Solarna energija je logičan izbor za zemlje u razvoju, ali pošto osiromašeni regioni trebaju sisteme koji su jednostavni, samo-operativni i jeftini za izgradnju i održavanje, ovo generalno nije slučaj.
Sposobnost da se obezbedi grejanje pored električne energije bi takođe bilo korisno, jer mnogim zajednicama treba topla voda koliko i svetlo. Tim sa Masačusetskog instituta tehnologije (MIT - Massachusetts Institute of Technology) je razvio rešenje koje zadovoljava ove potrebe sa solarnim sistemom koji je klima uređaj izgrađen naopako.
Pominjanje zemalja u razvoju priziva slike pustinja, prašuma, savana i drugih vrelih predela, ali neki siromašni regioni se nalaze u umerenoj zoni. U južnoj Africi, na primer, može biti veoma hladno u zimskom periodu. Diplomac sa MIT-a Metju Oros (Matthew Orosz) je ovo primetio dok je radio za mirovne snage u Lesotu, gde je lokalnim klinikama bila potrebna ne samo struja, već i topla voda. "Čuli smo od medicinskih sestara da izbegavaju da peru ruke zimi jer je voda toliko hladna", rekao je on. "Tako da je topla voda tamo veoma cenjeni resurs."
Prema Orosu, preko 30.000 klinikama i 60.000 škola širom sveta nedostaje električna energija, ali imaju dovoljno sunčeve svetlosti koja bi zadovoljila njihove potrebe za energijom. U radu koji će biti obavljen u ASME žurnalu za inženjerstvo gasnih turbina i energije (ASME Journal of Engineering for Gas Turbines and Power), Oros objašnjava kako je tim sa MIT-a koji je on pomogao da se uspostavi, osnovao neprofitnu organizaciju nazvanu Solar Turbine Group (STG) kako bi razvili novi solarni sistem napajanje za potrebe zemalja u razvoju.
Odgovor koji su smislili jeste novi tip sistema solarne energije, koji je prvi put postavljen u ambulanti u selu Matjoto u Lesotu. Prototip izgleda veoma konvencijalno sa koritom od paraboličnog ogledala koji fokusira sunčevu svetlost na cev. Međutim, izgled može da prevari, zato što ovo nije energetski sistem koji koristi paru ili toplu vodu. Umesto toga, STG je razvio sistem koji koristi Organski Rankin ciklus (Organic Rankine Cycle - ORC).
ORC sistem je u osnovi sistem u kome se voda zamenjuje sa organskom tečnošću sličnoj onoj koja se koristi u komercijalnim klima uređajima. U stvari, STG sistem ne samo da koristi tečnost za klima uređaje, to je klima uređaj koji radi u obrnutom smeru.
Klima uređaj koristi tečnost sa veoma niskim temperaturama isparivanja, kao što je amonijak ili organske hemikalije. U klima uređajima, komprimovani tečnost se širi u gas unutar kalema. Ova ekspanzija izvlači toplotu iz kalema i čini ga veoma hladnim. Ovaj hladni kalem je ono što hladi topli vazduh koji se uduvava preko njega.
Gas zatim odlazi kroz kompresor, koji ga opet pretvara u tečnost, ali je čini toplom za vreme procesa, zato ide preko drugog kalema koji ga hladi u spoljnom vazduhu pre nego što je pošalje nazad da se proširi na prvom kalemu. Da pojednostavimo, elektricitet i topao vazduh ulaze unutra, a hladni vazduh napolje.
U STG sistemu ovaj proces radi u obrnutom smeru. Umesto da hladi kuću, sistem koristi sunce za zagrevanje tečnosti i pretvara je u vreli gas. Ovaj ekspandirani vrući gas pokreće generator i deo otpadne tople vode takođe se koristi za pravljenje tople vode.
To je u osnovi mehanička verzija električnog motora kako ga je opisao Majkl Faradej. Pokrenuti motor i on pravi struju. Dodavanje faze hlađenje, sistem ne samo da može da stvara energiju i toplu vodi, već takođe može i da hladi prostor podjedanko dobro.
Ključ za sve ovo je sistemov spiralni ekspander (scroll expander). Ovo je obrnuta verzija zajedničkog dela za klimatizaciju koji se zove spiralni kompresor (scroll compressor). Ova veza sa klimatizacionom tehnologijom nije slučajna. Tim je namerno odabrao da koristi delove za klimatizaciju kako bi smanjio troškove i učinio održavanje lakšim korišćenjem lako dostupnih delova.
Spiralni ekspander je napravljen od dva lista namotanog metala, jedan preko drugog kao dve rolne toalet papira. Unutrašnji je podešen da se okreće ekscentrično unutar drugog, slično namerno podešenom krivudavom točku. Kako se unutrašnji kalem okreće, on pritiska i odmačinje se od drugog kalema. Kada se koristi kao kompresor, ovo gura i pritiska gas u klima uređaju u sve manji i manji prostor sve dok ne stigne do centra kalema gde postaje tečnost.
Kada se koristi kao ekspander, vrela tečnost u centru odguruje unutrašnji kalem, obezbeđujući više prostora i dozvoljavajući da tečnost isparava i da se proširi kako putuje ka ivici kotura. Kako putuje, unutrašnji kalem se okreće i ovo okreće generator. U međuvremenu, gas se hladi kondezatorom, pre nego što se vrati preko oledala za ponovno zagrevanje i nastavak ciklusa.
U početku, STG sistem zahteva iskusnog majstora koji bi rukovao sa naponskim promenama, ali skorije verzije su za te potrebe uposlili kompjuterizovani sistem kontrole. Sada se sistem sam pokreće i jedino održavanje koje je potrebno jeste čišćenje ogledala svakih šest meseci.
Što se tiče budućnosti STG sistema, najnovija verzija je u procesu testiranja na Floridi, dok je klinika u Lesotu zatvorena zbog renoviranja tokom koga će sistem biti nadograđen. STG grupa planira da testira još pet jedinica u afričkim klinikama i školama. Međutim, pravi ključ uspeha sistema jeste da li će on raditi u lokalnim uslovima.
Danijel Kejmen (Daniel Kammen), profesor energetike na Univerzitetu Kalifornije u Berkliju, koji nije član projekta, je izjavio: "Postoji niz uzbudljivih termalnih tehnoloških opcija, što uključje, ali se i ne ograničava, na ove koje se testiraju od strane STG grupe. Sve imaju potencijal. Izazov nije u osnovnom hardveru, već u održivoj terenskoj upotrebi, ali pravi zaključak će se tek nametnuti po postavci i funkcionisanju ovih sistema na terenu, kojima bi trebalo da upravljaju lokalne zajednice."
Video ispod detaljnije objašnjava STG-ov solarni ORC sistem:
