sol para que no haya sombras en el colector solar parabólico. Esto presentó problemas porque, para que el aparato tenga un rango completo de movimiento, se necesitan sistemas de lubricación y rotación, lo que puede comprometer la estabilidad estructural . ^{[ 2 ]}

Alrededor de 2010, una empresa llamada Sunvention Solar Energy creó un dispositivo similar al diseño de la NASA que, según afirman, puede bombear 100 000 galones diarios, utilizando únicamente energía solar y el ciclo Stirling, con un costo de tan solo US$1250. Este aparato, al igual que otros, utilizaba un gran disco solar para captar el calor del sol y generar una fuente de alta temperatura, además de agua fría de un arroyo cercano. Esto proporcionaba un amplio rango de temperaturas, lo que a su vez generaba más energía. El aparato bombeaba el agua a los campos de cultivo cercanos, ofreciendo una bomba de bajo costo y tecnología sencilla, especialmente útil en sistemas de riego empleados en regiones áridas y subdesarrolladas del planeta.

Los motores Stirling que utilizan la concentración solar parabólica ostentan récords de eficiencia entre todos los sistemas de conversión térmica para transformar la energía solar en energía eléctrica (aunque la eficiencia récord de los paneles fotovoltaicos es algo mayor).

El Instituto de Investigación de Energía Eléctrica (EPRI) informó que un sistema Stirling Vanguard Dish de 25 kW, que utiliza un espejo parabólico para concentrar la luz solar en un punto focal y un motor Stirling para convertir el calor en energía eléctrica, alcanzó una eficiencia de conversión instantánea máxima (luz solar a energía eléctrica) del 31,6 % durante una prueba de 18 meses en 1986. ^{[ 4 ]} La eficiencia de conversión promedio (del 25,2 %) fue menor.

En 2008, Sandia informó que su diseño de alta eficiencia "SunCatcher" registró una eficiencia máxima de conversión de energía solar a red del 31,25 %, "la mayor eficiencia registrada para cualquier tecnología solar de campo". ^{[ 5 ]}

En 2017, el Departamento de Energía de EE. UU. informó un récord ligeramente superior del 31,4 % de eficiencia del sistema de conversión de energía solar en electricidad. ^{[ 6 ]}

En algunas situaciones , los motores Stirling alimentados por energía solar pueden ser más útiles para generar energía eléctrica que los paneles solares. ^{[ 7 ]} La capacidad térmica y la masa giratoria dan como resultado cambios menos bruscos en la potencia de salida. Los experimentos muestran la posibilidad de lograr mayores eficiencias. ^{[ 8 ]}

Los motores Stirling alimentados por energía solar son menos escalables que los paneles solares y también más complejos que un sistema solar-eléctrico. Además, a diferencia de los paneles solares, requieren un sistema de seguimiento solar preciso de dos ejes.

Los motores Stirling alimentados por energía solar pueden tener una fuente de calor secundaria (por ejemplo, gas), lo que permite su funcionamiento durante la noche y cuando el cielo está nublado.