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Uno sguardo al mercato dei dispositivi per
la cogenerazione di piccola taglia
(lt 50 kWel)
Luigi Crema Senior researcher FBK ndash REET unit cremafbkeu
La micro Cogenerazione Cosrsquoegrave
Ersquo un sistema che genera da unrsquounica fonte energetica la produzione di elettricitagrave e calore Risulta conveniente laddove entrambe le tipologie energetiche sono sfruttabili in loco garantendo maggiore autonomia maggiore efficienza maggiore economicitagrave
Fonte httpwwwgeonoviscom
La micro Cogenerazione Settore di applicazione
La micro cogenerazione trova ideale applicazione a livello distribuito nel contesto degli Smart Buildings Il mercato globale delle aziende verdi egrave quotato al momento circa 1 trilione di euro anno e si attende che sia tre volte piugrave grande per il 2030 La regione EU riesce a catturare circa 13 del mercato globale come esportatore netto Il mercato globale degli Smart Buildings egrave valutato a circa 47 Teuro
(Fonte AG Gaglia et al ldquoEnergy Conversion and Managementrdquo 48 (2007) 1160ndash1175)
(Fonte Lux Reserach)
Andamento del mercato relativo a Green Building e investimenti relativi
Fonte httpdcsenergycommicrochpphp
La micro Cogenerazione La tecnologia
Energy Source
La tecnologia si applica a edifici per potenze inferiori a 5 kW a piccoli siti commerciali fra 5 e 10 kW e a siti industriali e edifici di maggiori dimensioni nel range tra 10 e 50 kW
La micro Cogenerazione Contesto tecnologico
Cicli Termodinamici ndash Prime Movers - Ciclo di Stirling range 1 ndash 100
kWel - Ciclo Organic Rankine Cycle (ORC)
range 5 kWel ndash 5 MWel
- Ciclo Brayton alcuni prototipi di motori scroll
Sistemi elettrochimici - Fuel cells (PEM SOFC Molten Carbonate DMFC hellip)
Fonti energetiche - Combustibili Fossili (Gas Naturale
Diesel) - Energia Solare
- Biomasse ndash Combustione diretta gassificazione pirolisi
- Idrogeno (carrier) - Geotermia di media entalpia
(gt150degC combinata a cicli ORC)
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Combustibili Fossili
I cogeneratori a combustibili fossili (gas naturale GPL o Diesel) sono basati su soluzioni piuttosto convenzionali di motori a combustione interna Generalmente sono dotati di rendimenti molto elevati spesso superiori allrsquo85 Tra i produttori Honda amp Osaka Gas Ecowill Volkswagen Ecoblue Senertec Dachs Refcomp REC2 I prezzi variano fra 4000 e 10000euro
REC2 di Refcomp cogeneration offre
soluzioni da 2 a 65 kWel combustibile gas
naturale o GPL
DACHS di Senertec offre soluzioni da 55
kWel combustibile gas naturale GPL diesel o
biodiesel
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Combustibili Fossili
Da alcuni anni si profila lrsquoingresso sul mercato di una serie di prodotti di caldaie a gas naturale integrate di un motore Stirling generalmente da 1 a 3 kW Tale soluzione presenta diversi inconvenienti soprattutto economici Tra i produttori Whispergen (NZ) Microgen (UK) Disenco (UK) Infinia ndash Rinnai ndash Enatec (US JP NL) I prezzi variano fra 6000 e 15000euro Altri produttori con cicli Rankine soprattutto ORC sono Genlec (1kW) Climate Energy (3kW) Otag (3kW) Enginion (5kW) Cogen Micro (25kW)
Caldaia Whispergen con Stirling da 1 kWel e 6
ndash 10 kWth Prezzo in Germania
2010 14000euro supportata da EON
Caldaia Microgen con Stirling da 1 kWel e 3 ndash
24 kWth Non in vendita previsto per il 2013 un prezzo di
6-8000euro
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Solare
STIRLING DISH Componenti principali della tecnologia sono bull concentratore parabolico solare a disco bull sistema di inseguimento bull ricevitore (scambiatore di calore solare) bull motore di Stirling con generatore La radiazione solare viene riflessa dal disco allrsquointerno di una cavitagrave dove viene assorbita e trasferita a un gas di carica del motore Stirling (elio) portandolo a circa 600 ndash 800degC Tale calore viene converito prima in energia meccanica e quindi in energia elettrica e termica Prodotti realizzati Eurodish basato su motore Solo Stirling da 10kW Suncatcher da SES su motore Sunpower 25 kW Sun Machine su motore Stirling da 5 kW Trinum di Innova su motore microgen da 1 kW
Solo Stirling 10 kWel + 10 kWth e ricevitore
Sistemi Eurodish (Fonte httpwwwfveede )
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Solare
STIRLING per APPLICAZIONI DOMESTICHE Sistemi Stirling per applicazioni domestiche attivati da energia solare sono di recente sviluppo e tuttrsquoora in fase di innovazione La concentrazione solare di piccola scala permette di ottenere temperature nel range 200 ndash 300 degC alle quali solo Stirling a basso salto termico sono adatti Prodotti realizzati Cool Energy motore Stirling da 1 ndash 3 kW per applicazioni tra 200 e 250degC DiGeSPo motore Stirling da 35 kW per applicazioni fino a 300degC (maggiori dettagli in seguito)
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Biomasse
I sistemi a microcogenerazione alimentati a biomassa o pellet sono tra i piugrave sviluppati o su ciclo Otto (motori endotermici) o ciclo Stirling o su ciclo ORC con prevalenza dello Stirling nelle piccolissime taglie e degli altri a partire da qualche decina di kWel Si applicano sia a combustione diretta che a gassificazione Sia a pellet che altre forme di combustibili solidi legnosi
Esempio di sistema m-CHP da biomassa tramite ciclo ORC
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Biomasse
Caldaia a Pellet della KWB con Stirling da 5 kW della
Stirling Power Module attualmente non piugrave in
produzione
Caldaia a Pellet della Okofen con Stirling da 1 kW della Microgen adattato dalla versione a gas naturale
Motore della Stirling DK da 35 kW per utilizzo con
Biogas o Syngas
Altri produttori sono Stirling Biopower (43kW) SunMachine ora Bayer ndash Raach (3kW)
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Idrogeno e Fuel Cells
Alcune recenti tecnologie propongono sistemi a Fuel Cell (PEM SOFC di vario tipo) per co generazione domestica Alcune di queste (SOFCPOWER) vengono direttamente alimentate a metano sul quale fanno reforming di idrogeno Le taglie sono solitamente dellrsquoordine di 1ndash5 kWel Produttori principali Vaillant SofcPower BlueGen Microcell Impianto di micro cogenerazione della
SOFCPOWER installato presso il comune di Roncegno Terme (Tn)
Fonte ftpftpeletpolimiitusersLucaFerrarinitecWP5pdf
La micro Cogenerazione Tecnologie di FBK ndash REET per gli Edifici
m-CHP da caldaia a pellet m-CHP da solare a
concentrazione di piccola scala
Luigi Crema cremafbkeu
Solare a concentraizne di piccola scala FP7 DiGeSPo project
Modular 1-3 kWe 3-9 kWth micro Combined Heat and Power (m-CHP) system based on innovative Concentrated Solar Power (CSP) and Stirling engine technology
electrical power heating and cooling for single and multiple domestic dwellings and other small commercial industrial and public buildings
The proposed technology is developed in DiGeSPo project which is part-funded by the European Commission under the Energy Theme of the Seventh Framework Programme Itrsquos cooperated by 7 partners coordinated by FBK itself
Luigi Crema cremafbkeu
Reflection optics COLD TEMPERED GLASS THICKNESS 075mm Focal distance 20 cm Aperture 40 cm
Tracking system 1 axis TRACKING SYSTEM
Evacuated tube NEW RECEIVER DESIGN and NEW CERMET COATING
Cogeneration engine HIGH ENERGY DENSITY STIRLING ENGINE 2-3 kWel 6 ndash 10 kWth
Thermal Fluids COLLECTOR OPERATING TEMPERATURE 300degC INVESTIGATION on NEW SOLUTION WITH NANOPARTICLES STIRLING SC NITROGEN
Control system Full integrated control system
Research topics
Power Generation VARIABLE SPEED POWER GENERATION
This CSP m-CHP will provide electrical power heating and cooling for single and multiple domestic dwellings and other small commercial industrial and public buildings
1 THEORETICAL INVESTIGATION and MODELLING (COMPONENTS and INTEGRATED SYSTEM
2 LAB TESTS 3 FULL SCALE PROTOTYPES 4 OPTIMIZATION and
REDESIGN
Target objectives on
subcomponents
75 885 100
3
892
78 Optical losses
Concentration optics
ρ = 0945
Glass tube = 096
37 Glass losses
CerMet α gt 093 ε lt 006
95 Thermal losses
40 Radiosity losses
15 - 18
45
170 - 200 Other losses ndash friction power generator thermal
Stirling engine
ELECTRICAL POWER
THERMAL POWER
DIR
ECT
SOLA
R
RA
DIA
TIO
N
VERIFIED
THEORETICALLY CONFIRMED
METHODOLOGY
Optics and Mirrors
cold tempered flexible glass mirrors 075 mm in thickness on aluminum substrate
1-axys tracking moved by a linear actuator with a stepper motor The system can move on the azimuth axis with reduction ratio 13600 and rigid transmission (tracking precision lt01deg)
4 linear parabolas per module (width = 400 mm length = 2200 mm focus = 200 mm) which can rotate around a fixed receiver from -70deg to +70deg
Reflectance averaged on solar spectrum = 0945 (mirror thickness = 095 mm)
Design of Absorber and
Receiver
The receiver is a Coaxial Stainless Steel tube with a side Glass-Metal seal
The glass of the vacuum tube is a soda-lime coated with anti-reflection layer and provided of transmittance = 096
A Getter material maintains an internal vacuum = 10-2 Pa
The tube is provided of internal designed solutions to avoid high thin film temperatures
Stirling a doppia azione a bassa differneza di temperatura (lato caldo 300degC ndash lato freddo 50degC) Max Rated Power 33 kWel - 15kWth
Efficienza (da Fluido a Albero) 23
Pressione di carica 135 bar
4 cylinder in cross configuration for a totally balanced mechanical actuation
micro-heat exchangers (heater and cooler) realized through SLM ndash selective laser melting process
Automatic mass equalization among four different working spaces
Double Acting High Energy Density Stirling
Compression volume
Cooler
Cylinder and Piston
Expansion volume
Heater
Generator
Total weight 250 kg
20
Stirling engine 1 kWel 3 kWth
Water boiler Pre ndash heating on
Stirling water jacket
heating and hot sanitary
water provision to the building
Pellet Boiler water jacket
electrical energy
Pellet burner and
combustion chamber
650 ndash 800 degC
Exhaust 80 degC
40 ndash 45 degC
55degC
70 - 75degC
Pellet Boiler 18 kWth
La micro Cogenerazione m-CHP pellet boiler
Luigi Crema cremafbkeu
21
La micro Cogenerazione Stirling engine and pellet boiler
Luigi Crema cremafbkeu
Progetto di integrazione La ldquoCASA FUTURArdquo
22
POWER BOXThermal storage +
cogeneration pellet boiler
SOLAR MODULES
Weather Station
Indoor Monitoring
HOME as a PERSONAL TRAINER
DYNAMIC WINDOW
EDIFICIO MODULARE AD ELEVATA EFFICIENZA ENERGETICA (lt 30 kWhm2anno) SUPPORTATO DA ICT (LA CASA COME PERSONAL TRAINER) ELEVATO STANDARD RESIDENZIALE E SOCIALE FINESTRE ELETTRO-CROMICHE
SISTEMA SOSTENIBILE INTEGRATO BASATO SU RISORSE RINNOVABILI IN GRADO DI FORNIRE ENERGIA ELETTRICA TERMICA PER RISCALDAMENTO E RAFFRESCAMENTO CONTROLLO DI ILLUMINAZIONE NATURALE e SISTEMI di ACCUMULO Luigi Crema cremafbkeu
Luigi Crema Senior Researcher at REET
Renewable Energies amp Environmental Technologies
cremafbkeu
Luigi Dott Crema Researcher at REET Renewable Energies and Environmental Technologies Fondazione Bruno Kessler Scientific and Technological Research Via alla Cascata 56C I-38050 Povo (Trento)-Italy Contact me at
+39-0461-314922 +39-335-6104991
Fax me at +39-0461-314930
Write me at cremafbkeu
Visit us at Visit me at
httpwwwfbkeu
httpreetfbkeucrema
THANK YOU FOR ATTENTION
La micro Cogenerazione Cosrsquoegrave
Ersquo un sistema che genera da unrsquounica fonte energetica la produzione di elettricitagrave e calore Risulta conveniente laddove entrambe le tipologie energetiche sono sfruttabili in loco garantendo maggiore autonomia maggiore efficienza maggiore economicitagrave
Fonte httpwwwgeonoviscom
La micro Cogenerazione Settore di applicazione
La micro cogenerazione trova ideale applicazione a livello distribuito nel contesto degli Smart Buildings Il mercato globale delle aziende verdi egrave quotato al momento circa 1 trilione di euro anno e si attende che sia tre volte piugrave grande per il 2030 La regione EU riesce a catturare circa 13 del mercato globale come esportatore netto Il mercato globale degli Smart Buildings egrave valutato a circa 47 Teuro
(Fonte AG Gaglia et al ldquoEnergy Conversion and Managementrdquo 48 (2007) 1160ndash1175)
(Fonte Lux Reserach)
Andamento del mercato relativo a Green Building e investimenti relativi
Fonte httpdcsenergycommicrochpphp
La micro Cogenerazione La tecnologia
Energy Source
La tecnologia si applica a edifici per potenze inferiori a 5 kW a piccoli siti commerciali fra 5 e 10 kW e a siti industriali e edifici di maggiori dimensioni nel range tra 10 e 50 kW
La micro Cogenerazione Contesto tecnologico
Cicli Termodinamici ndash Prime Movers - Ciclo di Stirling range 1 ndash 100
kWel - Ciclo Organic Rankine Cycle (ORC)
range 5 kWel ndash 5 MWel
- Ciclo Brayton alcuni prototipi di motori scroll
Sistemi elettrochimici - Fuel cells (PEM SOFC Molten Carbonate DMFC hellip)
Fonti energetiche - Combustibili Fossili (Gas Naturale
Diesel) - Energia Solare
- Biomasse ndash Combustione diretta gassificazione pirolisi
- Idrogeno (carrier) - Geotermia di media entalpia
(gt150degC combinata a cicli ORC)
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Combustibili Fossili
I cogeneratori a combustibili fossili (gas naturale GPL o Diesel) sono basati su soluzioni piuttosto convenzionali di motori a combustione interna Generalmente sono dotati di rendimenti molto elevati spesso superiori allrsquo85 Tra i produttori Honda amp Osaka Gas Ecowill Volkswagen Ecoblue Senertec Dachs Refcomp REC2 I prezzi variano fra 4000 e 10000euro
REC2 di Refcomp cogeneration offre
soluzioni da 2 a 65 kWel combustibile gas
naturale o GPL
DACHS di Senertec offre soluzioni da 55
kWel combustibile gas naturale GPL diesel o
biodiesel
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Combustibili Fossili
Da alcuni anni si profila lrsquoingresso sul mercato di una serie di prodotti di caldaie a gas naturale integrate di un motore Stirling generalmente da 1 a 3 kW Tale soluzione presenta diversi inconvenienti soprattutto economici Tra i produttori Whispergen (NZ) Microgen (UK) Disenco (UK) Infinia ndash Rinnai ndash Enatec (US JP NL) I prezzi variano fra 6000 e 15000euro Altri produttori con cicli Rankine soprattutto ORC sono Genlec (1kW) Climate Energy (3kW) Otag (3kW) Enginion (5kW) Cogen Micro (25kW)
Caldaia Whispergen con Stirling da 1 kWel e 6
ndash 10 kWth Prezzo in Germania
2010 14000euro supportata da EON
Caldaia Microgen con Stirling da 1 kWel e 3 ndash
24 kWth Non in vendita previsto per il 2013 un prezzo di
6-8000euro
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Solare
STIRLING DISH Componenti principali della tecnologia sono bull concentratore parabolico solare a disco bull sistema di inseguimento bull ricevitore (scambiatore di calore solare) bull motore di Stirling con generatore La radiazione solare viene riflessa dal disco allrsquointerno di una cavitagrave dove viene assorbita e trasferita a un gas di carica del motore Stirling (elio) portandolo a circa 600 ndash 800degC Tale calore viene converito prima in energia meccanica e quindi in energia elettrica e termica Prodotti realizzati Eurodish basato su motore Solo Stirling da 10kW Suncatcher da SES su motore Sunpower 25 kW Sun Machine su motore Stirling da 5 kW Trinum di Innova su motore microgen da 1 kW
Solo Stirling 10 kWel + 10 kWth e ricevitore
Sistemi Eurodish (Fonte httpwwwfveede )
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Solare
STIRLING per APPLICAZIONI DOMESTICHE Sistemi Stirling per applicazioni domestiche attivati da energia solare sono di recente sviluppo e tuttrsquoora in fase di innovazione La concentrazione solare di piccola scala permette di ottenere temperature nel range 200 ndash 300 degC alle quali solo Stirling a basso salto termico sono adatti Prodotti realizzati Cool Energy motore Stirling da 1 ndash 3 kW per applicazioni tra 200 e 250degC DiGeSPo motore Stirling da 35 kW per applicazioni fino a 300degC (maggiori dettagli in seguito)
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Biomasse
I sistemi a microcogenerazione alimentati a biomassa o pellet sono tra i piugrave sviluppati o su ciclo Otto (motori endotermici) o ciclo Stirling o su ciclo ORC con prevalenza dello Stirling nelle piccolissime taglie e degli altri a partire da qualche decina di kWel Si applicano sia a combustione diretta che a gassificazione Sia a pellet che altre forme di combustibili solidi legnosi
Esempio di sistema m-CHP da biomassa tramite ciclo ORC
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Biomasse
Caldaia a Pellet della KWB con Stirling da 5 kW della
Stirling Power Module attualmente non piugrave in
produzione
Caldaia a Pellet della Okofen con Stirling da 1 kW della Microgen adattato dalla versione a gas naturale
Motore della Stirling DK da 35 kW per utilizzo con
Biogas o Syngas
Altri produttori sono Stirling Biopower (43kW) SunMachine ora Bayer ndash Raach (3kW)
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Idrogeno e Fuel Cells
Alcune recenti tecnologie propongono sistemi a Fuel Cell (PEM SOFC di vario tipo) per co generazione domestica Alcune di queste (SOFCPOWER) vengono direttamente alimentate a metano sul quale fanno reforming di idrogeno Le taglie sono solitamente dellrsquoordine di 1ndash5 kWel Produttori principali Vaillant SofcPower BlueGen Microcell Impianto di micro cogenerazione della
SOFCPOWER installato presso il comune di Roncegno Terme (Tn)
Fonte ftpftpeletpolimiitusersLucaFerrarinitecWP5pdf
La micro Cogenerazione Tecnologie di FBK ndash REET per gli Edifici
m-CHP da caldaia a pellet m-CHP da solare a
concentrazione di piccola scala
Luigi Crema cremafbkeu
Solare a concentraizne di piccola scala FP7 DiGeSPo project
Modular 1-3 kWe 3-9 kWth micro Combined Heat and Power (m-CHP) system based on innovative Concentrated Solar Power (CSP) and Stirling engine technology
electrical power heating and cooling for single and multiple domestic dwellings and other small commercial industrial and public buildings
The proposed technology is developed in DiGeSPo project which is part-funded by the European Commission under the Energy Theme of the Seventh Framework Programme Itrsquos cooperated by 7 partners coordinated by FBK itself
Luigi Crema cremafbkeu
Reflection optics COLD TEMPERED GLASS THICKNESS 075mm Focal distance 20 cm Aperture 40 cm
Tracking system 1 axis TRACKING SYSTEM
Evacuated tube NEW RECEIVER DESIGN and NEW CERMET COATING
Cogeneration engine HIGH ENERGY DENSITY STIRLING ENGINE 2-3 kWel 6 ndash 10 kWth
Thermal Fluids COLLECTOR OPERATING TEMPERATURE 300degC INVESTIGATION on NEW SOLUTION WITH NANOPARTICLES STIRLING SC NITROGEN
Control system Full integrated control system
Research topics
Power Generation VARIABLE SPEED POWER GENERATION
This CSP m-CHP will provide electrical power heating and cooling for single and multiple domestic dwellings and other small commercial industrial and public buildings
1 THEORETICAL INVESTIGATION and MODELLING (COMPONENTS and INTEGRATED SYSTEM
2 LAB TESTS 3 FULL SCALE PROTOTYPES 4 OPTIMIZATION and
REDESIGN
Target objectives on
subcomponents
75 885 100
3
892
78 Optical losses
Concentration optics
ρ = 0945
Glass tube = 096
37 Glass losses
CerMet α gt 093 ε lt 006
95 Thermal losses
40 Radiosity losses
15 - 18
45
170 - 200 Other losses ndash friction power generator thermal
Stirling engine
ELECTRICAL POWER
THERMAL POWER
DIR
ECT
SOLA
R
RA
DIA
TIO
N
VERIFIED
THEORETICALLY CONFIRMED
METHODOLOGY
Optics and Mirrors
cold tempered flexible glass mirrors 075 mm in thickness on aluminum substrate
1-axys tracking moved by a linear actuator with a stepper motor The system can move on the azimuth axis with reduction ratio 13600 and rigid transmission (tracking precision lt01deg)
4 linear parabolas per module (width = 400 mm length = 2200 mm focus = 200 mm) which can rotate around a fixed receiver from -70deg to +70deg
Reflectance averaged on solar spectrum = 0945 (mirror thickness = 095 mm)
Design of Absorber and
Receiver
The receiver is a Coaxial Stainless Steel tube with a side Glass-Metal seal
The glass of the vacuum tube is a soda-lime coated with anti-reflection layer and provided of transmittance = 096
A Getter material maintains an internal vacuum = 10-2 Pa
The tube is provided of internal designed solutions to avoid high thin film temperatures
Stirling a doppia azione a bassa differneza di temperatura (lato caldo 300degC ndash lato freddo 50degC) Max Rated Power 33 kWel - 15kWth
Efficienza (da Fluido a Albero) 23
Pressione di carica 135 bar
4 cylinder in cross configuration for a totally balanced mechanical actuation
micro-heat exchangers (heater and cooler) realized through SLM ndash selective laser melting process
Automatic mass equalization among four different working spaces
Double Acting High Energy Density Stirling
Compression volume
Cooler
Cylinder and Piston
Expansion volume
Heater
Generator
Total weight 250 kg
20
Stirling engine 1 kWel 3 kWth
Water boiler Pre ndash heating on
Stirling water jacket
heating and hot sanitary
water provision to the building
Pellet Boiler water jacket
electrical energy
Pellet burner and
combustion chamber
650 ndash 800 degC
Exhaust 80 degC
40 ndash 45 degC
55degC
70 - 75degC
Pellet Boiler 18 kWth
La micro Cogenerazione m-CHP pellet boiler
Luigi Crema cremafbkeu
21
La micro Cogenerazione Stirling engine and pellet boiler
Luigi Crema cremafbkeu
Progetto di integrazione La ldquoCASA FUTURArdquo
22
POWER BOXThermal storage +
cogeneration pellet boiler
SOLAR MODULES
Weather Station
Indoor Monitoring
HOME as a PERSONAL TRAINER
DYNAMIC WINDOW
EDIFICIO MODULARE AD ELEVATA EFFICIENZA ENERGETICA (lt 30 kWhm2anno) SUPPORTATO DA ICT (LA CASA COME PERSONAL TRAINER) ELEVATO STANDARD RESIDENZIALE E SOCIALE FINESTRE ELETTRO-CROMICHE
SISTEMA SOSTENIBILE INTEGRATO BASATO SU RISORSE RINNOVABILI IN GRADO DI FORNIRE ENERGIA ELETTRICA TERMICA PER RISCALDAMENTO E RAFFRESCAMENTO CONTROLLO DI ILLUMINAZIONE NATURALE e SISTEMI di ACCUMULO Luigi Crema cremafbkeu
Luigi Crema Senior Researcher at REET
Renewable Energies amp Environmental Technologies
cremafbkeu
Luigi Dott Crema Researcher at REET Renewable Energies and Environmental Technologies Fondazione Bruno Kessler Scientific and Technological Research Via alla Cascata 56C I-38050 Povo (Trento)-Italy Contact me at
+39-0461-314922 +39-335-6104991
Fax me at +39-0461-314930
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La micro Cogenerazione Settore di applicazione
La micro cogenerazione trova ideale applicazione a livello distribuito nel contesto degli Smart Buildings Il mercato globale delle aziende verdi egrave quotato al momento circa 1 trilione di euro anno e si attende che sia tre volte piugrave grande per il 2030 La regione EU riesce a catturare circa 13 del mercato globale come esportatore netto Il mercato globale degli Smart Buildings egrave valutato a circa 47 Teuro
(Fonte AG Gaglia et al ldquoEnergy Conversion and Managementrdquo 48 (2007) 1160ndash1175)
(Fonte Lux Reserach)
Andamento del mercato relativo a Green Building e investimenti relativi
Fonte httpdcsenergycommicrochpphp
La micro Cogenerazione La tecnologia
Energy Source
La tecnologia si applica a edifici per potenze inferiori a 5 kW a piccoli siti commerciali fra 5 e 10 kW e a siti industriali e edifici di maggiori dimensioni nel range tra 10 e 50 kW
La micro Cogenerazione Contesto tecnologico
Cicli Termodinamici ndash Prime Movers - Ciclo di Stirling range 1 ndash 100
kWel - Ciclo Organic Rankine Cycle (ORC)
range 5 kWel ndash 5 MWel
- Ciclo Brayton alcuni prototipi di motori scroll
Sistemi elettrochimici - Fuel cells (PEM SOFC Molten Carbonate DMFC hellip)
Fonti energetiche - Combustibili Fossili (Gas Naturale
Diesel) - Energia Solare
- Biomasse ndash Combustione diretta gassificazione pirolisi
- Idrogeno (carrier) - Geotermia di media entalpia
(gt150degC combinata a cicli ORC)
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Combustibili Fossili
I cogeneratori a combustibili fossili (gas naturale GPL o Diesel) sono basati su soluzioni piuttosto convenzionali di motori a combustione interna Generalmente sono dotati di rendimenti molto elevati spesso superiori allrsquo85 Tra i produttori Honda amp Osaka Gas Ecowill Volkswagen Ecoblue Senertec Dachs Refcomp REC2 I prezzi variano fra 4000 e 10000euro
REC2 di Refcomp cogeneration offre
soluzioni da 2 a 65 kWel combustibile gas
naturale o GPL
DACHS di Senertec offre soluzioni da 55
kWel combustibile gas naturale GPL diesel o
biodiesel
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Combustibili Fossili
Da alcuni anni si profila lrsquoingresso sul mercato di una serie di prodotti di caldaie a gas naturale integrate di un motore Stirling generalmente da 1 a 3 kW Tale soluzione presenta diversi inconvenienti soprattutto economici Tra i produttori Whispergen (NZ) Microgen (UK) Disenco (UK) Infinia ndash Rinnai ndash Enatec (US JP NL) I prezzi variano fra 6000 e 15000euro Altri produttori con cicli Rankine soprattutto ORC sono Genlec (1kW) Climate Energy (3kW) Otag (3kW) Enginion (5kW) Cogen Micro (25kW)
Caldaia Whispergen con Stirling da 1 kWel e 6
ndash 10 kWth Prezzo in Germania
2010 14000euro supportata da EON
Caldaia Microgen con Stirling da 1 kWel e 3 ndash
24 kWth Non in vendita previsto per il 2013 un prezzo di
6-8000euro
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Solare
STIRLING DISH Componenti principali della tecnologia sono bull concentratore parabolico solare a disco bull sistema di inseguimento bull ricevitore (scambiatore di calore solare) bull motore di Stirling con generatore La radiazione solare viene riflessa dal disco allrsquointerno di una cavitagrave dove viene assorbita e trasferita a un gas di carica del motore Stirling (elio) portandolo a circa 600 ndash 800degC Tale calore viene converito prima in energia meccanica e quindi in energia elettrica e termica Prodotti realizzati Eurodish basato su motore Solo Stirling da 10kW Suncatcher da SES su motore Sunpower 25 kW Sun Machine su motore Stirling da 5 kW Trinum di Innova su motore microgen da 1 kW
Solo Stirling 10 kWel + 10 kWth e ricevitore
Sistemi Eurodish (Fonte httpwwwfveede )
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Solare
STIRLING per APPLICAZIONI DOMESTICHE Sistemi Stirling per applicazioni domestiche attivati da energia solare sono di recente sviluppo e tuttrsquoora in fase di innovazione La concentrazione solare di piccola scala permette di ottenere temperature nel range 200 ndash 300 degC alle quali solo Stirling a basso salto termico sono adatti Prodotti realizzati Cool Energy motore Stirling da 1 ndash 3 kW per applicazioni tra 200 e 250degC DiGeSPo motore Stirling da 35 kW per applicazioni fino a 300degC (maggiori dettagli in seguito)
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Biomasse
I sistemi a microcogenerazione alimentati a biomassa o pellet sono tra i piugrave sviluppati o su ciclo Otto (motori endotermici) o ciclo Stirling o su ciclo ORC con prevalenza dello Stirling nelle piccolissime taglie e degli altri a partire da qualche decina di kWel Si applicano sia a combustione diretta che a gassificazione Sia a pellet che altre forme di combustibili solidi legnosi
Esempio di sistema m-CHP da biomassa tramite ciclo ORC
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Biomasse
Caldaia a Pellet della KWB con Stirling da 5 kW della
Stirling Power Module attualmente non piugrave in
produzione
Caldaia a Pellet della Okofen con Stirling da 1 kW della Microgen adattato dalla versione a gas naturale
Motore della Stirling DK da 35 kW per utilizzo con
Biogas o Syngas
Altri produttori sono Stirling Biopower (43kW) SunMachine ora Bayer ndash Raach (3kW)
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Idrogeno e Fuel Cells
Alcune recenti tecnologie propongono sistemi a Fuel Cell (PEM SOFC di vario tipo) per co generazione domestica Alcune di queste (SOFCPOWER) vengono direttamente alimentate a metano sul quale fanno reforming di idrogeno Le taglie sono solitamente dellrsquoordine di 1ndash5 kWel Produttori principali Vaillant SofcPower BlueGen Microcell Impianto di micro cogenerazione della
SOFCPOWER installato presso il comune di Roncegno Terme (Tn)
Fonte ftpftpeletpolimiitusersLucaFerrarinitecWP5pdf
La micro Cogenerazione Tecnologie di FBK ndash REET per gli Edifici
m-CHP da caldaia a pellet m-CHP da solare a
concentrazione di piccola scala
Luigi Crema cremafbkeu
Solare a concentraizne di piccola scala FP7 DiGeSPo project
Modular 1-3 kWe 3-9 kWth micro Combined Heat and Power (m-CHP) system based on innovative Concentrated Solar Power (CSP) and Stirling engine technology
electrical power heating and cooling for single and multiple domestic dwellings and other small commercial industrial and public buildings
The proposed technology is developed in DiGeSPo project which is part-funded by the European Commission under the Energy Theme of the Seventh Framework Programme Itrsquos cooperated by 7 partners coordinated by FBK itself
Luigi Crema cremafbkeu
Reflection optics COLD TEMPERED GLASS THICKNESS 075mm Focal distance 20 cm Aperture 40 cm
Tracking system 1 axis TRACKING SYSTEM
Evacuated tube NEW RECEIVER DESIGN and NEW CERMET COATING
Cogeneration engine HIGH ENERGY DENSITY STIRLING ENGINE 2-3 kWel 6 ndash 10 kWth
Thermal Fluids COLLECTOR OPERATING TEMPERATURE 300degC INVESTIGATION on NEW SOLUTION WITH NANOPARTICLES STIRLING SC NITROGEN
Control system Full integrated control system
Research topics
Power Generation VARIABLE SPEED POWER GENERATION
This CSP m-CHP will provide electrical power heating and cooling for single and multiple domestic dwellings and other small commercial industrial and public buildings
1 THEORETICAL INVESTIGATION and MODELLING (COMPONENTS and INTEGRATED SYSTEM
2 LAB TESTS 3 FULL SCALE PROTOTYPES 4 OPTIMIZATION and
REDESIGN
Target objectives on
subcomponents
75 885 100
3
892
78 Optical losses
Concentration optics
ρ = 0945
Glass tube = 096
37 Glass losses
CerMet α gt 093 ε lt 006
95 Thermal losses
40 Radiosity losses
15 - 18
45
170 - 200 Other losses ndash friction power generator thermal
Stirling engine
ELECTRICAL POWER
THERMAL POWER
DIR
ECT
SOLA
R
RA
DIA
TIO
N
VERIFIED
THEORETICALLY CONFIRMED
METHODOLOGY
Optics and Mirrors
cold tempered flexible glass mirrors 075 mm in thickness on aluminum substrate
1-axys tracking moved by a linear actuator with a stepper motor The system can move on the azimuth axis with reduction ratio 13600 and rigid transmission (tracking precision lt01deg)
4 linear parabolas per module (width = 400 mm length = 2200 mm focus = 200 mm) which can rotate around a fixed receiver from -70deg to +70deg
Reflectance averaged on solar spectrum = 0945 (mirror thickness = 095 mm)
Design of Absorber and
Receiver
The receiver is a Coaxial Stainless Steel tube with a side Glass-Metal seal
The glass of the vacuum tube is a soda-lime coated with anti-reflection layer and provided of transmittance = 096
A Getter material maintains an internal vacuum = 10-2 Pa
The tube is provided of internal designed solutions to avoid high thin film temperatures
Stirling a doppia azione a bassa differneza di temperatura (lato caldo 300degC ndash lato freddo 50degC) Max Rated Power 33 kWel - 15kWth
Efficienza (da Fluido a Albero) 23
Pressione di carica 135 bar
4 cylinder in cross configuration for a totally balanced mechanical actuation
micro-heat exchangers (heater and cooler) realized through SLM ndash selective laser melting process
Automatic mass equalization among four different working spaces
Double Acting High Energy Density Stirling
Compression volume
Cooler
Cylinder and Piston
Expansion volume
Heater
Generator
Total weight 250 kg
20
Stirling engine 1 kWel 3 kWth
Water boiler Pre ndash heating on
Stirling water jacket
heating and hot sanitary
water provision to the building
Pellet Boiler water jacket
electrical energy
Pellet burner and
combustion chamber
650 ndash 800 degC
Exhaust 80 degC
40 ndash 45 degC
55degC
70 - 75degC
Pellet Boiler 18 kWth
La micro Cogenerazione m-CHP pellet boiler
Luigi Crema cremafbkeu
21
La micro Cogenerazione Stirling engine and pellet boiler
Luigi Crema cremafbkeu
Progetto di integrazione La ldquoCASA FUTURArdquo
22
POWER BOXThermal storage +
cogeneration pellet boiler
SOLAR MODULES
Weather Station
Indoor Monitoring
HOME as a PERSONAL TRAINER
DYNAMIC WINDOW
EDIFICIO MODULARE AD ELEVATA EFFICIENZA ENERGETICA (lt 30 kWhm2anno) SUPPORTATO DA ICT (LA CASA COME PERSONAL TRAINER) ELEVATO STANDARD RESIDENZIALE E SOCIALE FINESTRE ELETTRO-CROMICHE
SISTEMA SOSTENIBILE INTEGRATO BASATO SU RISORSE RINNOVABILI IN GRADO DI FORNIRE ENERGIA ELETTRICA TERMICA PER RISCALDAMENTO E RAFFRESCAMENTO CONTROLLO DI ILLUMINAZIONE NATURALE e SISTEMI di ACCUMULO Luigi Crema cremafbkeu
Luigi Crema Senior Researcher at REET
Renewable Energies amp Environmental Technologies
cremafbkeu
Luigi Dott Crema Researcher at REET Renewable Energies and Environmental Technologies Fondazione Bruno Kessler Scientific and Technological Research Via alla Cascata 56C I-38050 Povo (Trento)-Italy Contact me at
+39-0461-314922 +39-335-6104991
Fax me at +39-0461-314930
Write me at cremafbkeu
Visit us at Visit me at
httpwwwfbkeu
httpreetfbkeucrema
THANK YOU FOR ATTENTION
Fonte httpdcsenergycommicrochpphp
La micro Cogenerazione La tecnologia
Energy Source
La tecnologia si applica a edifici per potenze inferiori a 5 kW a piccoli siti commerciali fra 5 e 10 kW e a siti industriali e edifici di maggiori dimensioni nel range tra 10 e 50 kW
La micro Cogenerazione Contesto tecnologico
Cicli Termodinamici ndash Prime Movers - Ciclo di Stirling range 1 ndash 100
kWel - Ciclo Organic Rankine Cycle (ORC)
range 5 kWel ndash 5 MWel
- Ciclo Brayton alcuni prototipi di motori scroll
Sistemi elettrochimici - Fuel cells (PEM SOFC Molten Carbonate DMFC hellip)
Fonti energetiche - Combustibili Fossili (Gas Naturale
Diesel) - Energia Solare
- Biomasse ndash Combustione diretta gassificazione pirolisi
- Idrogeno (carrier) - Geotermia di media entalpia
(gt150degC combinata a cicli ORC)
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Combustibili Fossili
I cogeneratori a combustibili fossili (gas naturale GPL o Diesel) sono basati su soluzioni piuttosto convenzionali di motori a combustione interna Generalmente sono dotati di rendimenti molto elevati spesso superiori allrsquo85 Tra i produttori Honda amp Osaka Gas Ecowill Volkswagen Ecoblue Senertec Dachs Refcomp REC2 I prezzi variano fra 4000 e 10000euro
REC2 di Refcomp cogeneration offre
soluzioni da 2 a 65 kWel combustibile gas
naturale o GPL
DACHS di Senertec offre soluzioni da 55
kWel combustibile gas naturale GPL diesel o
biodiesel
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Combustibili Fossili
Da alcuni anni si profila lrsquoingresso sul mercato di una serie di prodotti di caldaie a gas naturale integrate di un motore Stirling generalmente da 1 a 3 kW Tale soluzione presenta diversi inconvenienti soprattutto economici Tra i produttori Whispergen (NZ) Microgen (UK) Disenco (UK) Infinia ndash Rinnai ndash Enatec (US JP NL) I prezzi variano fra 6000 e 15000euro Altri produttori con cicli Rankine soprattutto ORC sono Genlec (1kW) Climate Energy (3kW) Otag (3kW) Enginion (5kW) Cogen Micro (25kW)
Caldaia Whispergen con Stirling da 1 kWel e 6
ndash 10 kWth Prezzo in Germania
2010 14000euro supportata da EON
Caldaia Microgen con Stirling da 1 kWel e 3 ndash
24 kWth Non in vendita previsto per il 2013 un prezzo di
6-8000euro
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Solare
STIRLING DISH Componenti principali della tecnologia sono bull concentratore parabolico solare a disco bull sistema di inseguimento bull ricevitore (scambiatore di calore solare) bull motore di Stirling con generatore La radiazione solare viene riflessa dal disco allrsquointerno di una cavitagrave dove viene assorbita e trasferita a un gas di carica del motore Stirling (elio) portandolo a circa 600 ndash 800degC Tale calore viene converito prima in energia meccanica e quindi in energia elettrica e termica Prodotti realizzati Eurodish basato su motore Solo Stirling da 10kW Suncatcher da SES su motore Sunpower 25 kW Sun Machine su motore Stirling da 5 kW Trinum di Innova su motore microgen da 1 kW
Solo Stirling 10 kWel + 10 kWth e ricevitore
Sistemi Eurodish (Fonte httpwwwfveede )
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Solare
STIRLING per APPLICAZIONI DOMESTICHE Sistemi Stirling per applicazioni domestiche attivati da energia solare sono di recente sviluppo e tuttrsquoora in fase di innovazione La concentrazione solare di piccola scala permette di ottenere temperature nel range 200 ndash 300 degC alle quali solo Stirling a basso salto termico sono adatti Prodotti realizzati Cool Energy motore Stirling da 1 ndash 3 kW per applicazioni tra 200 e 250degC DiGeSPo motore Stirling da 35 kW per applicazioni fino a 300degC (maggiori dettagli in seguito)
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Biomasse
I sistemi a microcogenerazione alimentati a biomassa o pellet sono tra i piugrave sviluppati o su ciclo Otto (motori endotermici) o ciclo Stirling o su ciclo ORC con prevalenza dello Stirling nelle piccolissime taglie e degli altri a partire da qualche decina di kWel Si applicano sia a combustione diretta che a gassificazione Sia a pellet che altre forme di combustibili solidi legnosi
Esempio di sistema m-CHP da biomassa tramite ciclo ORC
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Biomasse
Caldaia a Pellet della KWB con Stirling da 5 kW della
Stirling Power Module attualmente non piugrave in
produzione
Caldaia a Pellet della Okofen con Stirling da 1 kW della Microgen adattato dalla versione a gas naturale
Motore della Stirling DK da 35 kW per utilizzo con
Biogas o Syngas
Altri produttori sono Stirling Biopower (43kW) SunMachine ora Bayer ndash Raach (3kW)
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Idrogeno e Fuel Cells
Alcune recenti tecnologie propongono sistemi a Fuel Cell (PEM SOFC di vario tipo) per co generazione domestica Alcune di queste (SOFCPOWER) vengono direttamente alimentate a metano sul quale fanno reforming di idrogeno Le taglie sono solitamente dellrsquoordine di 1ndash5 kWel Produttori principali Vaillant SofcPower BlueGen Microcell Impianto di micro cogenerazione della
SOFCPOWER installato presso il comune di Roncegno Terme (Tn)
Fonte ftpftpeletpolimiitusersLucaFerrarinitecWP5pdf
La micro Cogenerazione Tecnologie di FBK ndash REET per gli Edifici
m-CHP da caldaia a pellet m-CHP da solare a
concentrazione di piccola scala
Luigi Crema cremafbkeu
Solare a concentraizne di piccola scala FP7 DiGeSPo project
Modular 1-3 kWe 3-9 kWth micro Combined Heat and Power (m-CHP) system based on innovative Concentrated Solar Power (CSP) and Stirling engine technology
electrical power heating and cooling for single and multiple domestic dwellings and other small commercial industrial and public buildings
The proposed technology is developed in DiGeSPo project which is part-funded by the European Commission under the Energy Theme of the Seventh Framework Programme Itrsquos cooperated by 7 partners coordinated by FBK itself
Luigi Crema cremafbkeu
Reflection optics COLD TEMPERED GLASS THICKNESS 075mm Focal distance 20 cm Aperture 40 cm
Tracking system 1 axis TRACKING SYSTEM
Evacuated tube NEW RECEIVER DESIGN and NEW CERMET COATING
Cogeneration engine HIGH ENERGY DENSITY STIRLING ENGINE 2-3 kWel 6 ndash 10 kWth
Thermal Fluids COLLECTOR OPERATING TEMPERATURE 300degC INVESTIGATION on NEW SOLUTION WITH NANOPARTICLES STIRLING SC NITROGEN
Control system Full integrated control system
Research topics
Power Generation VARIABLE SPEED POWER GENERATION
This CSP m-CHP will provide electrical power heating and cooling for single and multiple domestic dwellings and other small commercial industrial and public buildings
1 THEORETICAL INVESTIGATION and MODELLING (COMPONENTS and INTEGRATED SYSTEM
2 LAB TESTS 3 FULL SCALE PROTOTYPES 4 OPTIMIZATION and
REDESIGN
Target objectives on
subcomponents
75 885 100
3
892
78 Optical losses
Concentration optics
ρ = 0945
Glass tube = 096
37 Glass losses
CerMet α gt 093 ε lt 006
95 Thermal losses
40 Radiosity losses
15 - 18
45
170 - 200 Other losses ndash friction power generator thermal
Stirling engine
ELECTRICAL POWER
THERMAL POWER
DIR
ECT
SOLA
R
RA
DIA
TIO
N
VERIFIED
THEORETICALLY CONFIRMED
METHODOLOGY
Optics and Mirrors
cold tempered flexible glass mirrors 075 mm in thickness on aluminum substrate
1-axys tracking moved by a linear actuator with a stepper motor The system can move on the azimuth axis with reduction ratio 13600 and rigid transmission (tracking precision lt01deg)
4 linear parabolas per module (width = 400 mm length = 2200 mm focus = 200 mm) which can rotate around a fixed receiver from -70deg to +70deg
Reflectance averaged on solar spectrum = 0945 (mirror thickness = 095 mm)
Design of Absorber and
Receiver
The receiver is a Coaxial Stainless Steel tube with a side Glass-Metal seal
The glass of the vacuum tube is a soda-lime coated with anti-reflection layer and provided of transmittance = 096
A Getter material maintains an internal vacuum = 10-2 Pa
The tube is provided of internal designed solutions to avoid high thin film temperatures
Stirling a doppia azione a bassa differneza di temperatura (lato caldo 300degC ndash lato freddo 50degC) Max Rated Power 33 kWel - 15kWth
Efficienza (da Fluido a Albero) 23
Pressione di carica 135 bar
4 cylinder in cross configuration for a totally balanced mechanical actuation
micro-heat exchangers (heater and cooler) realized through SLM ndash selective laser melting process
Automatic mass equalization among four different working spaces
Double Acting High Energy Density Stirling
Compression volume
Cooler
Cylinder and Piston
Expansion volume
Heater
Generator
Total weight 250 kg
20
Stirling engine 1 kWel 3 kWth
Water boiler Pre ndash heating on
Stirling water jacket
heating and hot sanitary
water provision to the building
Pellet Boiler water jacket
electrical energy
Pellet burner and
combustion chamber
650 ndash 800 degC
Exhaust 80 degC
40 ndash 45 degC
55degC
70 - 75degC
Pellet Boiler 18 kWth
La micro Cogenerazione m-CHP pellet boiler
Luigi Crema cremafbkeu
21
La micro Cogenerazione Stirling engine and pellet boiler
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Progetto di integrazione La ldquoCASA FUTURArdquo
22
POWER BOXThermal storage +
cogeneration pellet boiler
SOLAR MODULES
Weather Station
Indoor Monitoring
HOME as a PERSONAL TRAINER
DYNAMIC WINDOW
EDIFICIO MODULARE AD ELEVATA EFFICIENZA ENERGETICA (lt 30 kWhm2anno) SUPPORTATO DA ICT (LA CASA COME PERSONAL TRAINER) ELEVATO STANDARD RESIDENZIALE E SOCIALE FINESTRE ELETTRO-CROMICHE
SISTEMA SOSTENIBILE INTEGRATO BASATO SU RISORSE RINNOVABILI IN GRADO DI FORNIRE ENERGIA ELETTRICA TERMICA PER RISCALDAMENTO E RAFFRESCAMENTO CONTROLLO DI ILLUMINAZIONE NATURALE e SISTEMI di ACCUMULO Luigi Crema cremafbkeu
Luigi Crema Senior Researcher at REET
Renewable Energies amp Environmental Technologies
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Luigi Dott Crema Researcher at REET Renewable Energies and Environmental Technologies Fondazione Bruno Kessler Scientific and Technological Research Via alla Cascata 56C I-38050 Povo (Trento)-Italy Contact me at
+39-0461-314922 +39-335-6104991
Fax me at +39-0461-314930
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La micro Cogenerazione Contesto tecnologico
Cicli Termodinamici ndash Prime Movers - Ciclo di Stirling range 1 ndash 100
kWel - Ciclo Organic Rankine Cycle (ORC)
range 5 kWel ndash 5 MWel
- Ciclo Brayton alcuni prototipi di motori scroll
Sistemi elettrochimici - Fuel cells (PEM SOFC Molten Carbonate DMFC hellip)
Fonti energetiche - Combustibili Fossili (Gas Naturale
Diesel) - Energia Solare
- Biomasse ndash Combustione diretta gassificazione pirolisi
- Idrogeno (carrier) - Geotermia di media entalpia
(gt150degC combinata a cicli ORC)
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Combustibili Fossili
I cogeneratori a combustibili fossili (gas naturale GPL o Diesel) sono basati su soluzioni piuttosto convenzionali di motori a combustione interna Generalmente sono dotati di rendimenti molto elevati spesso superiori allrsquo85 Tra i produttori Honda amp Osaka Gas Ecowill Volkswagen Ecoblue Senertec Dachs Refcomp REC2 I prezzi variano fra 4000 e 10000euro
REC2 di Refcomp cogeneration offre
soluzioni da 2 a 65 kWel combustibile gas
naturale o GPL
DACHS di Senertec offre soluzioni da 55
kWel combustibile gas naturale GPL diesel o
biodiesel
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Combustibili Fossili
Da alcuni anni si profila lrsquoingresso sul mercato di una serie di prodotti di caldaie a gas naturale integrate di un motore Stirling generalmente da 1 a 3 kW Tale soluzione presenta diversi inconvenienti soprattutto economici Tra i produttori Whispergen (NZ) Microgen (UK) Disenco (UK) Infinia ndash Rinnai ndash Enatec (US JP NL) I prezzi variano fra 6000 e 15000euro Altri produttori con cicli Rankine soprattutto ORC sono Genlec (1kW) Climate Energy (3kW) Otag (3kW) Enginion (5kW) Cogen Micro (25kW)
Caldaia Whispergen con Stirling da 1 kWel e 6
ndash 10 kWth Prezzo in Germania
2010 14000euro supportata da EON
Caldaia Microgen con Stirling da 1 kWel e 3 ndash
24 kWth Non in vendita previsto per il 2013 un prezzo di
6-8000euro
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Solare
STIRLING DISH Componenti principali della tecnologia sono bull concentratore parabolico solare a disco bull sistema di inseguimento bull ricevitore (scambiatore di calore solare) bull motore di Stirling con generatore La radiazione solare viene riflessa dal disco allrsquointerno di una cavitagrave dove viene assorbita e trasferita a un gas di carica del motore Stirling (elio) portandolo a circa 600 ndash 800degC Tale calore viene converito prima in energia meccanica e quindi in energia elettrica e termica Prodotti realizzati Eurodish basato su motore Solo Stirling da 10kW Suncatcher da SES su motore Sunpower 25 kW Sun Machine su motore Stirling da 5 kW Trinum di Innova su motore microgen da 1 kW
Solo Stirling 10 kWel + 10 kWth e ricevitore
Sistemi Eurodish (Fonte httpwwwfveede )
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Solare
STIRLING per APPLICAZIONI DOMESTICHE Sistemi Stirling per applicazioni domestiche attivati da energia solare sono di recente sviluppo e tuttrsquoora in fase di innovazione La concentrazione solare di piccola scala permette di ottenere temperature nel range 200 ndash 300 degC alle quali solo Stirling a basso salto termico sono adatti Prodotti realizzati Cool Energy motore Stirling da 1 ndash 3 kW per applicazioni tra 200 e 250degC DiGeSPo motore Stirling da 35 kW per applicazioni fino a 300degC (maggiori dettagli in seguito)
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Biomasse
I sistemi a microcogenerazione alimentati a biomassa o pellet sono tra i piugrave sviluppati o su ciclo Otto (motori endotermici) o ciclo Stirling o su ciclo ORC con prevalenza dello Stirling nelle piccolissime taglie e degli altri a partire da qualche decina di kWel Si applicano sia a combustione diretta che a gassificazione Sia a pellet che altre forme di combustibili solidi legnosi
Esempio di sistema m-CHP da biomassa tramite ciclo ORC
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Biomasse
Caldaia a Pellet della KWB con Stirling da 5 kW della
Stirling Power Module attualmente non piugrave in
produzione
Caldaia a Pellet della Okofen con Stirling da 1 kW della Microgen adattato dalla versione a gas naturale
Motore della Stirling DK da 35 kW per utilizzo con
Biogas o Syngas
Altri produttori sono Stirling Biopower (43kW) SunMachine ora Bayer ndash Raach (3kW)
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Idrogeno e Fuel Cells
Alcune recenti tecnologie propongono sistemi a Fuel Cell (PEM SOFC di vario tipo) per co generazione domestica Alcune di queste (SOFCPOWER) vengono direttamente alimentate a metano sul quale fanno reforming di idrogeno Le taglie sono solitamente dellrsquoordine di 1ndash5 kWel Produttori principali Vaillant SofcPower BlueGen Microcell Impianto di micro cogenerazione della
SOFCPOWER installato presso il comune di Roncegno Terme (Tn)
Fonte ftpftpeletpolimiitusersLucaFerrarinitecWP5pdf
La micro Cogenerazione Tecnologie di FBK ndash REET per gli Edifici
m-CHP da caldaia a pellet m-CHP da solare a
concentrazione di piccola scala
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Solare a concentraizne di piccola scala FP7 DiGeSPo project
Modular 1-3 kWe 3-9 kWth micro Combined Heat and Power (m-CHP) system based on innovative Concentrated Solar Power (CSP) and Stirling engine technology
electrical power heating and cooling for single and multiple domestic dwellings and other small commercial industrial and public buildings
The proposed technology is developed in DiGeSPo project which is part-funded by the European Commission under the Energy Theme of the Seventh Framework Programme Itrsquos cooperated by 7 partners coordinated by FBK itself
Luigi Crema cremafbkeu
Reflection optics COLD TEMPERED GLASS THICKNESS 075mm Focal distance 20 cm Aperture 40 cm
Tracking system 1 axis TRACKING SYSTEM
Evacuated tube NEW RECEIVER DESIGN and NEW CERMET COATING
Cogeneration engine HIGH ENERGY DENSITY STIRLING ENGINE 2-3 kWel 6 ndash 10 kWth
Thermal Fluids COLLECTOR OPERATING TEMPERATURE 300degC INVESTIGATION on NEW SOLUTION WITH NANOPARTICLES STIRLING SC NITROGEN
Control system Full integrated control system
Research topics
Power Generation VARIABLE SPEED POWER GENERATION
This CSP m-CHP will provide electrical power heating and cooling for single and multiple domestic dwellings and other small commercial industrial and public buildings
1 THEORETICAL INVESTIGATION and MODELLING (COMPONENTS and INTEGRATED SYSTEM
2 LAB TESTS 3 FULL SCALE PROTOTYPES 4 OPTIMIZATION and
REDESIGN
Target objectives on
subcomponents
75 885 100
3
892
78 Optical losses
Concentration optics
ρ = 0945
Glass tube = 096
37 Glass losses
CerMet α gt 093 ε lt 006
95 Thermal losses
40 Radiosity losses
15 - 18
45
170 - 200 Other losses ndash friction power generator thermal
Stirling engine
ELECTRICAL POWER
THERMAL POWER
DIR
ECT
SOLA
R
RA
DIA
TIO
N
VERIFIED
THEORETICALLY CONFIRMED
METHODOLOGY
Optics and Mirrors
cold tempered flexible glass mirrors 075 mm in thickness on aluminum substrate
1-axys tracking moved by a linear actuator with a stepper motor The system can move on the azimuth axis with reduction ratio 13600 and rigid transmission (tracking precision lt01deg)
4 linear parabolas per module (width = 400 mm length = 2200 mm focus = 200 mm) which can rotate around a fixed receiver from -70deg to +70deg
Reflectance averaged on solar spectrum = 0945 (mirror thickness = 095 mm)
Design of Absorber and
Receiver
The receiver is a Coaxial Stainless Steel tube with a side Glass-Metal seal
The glass of the vacuum tube is a soda-lime coated with anti-reflection layer and provided of transmittance = 096
A Getter material maintains an internal vacuum = 10-2 Pa
The tube is provided of internal designed solutions to avoid high thin film temperatures
Stirling a doppia azione a bassa differneza di temperatura (lato caldo 300degC ndash lato freddo 50degC) Max Rated Power 33 kWel - 15kWth
Efficienza (da Fluido a Albero) 23
Pressione di carica 135 bar
4 cylinder in cross configuration for a totally balanced mechanical actuation
micro-heat exchangers (heater and cooler) realized through SLM ndash selective laser melting process
Automatic mass equalization among four different working spaces
Double Acting High Energy Density Stirling
Compression volume
Cooler
Cylinder and Piston
Expansion volume
Heater
Generator
Total weight 250 kg
20
Stirling engine 1 kWel 3 kWth
Water boiler Pre ndash heating on
Stirling water jacket
heating and hot sanitary
water provision to the building
Pellet Boiler water jacket
electrical energy
Pellet burner and
combustion chamber
650 ndash 800 degC
Exhaust 80 degC
40 ndash 45 degC
55degC
70 - 75degC
Pellet Boiler 18 kWth
La micro Cogenerazione m-CHP pellet boiler
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Progetto di integrazione La ldquoCASA FUTURArdquo
22
POWER BOXThermal storage +
cogeneration pellet boiler
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Weather Station
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EDIFICIO MODULARE AD ELEVATA EFFICIENZA ENERGETICA (lt 30 kWhm2anno) SUPPORTATO DA ICT (LA CASA COME PERSONAL TRAINER) ELEVATO STANDARD RESIDENZIALE E SOCIALE FINESTRE ELETTRO-CROMICHE
SISTEMA SOSTENIBILE INTEGRATO BASATO SU RISORSE RINNOVABILI IN GRADO DI FORNIRE ENERGIA ELETTRICA TERMICA PER RISCALDAMENTO E RAFFRESCAMENTO CONTROLLO DI ILLUMINAZIONE NATURALE e SISTEMI di ACCUMULO Luigi Crema cremafbkeu
Luigi Crema Senior Researcher at REET
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Luigi Dott Crema Researcher at REET Renewable Energies and Environmental Technologies Fondazione Bruno Kessler Scientific and Technological Research Via alla Cascata 56C I-38050 Povo (Trento)-Italy Contact me at
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La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Combustibili Fossili
I cogeneratori a combustibili fossili (gas naturale GPL o Diesel) sono basati su soluzioni piuttosto convenzionali di motori a combustione interna Generalmente sono dotati di rendimenti molto elevati spesso superiori allrsquo85 Tra i produttori Honda amp Osaka Gas Ecowill Volkswagen Ecoblue Senertec Dachs Refcomp REC2 I prezzi variano fra 4000 e 10000euro
REC2 di Refcomp cogeneration offre
soluzioni da 2 a 65 kWel combustibile gas
naturale o GPL
DACHS di Senertec offre soluzioni da 55
kWel combustibile gas naturale GPL diesel o
biodiesel
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Combustibili Fossili
Da alcuni anni si profila lrsquoingresso sul mercato di una serie di prodotti di caldaie a gas naturale integrate di un motore Stirling generalmente da 1 a 3 kW Tale soluzione presenta diversi inconvenienti soprattutto economici Tra i produttori Whispergen (NZ) Microgen (UK) Disenco (UK) Infinia ndash Rinnai ndash Enatec (US JP NL) I prezzi variano fra 6000 e 15000euro Altri produttori con cicli Rankine soprattutto ORC sono Genlec (1kW) Climate Energy (3kW) Otag (3kW) Enginion (5kW) Cogen Micro (25kW)
Caldaia Whispergen con Stirling da 1 kWel e 6
ndash 10 kWth Prezzo in Germania
2010 14000euro supportata da EON
Caldaia Microgen con Stirling da 1 kWel e 3 ndash
24 kWth Non in vendita previsto per il 2013 un prezzo di
6-8000euro
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Solare
STIRLING DISH Componenti principali della tecnologia sono bull concentratore parabolico solare a disco bull sistema di inseguimento bull ricevitore (scambiatore di calore solare) bull motore di Stirling con generatore La radiazione solare viene riflessa dal disco allrsquointerno di una cavitagrave dove viene assorbita e trasferita a un gas di carica del motore Stirling (elio) portandolo a circa 600 ndash 800degC Tale calore viene converito prima in energia meccanica e quindi in energia elettrica e termica Prodotti realizzati Eurodish basato su motore Solo Stirling da 10kW Suncatcher da SES su motore Sunpower 25 kW Sun Machine su motore Stirling da 5 kW Trinum di Innova su motore microgen da 1 kW
Solo Stirling 10 kWel + 10 kWth e ricevitore
Sistemi Eurodish (Fonte httpwwwfveede )
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Solare
STIRLING per APPLICAZIONI DOMESTICHE Sistemi Stirling per applicazioni domestiche attivati da energia solare sono di recente sviluppo e tuttrsquoora in fase di innovazione La concentrazione solare di piccola scala permette di ottenere temperature nel range 200 ndash 300 degC alle quali solo Stirling a basso salto termico sono adatti Prodotti realizzati Cool Energy motore Stirling da 1 ndash 3 kW per applicazioni tra 200 e 250degC DiGeSPo motore Stirling da 35 kW per applicazioni fino a 300degC (maggiori dettagli in seguito)
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Biomasse
I sistemi a microcogenerazione alimentati a biomassa o pellet sono tra i piugrave sviluppati o su ciclo Otto (motori endotermici) o ciclo Stirling o su ciclo ORC con prevalenza dello Stirling nelle piccolissime taglie e degli altri a partire da qualche decina di kWel Si applicano sia a combustione diretta che a gassificazione Sia a pellet che altre forme di combustibili solidi legnosi
Esempio di sistema m-CHP da biomassa tramite ciclo ORC
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Biomasse
Caldaia a Pellet della KWB con Stirling da 5 kW della
Stirling Power Module attualmente non piugrave in
produzione
Caldaia a Pellet della Okofen con Stirling da 1 kW della Microgen adattato dalla versione a gas naturale
Motore della Stirling DK da 35 kW per utilizzo con
Biogas o Syngas
Altri produttori sono Stirling Biopower (43kW) SunMachine ora Bayer ndash Raach (3kW)
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Idrogeno e Fuel Cells
Alcune recenti tecnologie propongono sistemi a Fuel Cell (PEM SOFC di vario tipo) per co generazione domestica Alcune di queste (SOFCPOWER) vengono direttamente alimentate a metano sul quale fanno reforming di idrogeno Le taglie sono solitamente dellrsquoordine di 1ndash5 kWel Produttori principali Vaillant SofcPower BlueGen Microcell Impianto di micro cogenerazione della
SOFCPOWER installato presso il comune di Roncegno Terme (Tn)
Fonte ftpftpeletpolimiitusersLucaFerrarinitecWP5pdf
La micro Cogenerazione Tecnologie di FBK ndash REET per gli Edifici
m-CHP da caldaia a pellet m-CHP da solare a
concentrazione di piccola scala
Luigi Crema cremafbkeu
Solare a concentraizne di piccola scala FP7 DiGeSPo project
Modular 1-3 kWe 3-9 kWth micro Combined Heat and Power (m-CHP) system based on innovative Concentrated Solar Power (CSP) and Stirling engine technology
electrical power heating and cooling for single and multiple domestic dwellings and other small commercial industrial and public buildings
The proposed technology is developed in DiGeSPo project which is part-funded by the European Commission under the Energy Theme of the Seventh Framework Programme Itrsquos cooperated by 7 partners coordinated by FBK itself
Luigi Crema cremafbkeu
Reflection optics COLD TEMPERED GLASS THICKNESS 075mm Focal distance 20 cm Aperture 40 cm
Tracking system 1 axis TRACKING SYSTEM
Evacuated tube NEW RECEIVER DESIGN and NEW CERMET COATING
Cogeneration engine HIGH ENERGY DENSITY STIRLING ENGINE 2-3 kWel 6 ndash 10 kWth
Thermal Fluids COLLECTOR OPERATING TEMPERATURE 300degC INVESTIGATION on NEW SOLUTION WITH NANOPARTICLES STIRLING SC NITROGEN
Control system Full integrated control system
Research topics
Power Generation VARIABLE SPEED POWER GENERATION
This CSP m-CHP will provide electrical power heating and cooling for single and multiple domestic dwellings and other small commercial industrial and public buildings
1 THEORETICAL INVESTIGATION and MODELLING (COMPONENTS and INTEGRATED SYSTEM
2 LAB TESTS 3 FULL SCALE PROTOTYPES 4 OPTIMIZATION and
REDESIGN
Target objectives on
subcomponents
75 885 100
3
892
78 Optical losses
Concentration optics
ρ = 0945
Glass tube = 096
37 Glass losses
CerMet α gt 093 ε lt 006
95 Thermal losses
40 Radiosity losses
15 - 18
45
170 - 200 Other losses ndash friction power generator thermal
Stirling engine
ELECTRICAL POWER
THERMAL POWER
DIR
ECT
SOLA
R
RA
DIA
TIO
N
VERIFIED
THEORETICALLY CONFIRMED
METHODOLOGY
Optics and Mirrors
cold tempered flexible glass mirrors 075 mm in thickness on aluminum substrate
1-axys tracking moved by a linear actuator with a stepper motor The system can move on the azimuth axis with reduction ratio 13600 and rigid transmission (tracking precision lt01deg)
4 linear parabolas per module (width = 400 mm length = 2200 mm focus = 200 mm) which can rotate around a fixed receiver from -70deg to +70deg
Reflectance averaged on solar spectrum = 0945 (mirror thickness = 095 mm)
Design of Absorber and
Receiver
The receiver is a Coaxial Stainless Steel tube with a side Glass-Metal seal
The glass of the vacuum tube is a soda-lime coated with anti-reflection layer and provided of transmittance = 096
A Getter material maintains an internal vacuum = 10-2 Pa
The tube is provided of internal designed solutions to avoid high thin film temperatures
Stirling a doppia azione a bassa differneza di temperatura (lato caldo 300degC ndash lato freddo 50degC) Max Rated Power 33 kWel - 15kWth
Efficienza (da Fluido a Albero) 23
Pressione di carica 135 bar
4 cylinder in cross configuration for a totally balanced mechanical actuation
micro-heat exchangers (heater and cooler) realized through SLM ndash selective laser melting process
Automatic mass equalization among four different working spaces
Double Acting High Energy Density Stirling
Compression volume
Cooler
Cylinder and Piston
Expansion volume
Heater
Generator
Total weight 250 kg
20
Stirling engine 1 kWel 3 kWth
Water boiler Pre ndash heating on
Stirling water jacket
heating and hot sanitary
water provision to the building
Pellet Boiler water jacket
electrical energy
Pellet burner and
combustion chamber
650 ndash 800 degC
Exhaust 80 degC
40 ndash 45 degC
55degC
70 - 75degC
Pellet Boiler 18 kWth
La micro Cogenerazione m-CHP pellet boiler
Luigi Crema cremafbkeu
21
La micro Cogenerazione Stirling engine and pellet boiler
Luigi Crema cremafbkeu
Progetto di integrazione La ldquoCASA FUTURArdquo
22
POWER BOXThermal storage +
cogeneration pellet boiler
SOLAR MODULES
Weather Station
Indoor Monitoring
HOME as a PERSONAL TRAINER
DYNAMIC WINDOW
EDIFICIO MODULARE AD ELEVATA EFFICIENZA ENERGETICA (lt 30 kWhm2anno) SUPPORTATO DA ICT (LA CASA COME PERSONAL TRAINER) ELEVATO STANDARD RESIDENZIALE E SOCIALE FINESTRE ELETTRO-CROMICHE
SISTEMA SOSTENIBILE INTEGRATO BASATO SU RISORSE RINNOVABILI IN GRADO DI FORNIRE ENERGIA ELETTRICA TERMICA PER RISCALDAMENTO E RAFFRESCAMENTO CONTROLLO DI ILLUMINAZIONE NATURALE e SISTEMI di ACCUMULO Luigi Crema cremafbkeu
Luigi Crema Senior Researcher at REET
Renewable Energies amp Environmental Technologies
cremafbkeu
Luigi Dott Crema Researcher at REET Renewable Energies and Environmental Technologies Fondazione Bruno Kessler Scientific and Technological Research Via alla Cascata 56C I-38050 Povo (Trento)-Italy Contact me at
+39-0461-314922 +39-335-6104991
Fax me at +39-0461-314930
Write me at cremafbkeu
Visit us at Visit me at
httpwwwfbkeu
httpreetfbkeucrema
THANK YOU FOR ATTENTION
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Combustibili Fossili
Da alcuni anni si profila lrsquoingresso sul mercato di una serie di prodotti di caldaie a gas naturale integrate di un motore Stirling generalmente da 1 a 3 kW Tale soluzione presenta diversi inconvenienti soprattutto economici Tra i produttori Whispergen (NZ) Microgen (UK) Disenco (UK) Infinia ndash Rinnai ndash Enatec (US JP NL) I prezzi variano fra 6000 e 15000euro Altri produttori con cicli Rankine soprattutto ORC sono Genlec (1kW) Climate Energy (3kW) Otag (3kW) Enginion (5kW) Cogen Micro (25kW)
Caldaia Whispergen con Stirling da 1 kWel e 6
ndash 10 kWth Prezzo in Germania
2010 14000euro supportata da EON
Caldaia Microgen con Stirling da 1 kWel e 3 ndash
24 kWth Non in vendita previsto per il 2013 un prezzo di
6-8000euro
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Solare
STIRLING DISH Componenti principali della tecnologia sono bull concentratore parabolico solare a disco bull sistema di inseguimento bull ricevitore (scambiatore di calore solare) bull motore di Stirling con generatore La radiazione solare viene riflessa dal disco allrsquointerno di una cavitagrave dove viene assorbita e trasferita a un gas di carica del motore Stirling (elio) portandolo a circa 600 ndash 800degC Tale calore viene converito prima in energia meccanica e quindi in energia elettrica e termica Prodotti realizzati Eurodish basato su motore Solo Stirling da 10kW Suncatcher da SES su motore Sunpower 25 kW Sun Machine su motore Stirling da 5 kW Trinum di Innova su motore microgen da 1 kW
Solo Stirling 10 kWel + 10 kWth e ricevitore
Sistemi Eurodish (Fonte httpwwwfveede )
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Solare
STIRLING per APPLICAZIONI DOMESTICHE Sistemi Stirling per applicazioni domestiche attivati da energia solare sono di recente sviluppo e tuttrsquoora in fase di innovazione La concentrazione solare di piccola scala permette di ottenere temperature nel range 200 ndash 300 degC alle quali solo Stirling a basso salto termico sono adatti Prodotti realizzati Cool Energy motore Stirling da 1 ndash 3 kW per applicazioni tra 200 e 250degC DiGeSPo motore Stirling da 35 kW per applicazioni fino a 300degC (maggiori dettagli in seguito)
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Biomasse
I sistemi a microcogenerazione alimentati a biomassa o pellet sono tra i piugrave sviluppati o su ciclo Otto (motori endotermici) o ciclo Stirling o su ciclo ORC con prevalenza dello Stirling nelle piccolissime taglie e degli altri a partire da qualche decina di kWel Si applicano sia a combustione diretta che a gassificazione Sia a pellet che altre forme di combustibili solidi legnosi
Esempio di sistema m-CHP da biomassa tramite ciclo ORC
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Biomasse
Caldaia a Pellet della KWB con Stirling da 5 kW della
Stirling Power Module attualmente non piugrave in
produzione
Caldaia a Pellet della Okofen con Stirling da 1 kW della Microgen adattato dalla versione a gas naturale
Motore della Stirling DK da 35 kW per utilizzo con
Biogas o Syngas
Altri produttori sono Stirling Biopower (43kW) SunMachine ora Bayer ndash Raach (3kW)
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Idrogeno e Fuel Cells
Alcune recenti tecnologie propongono sistemi a Fuel Cell (PEM SOFC di vario tipo) per co generazione domestica Alcune di queste (SOFCPOWER) vengono direttamente alimentate a metano sul quale fanno reforming di idrogeno Le taglie sono solitamente dellrsquoordine di 1ndash5 kWel Produttori principali Vaillant SofcPower BlueGen Microcell Impianto di micro cogenerazione della
SOFCPOWER installato presso il comune di Roncegno Terme (Tn)
Fonte ftpftpeletpolimiitusersLucaFerrarinitecWP5pdf
La micro Cogenerazione Tecnologie di FBK ndash REET per gli Edifici
m-CHP da caldaia a pellet m-CHP da solare a
concentrazione di piccola scala
Luigi Crema cremafbkeu
Solare a concentraizne di piccola scala FP7 DiGeSPo project
Modular 1-3 kWe 3-9 kWth micro Combined Heat and Power (m-CHP) system based on innovative Concentrated Solar Power (CSP) and Stirling engine technology
electrical power heating and cooling for single and multiple domestic dwellings and other small commercial industrial and public buildings
The proposed technology is developed in DiGeSPo project which is part-funded by the European Commission under the Energy Theme of the Seventh Framework Programme Itrsquos cooperated by 7 partners coordinated by FBK itself
Luigi Crema cremafbkeu
Reflection optics COLD TEMPERED GLASS THICKNESS 075mm Focal distance 20 cm Aperture 40 cm
Tracking system 1 axis TRACKING SYSTEM
Evacuated tube NEW RECEIVER DESIGN and NEW CERMET COATING
Cogeneration engine HIGH ENERGY DENSITY STIRLING ENGINE 2-3 kWel 6 ndash 10 kWth
Thermal Fluids COLLECTOR OPERATING TEMPERATURE 300degC INVESTIGATION on NEW SOLUTION WITH NANOPARTICLES STIRLING SC NITROGEN
Control system Full integrated control system
Research topics
Power Generation VARIABLE SPEED POWER GENERATION
This CSP m-CHP will provide electrical power heating and cooling for single and multiple domestic dwellings and other small commercial industrial and public buildings
1 THEORETICAL INVESTIGATION and MODELLING (COMPONENTS and INTEGRATED SYSTEM
2 LAB TESTS 3 FULL SCALE PROTOTYPES 4 OPTIMIZATION and
REDESIGN
Target objectives on
subcomponents
75 885 100
3
892
78 Optical losses
Concentration optics
ρ = 0945
Glass tube = 096
37 Glass losses
CerMet α gt 093 ε lt 006
95 Thermal losses
40 Radiosity losses
15 - 18
45
170 - 200 Other losses ndash friction power generator thermal
Stirling engine
ELECTRICAL POWER
THERMAL POWER
DIR
ECT
SOLA
R
RA
DIA
TIO
N
VERIFIED
THEORETICALLY CONFIRMED
METHODOLOGY
Optics and Mirrors
cold tempered flexible glass mirrors 075 mm in thickness on aluminum substrate
1-axys tracking moved by a linear actuator with a stepper motor The system can move on the azimuth axis with reduction ratio 13600 and rigid transmission (tracking precision lt01deg)
4 linear parabolas per module (width = 400 mm length = 2200 mm focus = 200 mm) which can rotate around a fixed receiver from -70deg to +70deg
Reflectance averaged on solar spectrum = 0945 (mirror thickness = 095 mm)
Design of Absorber and
Receiver
The receiver is a Coaxial Stainless Steel tube with a side Glass-Metal seal
The glass of the vacuum tube is a soda-lime coated with anti-reflection layer and provided of transmittance = 096
A Getter material maintains an internal vacuum = 10-2 Pa
The tube is provided of internal designed solutions to avoid high thin film temperatures
Stirling a doppia azione a bassa differneza di temperatura (lato caldo 300degC ndash lato freddo 50degC) Max Rated Power 33 kWel - 15kWth
Efficienza (da Fluido a Albero) 23
Pressione di carica 135 bar
4 cylinder in cross configuration for a totally balanced mechanical actuation
micro-heat exchangers (heater and cooler) realized through SLM ndash selective laser melting process
Automatic mass equalization among four different working spaces
Double Acting High Energy Density Stirling
Compression volume
Cooler
Cylinder and Piston
Expansion volume
Heater
Generator
Total weight 250 kg
20
Stirling engine 1 kWel 3 kWth
Water boiler Pre ndash heating on
Stirling water jacket
heating and hot sanitary
water provision to the building
Pellet Boiler water jacket
electrical energy
Pellet burner and
combustion chamber
650 ndash 800 degC
Exhaust 80 degC
40 ndash 45 degC
55degC
70 - 75degC
Pellet Boiler 18 kWth
La micro Cogenerazione m-CHP pellet boiler
Luigi Crema cremafbkeu
21
La micro Cogenerazione Stirling engine and pellet boiler
Luigi Crema cremafbkeu
Progetto di integrazione La ldquoCASA FUTURArdquo
22
POWER BOXThermal storage +
cogeneration pellet boiler
SOLAR MODULES
Weather Station
Indoor Monitoring
HOME as a PERSONAL TRAINER
DYNAMIC WINDOW
EDIFICIO MODULARE AD ELEVATA EFFICIENZA ENERGETICA (lt 30 kWhm2anno) SUPPORTATO DA ICT (LA CASA COME PERSONAL TRAINER) ELEVATO STANDARD RESIDENZIALE E SOCIALE FINESTRE ELETTRO-CROMICHE
SISTEMA SOSTENIBILE INTEGRATO BASATO SU RISORSE RINNOVABILI IN GRADO DI FORNIRE ENERGIA ELETTRICA TERMICA PER RISCALDAMENTO E RAFFRESCAMENTO CONTROLLO DI ILLUMINAZIONE NATURALE e SISTEMI di ACCUMULO Luigi Crema cremafbkeu
Luigi Crema Senior Researcher at REET
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Luigi Dott Crema Researcher at REET Renewable Energies and Environmental Technologies Fondazione Bruno Kessler Scientific and Technological Research Via alla Cascata 56C I-38050 Povo (Trento)-Italy Contact me at
+39-0461-314922 +39-335-6104991
Fax me at +39-0461-314930
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La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Solare
STIRLING DISH Componenti principali della tecnologia sono bull concentratore parabolico solare a disco bull sistema di inseguimento bull ricevitore (scambiatore di calore solare) bull motore di Stirling con generatore La radiazione solare viene riflessa dal disco allrsquointerno di una cavitagrave dove viene assorbita e trasferita a un gas di carica del motore Stirling (elio) portandolo a circa 600 ndash 800degC Tale calore viene converito prima in energia meccanica e quindi in energia elettrica e termica Prodotti realizzati Eurodish basato su motore Solo Stirling da 10kW Suncatcher da SES su motore Sunpower 25 kW Sun Machine su motore Stirling da 5 kW Trinum di Innova su motore microgen da 1 kW
Solo Stirling 10 kWel + 10 kWth e ricevitore
Sistemi Eurodish (Fonte httpwwwfveede )
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Solare
STIRLING per APPLICAZIONI DOMESTICHE Sistemi Stirling per applicazioni domestiche attivati da energia solare sono di recente sviluppo e tuttrsquoora in fase di innovazione La concentrazione solare di piccola scala permette di ottenere temperature nel range 200 ndash 300 degC alle quali solo Stirling a basso salto termico sono adatti Prodotti realizzati Cool Energy motore Stirling da 1 ndash 3 kW per applicazioni tra 200 e 250degC DiGeSPo motore Stirling da 35 kW per applicazioni fino a 300degC (maggiori dettagli in seguito)
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Biomasse
I sistemi a microcogenerazione alimentati a biomassa o pellet sono tra i piugrave sviluppati o su ciclo Otto (motori endotermici) o ciclo Stirling o su ciclo ORC con prevalenza dello Stirling nelle piccolissime taglie e degli altri a partire da qualche decina di kWel Si applicano sia a combustione diretta che a gassificazione Sia a pellet che altre forme di combustibili solidi legnosi
Esempio di sistema m-CHP da biomassa tramite ciclo ORC
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Biomasse
Caldaia a Pellet della KWB con Stirling da 5 kW della
Stirling Power Module attualmente non piugrave in
produzione
Caldaia a Pellet della Okofen con Stirling da 1 kW della Microgen adattato dalla versione a gas naturale
Motore della Stirling DK da 35 kW per utilizzo con
Biogas o Syngas
Altri produttori sono Stirling Biopower (43kW) SunMachine ora Bayer ndash Raach (3kW)
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Idrogeno e Fuel Cells
Alcune recenti tecnologie propongono sistemi a Fuel Cell (PEM SOFC di vario tipo) per co generazione domestica Alcune di queste (SOFCPOWER) vengono direttamente alimentate a metano sul quale fanno reforming di idrogeno Le taglie sono solitamente dellrsquoordine di 1ndash5 kWel Produttori principali Vaillant SofcPower BlueGen Microcell Impianto di micro cogenerazione della
SOFCPOWER installato presso il comune di Roncegno Terme (Tn)
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La micro Cogenerazione Tecnologie di FBK ndash REET per gli Edifici
m-CHP da caldaia a pellet m-CHP da solare a
concentrazione di piccola scala
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Solare a concentraizne di piccola scala FP7 DiGeSPo project
Modular 1-3 kWe 3-9 kWth micro Combined Heat and Power (m-CHP) system based on innovative Concentrated Solar Power (CSP) and Stirling engine technology
electrical power heating and cooling for single and multiple domestic dwellings and other small commercial industrial and public buildings
The proposed technology is developed in DiGeSPo project which is part-funded by the European Commission under the Energy Theme of the Seventh Framework Programme Itrsquos cooperated by 7 partners coordinated by FBK itself
Luigi Crema cremafbkeu
Reflection optics COLD TEMPERED GLASS THICKNESS 075mm Focal distance 20 cm Aperture 40 cm
Tracking system 1 axis TRACKING SYSTEM
Evacuated tube NEW RECEIVER DESIGN and NEW CERMET COATING
Cogeneration engine HIGH ENERGY DENSITY STIRLING ENGINE 2-3 kWel 6 ndash 10 kWth
Thermal Fluids COLLECTOR OPERATING TEMPERATURE 300degC INVESTIGATION on NEW SOLUTION WITH NANOPARTICLES STIRLING SC NITROGEN
Control system Full integrated control system
Research topics
Power Generation VARIABLE SPEED POWER GENERATION
This CSP m-CHP will provide electrical power heating and cooling for single and multiple domestic dwellings and other small commercial industrial and public buildings
1 THEORETICAL INVESTIGATION and MODELLING (COMPONENTS and INTEGRATED SYSTEM
2 LAB TESTS 3 FULL SCALE PROTOTYPES 4 OPTIMIZATION and
REDESIGN
Target objectives on
subcomponents
75 885 100
3
892
78 Optical losses
Concentration optics
ρ = 0945
Glass tube = 096
37 Glass losses
CerMet α gt 093 ε lt 006
95 Thermal losses
40 Radiosity losses
15 - 18
45
170 - 200 Other losses ndash friction power generator thermal
Stirling engine
ELECTRICAL POWER
THERMAL POWER
DIR
ECT
SOLA
R
RA
DIA
TIO
N
VERIFIED
THEORETICALLY CONFIRMED
METHODOLOGY
Optics and Mirrors
cold tempered flexible glass mirrors 075 mm in thickness on aluminum substrate
1-axys tracking moved by a linear actuator with a stepper motor The system can move on the azimuth axis with reduction ratio 13600 and rigid transmission (tracking precision lt01deg)
4 linear parabolas per module (width = 400 mm length = 2200 mm focus = 200 mm) which can rotate around a fixed receiver from -70deg to +70deg
Reflectance averaged on solar spectrum = 0945 (mirror thickness = 095 mm)
Design of Absorber and
Receiver
The receiver is a Coaxial Stainless Steel tube with a side Glass-Metal seal
The glass of the vacuum tube is a soda-lime coated with anti-reflection layer and provided of transmittance = 096
A Getter material maintains an internal vacuum = 10-2 Pa
The tube is provided of internal designed solutions to avoid high thin film temperatures
Stirling a doppia azione a bassa differneza di temperatura (lato caldo 300degC ndash lato freddo 50degC) Max Rated Power 33 kWel - 15kWth
Efficienza (da Fluido a Albero) 23
Pressione di carica 135 bar
4 cylinder in cross configuration for a totally balanced mechanical actuation
micro-heat exchangers (heater and cooler) realized through SLM ndash selective laser melting process
Automatic mass equalization among four different working spaces
Double Acting High Energy Density Stirling
Compression volume
Cooler
Cylinder and Piston
Expansion volume
Heater
Generator
Total weight 250 kg
20
Stirling engine 1 kWel 3 kWth
Water boiler Pre ndash heating on
Stirling water jacket
heating and hot sanitary
water provision to the building
Pellet Boiler water jacket
electrical energy
Pellet burner and
combustion chamber
650 ndash 800 degC
Exhaust 80 degC
40 ndash 45 degC
55degC
70 - 75degC
Pellet Boiler 18 kWth
La micro Cogenerazione m-CHP pellet boiler
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La micro Cogenerazione Stirling engine and pellet boiler
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Progetto di integrazione La ldquoCASA FUTURArdquo
22
POWER BOXThermal storage +
cogeneration pellet boiler
SOLAR MODULES
Weather Station
Indoor Monitoring
HOME as a PERSONAL TRAINER
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EDIFICIO MODULARE AD ELEVATA EFFICIENZA ENERGETICA (lt 30 kWhm2anno) SUPPORTATO DA ICT (LA CASA COME PERSONAL TRAINER) ELEVATO STANDARD RESIDENZIALE E SOCIALE FINESTRE ELETTRO-CROMICHE
SISTEMA SOSTENIBILE INTEGRATO BASATO SU RISORSE RINNOVABILI IN GRADO DI FORNIRE ENERGIA ELETTRICA TERMICA PER RISCALDAMENTO E RAFFRESCAMENTO CONTROLLO DI ILLUMINAZIONE NATURALE e SISTEMI di ACCUMULO Luigi Crema cremafbkeu
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STIRLING per APPLICAZIONI DOMESTICHE Sistemi Stirling per applicazioni domestiche attivati da energia solare sono di recente sviluppo e tuttrsquoora in fase di innovazione La concentrazione solare di piccola scala permette di ottenere temperature nel range 200 ndash 300 degC alle quali solo Stirling a basso salto termico sono adatti Prodotti realizzati Cool Energy motore Stirling da 1 ndash 3 kW per applicazioni tra 200 e 250degC DiGeSPo motore Stirling da 35 kW per applicazioni fino a 300degC (maggiori dettagli in seguito)
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Biomasse
I sistemi a microcogenerazione alimentati a biomassa o pellet sono tra i piugrave sviluppati o su ciclo Otto (motori endotermici) o ciclo Stirling o su ciclo ORC con prevalenza dello Stirling nelle piccolissime taglie e degli altri a partire da qualche decina di kWel Si applicano sia a combustione diretta che a gassificazione Sia a pellet che altre forme di combustibili solidi legnosi
Esempio di sistema m-CHP da biomassa tramite ciclo ORC
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Biomasse
Caldaia a Pellet della KWB con Stirling da 5 kW della
Stirling Power Module attualmente non piugrave in
produzione
Caldaia a Pellet della Okofen con Stirling da 1 kW della Microgen adattato dalla versione a gas naturale
Motore della Stirling DK da 35 kW per utilizzo con
Biogas o Syngas
Altri produttori sono Stirling Biopower (43kW) SunMachine ora Bayer ndash Raach (3kW)
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Idrogeno e Fuel Cells
Alcune recenti tecnologie propongono sistemi a Fuel Cell (PEM SOFC di vario tipo) per co generazione domestica Alcune di queste (SOFCPOWER) vengono direttamente alimentate a metano sul quale fanno reforming di idrogeno Le taglie sono solitamente dellrsquoordine di 1ndash5 kWel Produttori principali Vaillant SofcPower BlueGen Microcell Impianto di micro cogenerazione della
SOFCPOWER installato presso il comune di Roncegno Terme (Tn)
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La micro Cogenerazione Tecnologie di FBK ndash REET per gli Edifici
m-CHP da caldaia a pellet m-CHP da solare a
concentrazione di piccola scala
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Modular 1-3 kWe 3-9 kWth micro Combined Heat and Power (m-CHP) system based on innovative Concentrated Solar Power (CSP) and Stirling engine technology
electrical power heating and cooling for single and multiple domestic dwellings and other small commercial industrial and public buildings
The proposed technology is developed in DiGeSPo project which is part-funded by the European Commission under the Energy Theme of the Seventh Framework Programme Itrsquos cooperated by 7 partners coordinated by FBK itself
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Reflection optics COLD TEMPERED GLASS THICKNESS 075mm Focal distance 20 cm Aperture 40 cm
Tracking system 1 axis TRACKING SYSTEM
Evacuated tube NEW RECEIVER DESIGN and NEW CERMET COATING
Cogeneration engine HIGH ENERGY DENSITY STIRLING ENGINE 2-3 kWel 6 ndash 10 kWth
Thermal Fluids COLLECTOR OPERATING TEMPERATURE 300degC INVESTIGATION on NEW SOLUTION WITH NANOPARTICLES STIRLING SC NITROGEN
Control system Full integrated control system
Research topics
Power Generation VARIABLE SPEED POWER GENERATION
This CSP m-CHP will provide electrical power heating and cooling for single and multiple domestic dwellings and other small commercial industrial and public buildings
1 THEORETICAL INVESTIGATION and MODELLING (COMPONENTS and INTEGRATED SYSTEM
2 LAB TESTS 3 FULL SCALE PROTOTYPES 4 OPTIMIZATION and
REDESIGN
Target objectives on
subcomponents
75 885 100
3
892
78 Optical losses
Concentration optics
ρ = 0945
Glass tube = 096
37 Glass losses
CerMet α gt 093 ε lt 006
95 Thermal losses
40 Radiosity losses
15 - 18
45
170 - 200 Other losses ndash friction power generator thermal
Stirling engine
ELECTRICAL POWER
THERMAL POWER
DIR
ECT
SOLA
R
RA
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TIO
N
VERIFIED
THEORETICALLY CONFIRMED
METHODOLOGY
Optics and Mirrors
cold tempered flexible glass mirrors 075 mm in thickness on aluminum substrate
1-axys tracking moved by a linear actuator with a stepper motor The system can move on the azimuth axis with reduction ratio 13600 and rigid transmission (tracking precision lt01deg)
4 linear parabolas per module (width = 400 mm length = 2200 mm focus = 200 mm) which can rotate around a fixed receiver from -70deg to +70deg
Reflectance averaged on solar spectrum = 0945 (mirror thickness = 095 mm)
Design of Absorber and
Receiver
The receiver is a Coaxial Stainless Steel tube with a side Glass-Metal seal
The glass of the vacuum tube is a soda-lime coated with anti-reflection layer and provided of transmittance = 096
A Getter material maintains an internal vacuum = 10-2 Pa
The tube is provided of internal designed solutions to avoid high thin film temperatures
Stirling a doppia azione a bassa differneza di temperatura (lato caldo 300degC ndash lato freddo 50degC) Max Rated Power 33 kWel - 15kWth
Efficienza (da Fluido a Albero) 23
Pressione di carica 135 bar
4 cylinder in cross configuration for a totally balanced mechanical actuation
micro-heat exchangers (heater and cooler) realized through SLM ndash selective laser melting process
Automatic mass equalization among four different working spaces
Double Acting High Energy Density Stirling
Compression volume
Cooler
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Total weight 250 kg
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Stirling engine 1 kWel 3 kWth
Water boiler Pre ndash heating on
Stirling water jacket
heating and hot sanitary
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Pellet Boiler water jacket
electrical energy
Pellet burner and
combustion chamber
650 ndash 800 degC
Exhaust 80 degC
40 ndash 45 degC
55degC
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Pellet Boiler 18 kWth
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La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Biomasse
I sistemi a microcogenerazione alimentati a biomassa o pellet sono tra i piugrave sviluppati o su ciclo Otto (motori endotermici) o ciclo Stirling o su ciclo ORC con prevalenza dello Stirling nelle piccolissime taglie e degli altri a partire da qualche decina di kWel Si applicano sia a combustione diretta che a gassificazione Sia a pellet che altre forme di combustibili solidi legnosi
Esempio di sistema m-CHP da biomassa tramite ciclo ORC
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Biomasse
Caldaia a Pellet della KWB con Stirling da 5 kW della
Stirling Power Module attualmente non piugrave in
produzione
Caldaia a Pellet della Okofen con Stirling da 1 kW della Microgen adattato dalla versione a gas naturale
Motore della Stirling DK da 35 kW per utilizzo con
Biogas o Syngas
Altri produttori sono Stirling Biopower (43kW) SunMachine ora Bayer ndash Raach (3kW)
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Idrogeno e Fuel Cells
Alcune recenti tecnologie propongono sistemi a Fuel Cell (PEM SOFC di vario tipo) per co generazione domestica Alcune di queste (SOFCPOWER) vengono direttamente alimentate a metano sul quale fanno reforming di idrogeno Le taglie sono solitamente dellrsquoordine di 1ndash5 kWel Produttori principali Vaillant SofcPower BlueGen Microcell Impianto di micro cogenerazione della
SOFCPOWER installato presso il comune di Roncegno Terme (Tn)
Fonte ftpftpeletpolimiitusersLucaFerrarinitecWP5pdf
La micro Cogenerazione Tecnologie di FBK ndash REET per gli Edifici
m-CHP da caldaia a pellet m-CHP da solare a
concentrazione di piccola scala
Luigi Crema cremafbkeu
Solare a concentraizne di piccola scala FP7 DiGeSPo project
Modular 1-3 kWe 3-9 kWth micro Combined Heat and Power (m-CHP) system based on innovative Concentrated Solar Power (CSP) and Stirling engine technology
electrical power heating and cooling for single and multiple domestic dwellings and other small commercial industrial and public buildings
The proposed technology is developed in DiGeSPo project which is part-funded by the European Commission under the Energy Theme of the Seventh Framework Programme Itrsquos cooperated by 7 partners coordinated by FBK itself
Luigi Crema cremafbkeu
Reflection optics COLD TEMPERED GLASS THICKNESS 075mm Focal distance 20 cm Aperture 40 cm
Tracking system 1 axis TRACKING SYSTEM
Evacuated tube NEW RECEIVER DESIGN and NEW CERMET COATING
Cogeneration engine HIGH ENERGY DENSITY STIRLING ENGINE 2-3 kWel 6 ndash 10 kWth
Thermal Fluids COLLECTOR OPERATING TEMPERATURE 300degC INVESTIGATION on NEW SOLUTION WITH NANOPARTICLES STIRLING SC NITROGEN
Control system Full integrated control system
Research topics
Power Generation VARIABLE SPEED POWER GENERATION
This CSP m-CHP will provide electrical power heating and cooling for single and multiple domestic dwellings and other small commercial industrial and public buildings
1 THEORETICAL INVESTIGATION and MODELLING (COMPONENTS and INTEGRATED SYSTEM
2 LAB TESTS 3 FULL SCALE PROTOTYPES 4 OPTIMIZATION and
REDESIGN
Target objectives on
subcomponents
75 885 100
3
892
78 Optical losses
Concentration optics
ρ = 0945
Glass tube = 096
37 Glass losses
CerMet α gt 093 ε lt 006
95 Thermal losses
40 Radiosity losses
15 - 18
45
170 - 200 Other losses ndash friction power generator thermal
Stirling engine
ELECTRICAL POWER
THERMAL POWER
DIR
ECT
SOLA
R
RA
DIA
TIO
N
VERIFIED
THEORETICALLY CONFIRMED
METHODOLOGY
Optics and Mirrors
cold tempered flexible glass mirrors 075 mm in thickness on aluminum substrate
1-axys tracking moved by a linear actuator with a stepper motor The system can move on the azimuth axis with reduction ratio 13600 and rigid transmission (tracking precision lt01deg)
4 linear parabolas per module (width = 400 mm length = 2200 mm focus = 200 mm) which can rotate around a fixed receiver from -70deg to +70deg
Reflectance averaged on solar spectrum = 0945 (mirror thickness = 095 mm)
Design of Absorber and
Receiver
The receiver is a Coaxial Stainless Steel tube with a side Glass-Metal seal
The glass of the vacuum tube is a soda-lime coated with anti-reflection layer and provided of transmittance = 096
A Getter material maintains an internal vacuum = 10-2 Pa
The tube is provided of internal designed solutions to avoid high thin film temperatures
Stirling a doppia azione a bassa differneza di temperatura (lato caldo 300degC ndash lato freddo 50degC) Max Rated Power 33 kWel - 15kWth
Efficienza (da Fluido a Albero) 23
Pressione di carica 135 bar
4 cylinder in cross configuration for a totally balanced mechanical actuation
micro-heat exchangers (heater and cooler) realized through SLM ndash selective laser melting process
Automatic mass equalization among four different working spaces
Double Acting High Energy Density Stirling
Compression volume
Cooler
Cylinder and Piston
Expansion volume
Heater
Generator
Total weight 250 kg
20
Stirling engine 1 kWel 3 kWth
Water boiler Pre ndash heating on
Stirling water jacket
heating and hot sanitary
water provision to the building
Pellet Boiler water jacket
electrical energy
Pellet burner and
combustion chamber
650 ndash 800 degC
Exhaust 80 degC
40 ndash 45 degC
55degC
70 - 75degC
Pellet Boiler 18 kWth
La micro Cogenerazione m-CHP pellet boiler
Luigi Crema cremafbkeu
21
La micro Cogenerazione Stirling engine and pellet boiler
Luigi Crema cremafbkeu
Progetto di integrazione La ldquoCASA FUTURArdquo
22
POWER BOXThermal storage +
cogeneration pellet boiler
SOLAR MODULES
Weather Station
Indoor Monitoring
HOME as a PERSONAL TRAINER
DYNAMIC WINDOW
EDIFICIO MODULARE AD ELEVATA EFFICIENZA ENERGETICA (lt 30 kWhm2anno) SUPPORTATO DA ICT (LA CASA COME PERSONAL TRAINER) ELEVATO STANDARD RESIDENZIALE E SOCIALE FINESTRE ELETTRO-CROMICHE
SISTEMA SOSTENIBILE INTEGRATO BASATO SU RISORSE RINNOVABILI IN GRADO DI FORNIRE ENERGIA ELETTRICA TERMICA PER RISCALDAMENTO E RAFFRESCAMENTO CONTROLLO DI ILLUMINAZIONE NATURALE e SISTEMI di ACCUMULO Luigi Crema cremafbkeu
Luigi Crema Senior Researcher at REET
Renewable Energies amp Environmental Technologies
cremafbkeu
Luigi Dott Crema Researcher at REET Renewable Energies and Environmental Technologies Fondazione Bruno Kessler Scientific and Technological Research Via alla Cascata 56C I-38050 Povo (Trento)-Italy Contact me at
+39-0461-314922 +39-335-6104991
Fax me at +39-0461-314930
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Caldaia a Pellet della KWB con Stirling da 5 kW della
Stirling Power Module attualmente non piugrave in
produzione
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Motore della Stirling DK da 35 kW per utilizzo con
Biogas o Syngas
Altri produttori sono Stirling Biopower (43kW) SunMachine ora Bayer ndash Raach (3kW)
La micro Cogenerazione Esempi di applicazioni ndash Idrogeno e Fuel Cells
Alcune recenti tecnologie propongono sistemi a Fuel Cell (PEM SOFC di vario tipo) per co generazione domestica Alcune di queste (SOFCPOWER) vengono direttamente alimentate a metano sul quale fanno reforming di idrogeno Le taglie sono solitamente dellrsquoordine di 1ndash5 kWel Produttori principali Vaillant SofcPower BlueGen Microcell Impianto di micro cogenerazione della
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m-CHP da caldaia a pellet m-CHP da solare a
concentrazione di piccola scala
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Modular 1-3 kWe 3-9 kWth micro Combined Heat and Power (m-CHP) system based on innovative Concentrated Solar Power (CSP) and Stirling engine technology
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The proposed technology is developed in DiGeSPo project which is part-funded by the European Commission under the Energy Theme of the Seventh Framework Programme Itrsquos cooperated by 7 partners coordinated by FBK itself
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Reflection optics COLD TEMPERED GLASS THICKNESS 075mm Focal distance 20 cm Aperture 40 cm
Tracking system 1 axis TRACKING SYSTEM
Evacuated tube NEW RECEIVER DESIGN and NEW CERMET COATING
Cogeneration engine HIGH ENERGY DENSITY STIRLING ENGINE 2-3 kWel 6 ndash 10 kWth
Thermal Fluids COLLECTOR OPERATING TEMPERATURE 300degC INVESTIGATION on NEW SOLUTION WITH NANOPARTICLES STIRLING SC NITROGEN
Control system Full integrated control system
Research topics
Power Generation VARIABLE SPEED POWER GENERATION
This CSP m-CHP will provide electrical power heating and cooling for single and multiple domestic dwellings and other small commercial industrial and public buildings
1 THEORETICAL INVESTIGATION and MODELLING (COMPONENTS and INTEGRATED SYSTEM
2 LAB TESTS 3 FULL SCALE PROTOTYPES 4 OPTIMIZATION and
REDESIGN
Target objectives on
subcomponents
75 885 100
3
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78 Optical losses
Concentration optics
ρ = 0945
Glass tube = 096
37 Glass losses
CerMet α gt 093 ε lt 006
95 Thermal losses
40 Radiosity losses
15 - 18
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170 - 200 Other losses ndash friction power generator thermal
Stirling engine
ELECTRICAL POWER
THERMAL POWER
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METHODOLOGY
Optics and Mirrors
cold tempered flexible glass mirrors 075 mm in thickness on aluminum substrate
1-axys tracking moved by a linear actuator with a stepper motor The system can move on the azimuth axis with reduction ratio 13600 and rigid transmission (tracking precision lt01deg)
4 linear parabolas per module (width = 400 mm length = 2200 mm focus = 200 mm) which can rotate around a fixed receiver from -70deg to +70deg
Reflectance averaged on solar spectrum = 0945 (mirror thickness = 095 mm)
Design of Absorber and
Receiver
The receiver is a Coaxial Stainless Steel tube with a side Glass-Metal seal
The glass of the vacuum tube is a soda-lime coated with anti-reflection layer and provided of transmittance = 096
A Getter material maintains an internal vacuum = 10-2 Pa
The tube is provided of internal designed solutions to avoid high thin film temperatures
Stirling a doppia azione a bassa differneza di temperatura (lato caldo 300degC ndash lato freddo 50degC) Max Rated Power 33 kWel - 15kWth
Efficienza (da Fluido a Albero) 23
Pressione di carica 135 bar
4 cylinder in cross configuration for a totally balanced mechanical actuation
micro-heat exchangers (heater and cooler) realized through SLM ndash selective laser melting process
Automatic mass equalization among four different working spaces
Double Acting High Energy Density Stirling
Compression volume
Cooler
Cylinder and Piston
Expansion volume
Heater
Generator
Total weight 250 kg
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Stirling engine 1 kWel 3 kWth
Water boiler Pre ndash heating on
Stirling water jacket
heating and hot sanitary
water provision to the building
Pellet Boiler water jacket
electrical energy
Pellet burner and
combustion chamber
650 ndash 800 degC
Exhaust 80 degC
40 ndash 45 degC
55degC
70 - 75degC
Pellet Boiler 18 kWth
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Alcune recenti tecnologie propongono sistemi a Fuel Cell (PEM SOFC di vario tipo) per co generazione domestica Alcune di queste (SOFCPOWER) vengono direttamente alimentate a metano sul quale fanno reforming di idrogeno Le taglie sono solitamente dellrsquoordine di 1ndash5 kWel Produttori principali Vaillant SofcPower BlueGen Microcell Impianto di micro cogenerazione della
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Modular 1-3 kWe 3-9 kWth micro Combined Heat and Power (m-CHP) system based on innovative Concentrated Solar Power (CSP) and Stirling engine technology
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Tracking system 1 axis TRACKING SYSTEM
Evacuated tube NEW RECEIVER DESIGN and NEW CERMET COATING
Cogeneration engine HIGH ENERGY DENSITY STIRLING ENGINE 2-3 kWel 6 ndash 10 kWth
Thermal Fluids COLLECTOR OPERATING TEMPERATURE 300degC INVESTIGATION on NEW SOLUTION WITH NANOPARTICLES STIRLING SC NITROGEN
Control system Full integrated control system
Research topics
Power Generation VARIABLE SPEED POWER GENERATION
This CSP m-CHP will provide electrical power heating and cooling for single and multiple domestic dwellings and other small commercial industrial and public buildings
1 THEORETICAL INVESTIGATION and MODELLING (COMPONENTS and INTEGRATED SYSTEM
2 LAB TESTS 3 FULL SCALE PROTOTYPES 4 OPTIMIZATION and
REDESIGN
Target objectives on
subcomponents
75 885 100
3
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78 Optical losses
Concentration optics
ρ = 0945
Glass tube = 096
37 Glass losses
CerMet α gt 093 ε lt 006
95 Thermal losses
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Stirling engine
ELECTRICAL POWER
THERMAL POWER
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METHODOLOGY
Optics and Mirrors
cold tempered flexible glass mirrors 075 mm in thickness on aluminum substrate
1-axys tracking moved by a linear actuator with a stepper motor The system can move on the azimuth axis with reduction ratio 13600 and rigid transmission (tracking precision lt01deg)
4 linear parabolas per module (width = 400 mm length = 2200 mm focus = 200 mm) which can rotate around a fixed receiver from -70deg to +70deg
Reflectance averaged on solar spectrum = 0945 (mirror thickness = 095 mm)
Design of Absorber and
Receiver
The receiver is a Coaxial Stainless Steel tube with a side Glass-Metal seal
The glass of the vacuum tube is a soda-lime coated with anti-reflection layer and provided of transmittance = 096
A Getter material maintains an internal vacuum = 10-2 Pa
The tube is provided of internal designed solutions to avoid high thin film temperatures
Stirling a doppia azione a bassa differneza di temperatura (lato caldo 300degC ndash lato freddo 50degC) Max Rated Power 33 kWel - 15kWth
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4 cylinder in cross configuration for a totally balanced mechanical actuation
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Automatic mass equalization among four different working spaces
Double Acting High Energy Density Stirling
Compression volume
Cooler
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Expansion volume
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Total weight 250 kg
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Water boiler Pre ndash heating on
Stirling water jacket
heating and hot sanitary
water provision to the building
Pellet Boiler water jacket
electrical energy
Pellet burner and
combustion chamber
650 ndash 800 degC
Exhaust 80 degC
40 ndash 45 degC
55degC
70 - 75degC
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Research topics
Power Generation VARIABLE SPEED POWER GENERATION
This CSP m-CHP will provide electrical power heating and cooling for single and multiple domestic dwellings and other small commercial industrial and public buildings
1 THEORETICAL INVESTIGATION and MODELLING (COMPONENTS and INTEGRATED SYSTEM
2 LAB TESTS 3 FULL SCALE PROTOTYPES 4 OPTIMIZATION and
REDESIGN
Target objectives on
subcomponents
75 885 100
3
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78 Optical losses
Concentration optics
ρ = 0945
Glass tube = 096
37 Glass losses
CerMet α gt 093 ε lt 006
95 Thermal losses
40 Radiosity losses
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4 linear parabolas per module (width = 400 mm length = 2200 mm focus = 200 mm) which can rotate around a fixed receiver from -70deg to +70deg
Reflectance averaged on solar spectrum = 0945 (mirror thickness = 095 mm)
Design of Absorber and
Receiver
The receiver is a Coaxial Stainless Steel tube with a side Glass-Metal seal
The glass of the vacuum tube is a soda-lime coated with anti-reflection layer and provided of transmittance = 096
A Getter material maintains an internal vacuum = 10-2 Pa
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Pellet Boiler water jacket
electrical energy
Pellet burner and
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Exhaust 80 degC
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55degC
70 - 75degC
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Concentration optics
ρ = 0945
Glass tube = 096
37 Glass losses
CerMet α gt 093 ε lt 006
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Reflectance averaged on solar spectrum = 0945 (mirror thickness = 095 mm)
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Evacuated tube NEW RECEIVER DESIGN and NEW CERMET COATING
Cogeneration engine HIGH ENERGY DENSITY STIRLING ENGINE 2-3 kWel 6 ndash 10 kWth
Thermal Fluids COLLECTOR OPERATING TEMPERATURE 300degC INVESTIGATION on NEW SOLUTION WITH NANOPARTICLES STIRLING SC NITROGEN
Control system Full integrated control system
Research topics
Power Generation VARIABLE SPEED POWER GENERATION
This CSP m-CHP will provide electrical power heating and cooling for single and multiple domestic dwellings and other small commercial industrial and public buildings
1 THEORETICAL INVESTIGATION and MODELLING (COMPONENTS and INTEGRATED SYSTEM
2 LAB TESTS 3 FULL SCALE PROTOTYPES 4 OPTIMIZATION and
REDESIGN
Target objectives on
subcomponents
75 885 100
3
892
78 Optical losses
Concentration optics
ρ = 0945
Glass tube = 096
37 Glass losses
CerMet α gt 093 ε lt 006
95 Thermal losses
40 Radiosity losses
15 - 18
45
170 - 200 Other losses ndash friction power generator thermal
Stirling engine
ELECTRICAL POWER
THERMAL POWER
DIR
ECT
SOLA
R
RA
DIA
TIO
N
VERIFIED
THEORETICALLY CONFIRMED
METHODOLOGY
Optics and Mirrors
cold tempered flexible glass mirrors 075 mm in thickness on aluminum substrate
1-axys tracking moved by a linear actuator with a stepper motor The system can move on the azimuth axis with reduction ratio 13600 and rigid transmission (tracking precision lt01deg)
4 linear parabolas per module (width = 400 mm length = 2200 mm focus = 200 mm) which can rotate around a fixed receiver from -70deg to +70deg
Reflectance averaged on solar spectrum = 0945 (mirror thickness = 095 mm)
Design of Absorber and
Receiver
The receiver is a Coaxial Stainless Steel tube with a side Glass-Metal seal
The glass of the vacuum tube is a soda-lime coated with anti-reflection layer and provided of transmittance = 096
A Getter material maintains an internal vacuum = 10-2 Pa
The tube is provided of internal designed solutions to avoid high thin film temperatures
Stirling a doppia azione a bassa differneza di temperatura (lato caldo 300degC ndash lato freddo 50degC) Max Rated Power 33 kWel - 15kWth
Efficienza (da Fluido a Albero) 23
Pressione di carica 135 bar
4 cylinder in cross configuration for a totally balanced mechanical actuation
micro-heat exchangers (heater and cooler) realized through SLM ndash selective laser melting process
Automatic mass equalization among four different working spaces
Double Acting High Energy Density Stirling
Compression volume
Cooler
Cylinder and Piston
Expansion volume
Heater
Generator
Total weight 250 kg
20
Stirling engine 1 kWel 3 kWth
Water boiler Pre ndash heating on
Stirling water jacket
heating and hot sanitary
water provision to the building
Pellet Boiler water jacket
electrical energy
Pellet burner and
combustion chamber
650 ndash 800 degC
Exhaust 80 degC
40 ndash 45 degC
55degC
70 - 75degC
Pellet Boiler 18 kWth
La micro Cogenerazione m-CHP pellet boiler
Luigi Crema cremafbkeu
21
La micro Cogenerazione Stirling engine and pellet boiler
Luigi Crema cremafbkeu
Progetto di integrazione La ldquoCASA FUTURArdquo
22
POWER BOXThermal storage +
cogeneration pellet boiler
SOLAR MODULES
Weather Station
Indoor Monitoring
HOME as a PERSONAL TRAINER
DYNAMIC WINDOW
EDIFICIO MODULARE AD ELEVATA EFFICIENZA ENERGETICA (lt 30 kWhm2anno) SUPPORTATO DA ICT (LA CASA COME PERSONAL TRAINER) ELEVATO STANDARD RESIDENZIALE E SOCIALE FINESTRE ELETTRO-CROMICHE
SISTEMA SOSTENIBILE INTEGRATO BASATO SU RISORSE RINNOVABILI IN GRADO DI FORNIRE ENERGIA ELETTRICA TERMICA PER RISCALDAMENTO E RAFFRESCAMENTO CONTROLLO DI ILLUMINAZIONE NATURALE e SISTEMI di ACCUMULO Luigi Crema cremafbkeu
Luigi Crema Senior Researcher at REET
Renewable Energies amp Environmental Technologies
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Luigi Dott Crema Researcher at REET Renewable Energies and Environmental Technologies Fondazione Bruno Kessler Scientific and Technological Research Via alla Cascata 56C I-38050 Povo (Trento)-Italy Contact me at
+39-0461-314922 +39-335-6104991
Fax me at +39-0461-314930
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THANK YOU FOR ATTENTION
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2 LAB TESTS 3 FULL SCALE PROTOTYPES 4 OPTIMIZATION and
REDESIGN
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892
78 Optical losses
Concentration optics
ρ = 0945
Glass tube = 096
37 Glass losses
CerMet α gt 093 ε lt 006
95 Thermal losses
40 Radiosity losses
15 - 18
45
170 - 200 Other losses ndash friction power generator thermal
Stirling engine
ELECTRICAL POWER
THERMAL POWER
DIR
ECT
SOLA
R
RA
DIA
TIO
N
VERIFIED
THEORETICALLY CONFIRMED
METHODOLOGY
Optics and Mirrors
cold tempered flexible glass mirrors 075 mm in thickness on aluminum substrate
1-axys tracking moved by a linear actuator with a stepper motor The system can move on the azimuth axis with reduction ratio 13600 and rigid transmission (tracking precision lt01deg)
4 linear parabolas per module (width = 400 mm length = 2200 mm focus = 200 mm) which can rotate around a fixed receiver from -70deg to +70deg
Reflectance averaged on solar spectrum = 0945 (mirror thickness = 095 mm)
Design of Absorber and
Receiver
The receiver is a Coaxial Stainless Steel tube with a side Glass-Metal seal
The glass of the vacuum tube is a soda-lime coated with anti-reflection layer and provided of transmittance = 096
A Getter material maintains an internal vacuum = 10-2 Pa
The tube is provided of internal designed solutions to avoid high thin film temperatures
Stirling a doppia azione a bassa differneza di temperatura (lato caldo 300degC ndash lato freddo 50degC) Max Rated Power 33 kWel - 15kWth
Efficienza (da Fluido a Albero) 23
Pressione di carica 135 bar
4 cylinder in cross configuration for a totally balanced mechanical actuation
micro-heat exchangers (heater and cooler) realized through SLM ndash selective laser melting process
Automatic mass equalization among four different working spaces
Double Acting High Energy Density Stirling
Compression volume
Cooler
Cylinder and Piston
Expansion volume
Heater
Generator
Total weight 250 kg
20
Stirling engine 1 kWel 3 kWth
Water boiler Pre ndash heating on
Stirling water jacket
heating and hot sanitary
water provision to the building
Pellet Boiler water jacket
electrical energy
Pellet burner and
combustion chamber
650 ndash 800 degC
Exhaust 80 degC
40 ndash 45 degC
55degC
70 - 75degC
Pellet Boiler 18 kWth
La micro Cogenerazione m-CHP pellet boiler
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Progetto di integrazione La ldquoCASA FUTURArdquo
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POWER BOXThermal storage +
cogeneration pellet boiler
SOLAR MODULES
Weather Station
Indoor Monitoring
HOME as a PERSONAL TRAINER
DYNAMIC WINDOW
EDIFICIO MODULARE AD ELEVATA EFFICIENZA ENERGETICA (lt 30 kWhm2anno) SUPPORTATO DA ICT (LA CASA COME PERSONAL TRAINER) ELEVATO STANDARD RESIDENZIALE E SOCIALE FINESTRE ELETTRO-CROMICHE
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Luigi Crema Senior Researcher at REET
Renewable Energies amp Environmental Technologies
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Luigi Dott Crema Researcher at REET Renewable Energies and Environmental Technologies Fondazione Bruno Kessler Scientific and Technological Research Via alla Cascata 56C I-38050 Povo (Trento)-Italy Contact me at
+39-0461-314922 +39-335-6104991
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4 linear parabolas per module (width = 400 mm length = 2200 mm focus = 200 mm) which can rotate around a fixed receiver from -70deg to +70deg
Reflectance averaged on solar spectrum = 0945 (mirror thickness = 095 mm)
Design of Absorber and
Receiver
The receiver is a Coaxial Stainless Steel tube with a side Glass-Metal seal
The glass of the vacuum tube is a soda-lime coated with anti-reflection layer and provided of transmittance = 096
A Getter material maintains an internal vacuum = 10-2 Pa
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Stirling a doppia azione a bassa differneza di temperatura (lato caldo 300degC ndash lato freddo 50degC) Max Rated Power 33 kWel - 15kWth
Efficienza (da Fluido a Albero) 23
Pressione di carica 135 bar
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Automatic mass equalization among four different working spaces
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Compression volume
Cooler
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Stirling engine 1 kWel 3 kWth
Water boiler Pre ndash heating on
Stirling water jacket
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Pellet burner and
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650 ndash 800 degC
Exhaust 80 degC
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70 - 75degC
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4 cylinder in cross configuration for a totally balanced mechanical actuation
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70 - 75degC
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