Новая система солнечного пассивного опреснения воды достигла сверхвысокого уровня эффективности использования солнечного тепла. Установка для получения чистой питьевой воды из морской или солончаковой воды способна опреснить более 5,78 л в час на каждый квадратный метр площади специальных солнечных панелей
В системе, разработанной в Массачусетском технологическом институте (MIT), США, и Шанхайском университете Цзяо Тонг в Китае используются несколько слоев плоских солнечных испарителей и конденсаторов, выстроенных вертикально, покрытых прозрачной теплоизоляцией из аэрогеля.
Секрет эффективности системы состоит в том, как именно использовать тепло для опреснения воды на каждом из этапов. Выделяемое на предыдущем этапе тепло используется на каждом последующем, вместо того, чтобы тратиться впустую. Установка продемонстрировала общую эффективность 385% преобразования энергии солнечного света в энергию для испарения воды.
Устройство представляет собой многослойную солнечную систему с набором испарителей и конденсоров. Сначала свет попадает на плоские панели для поглощения тепла, а затем это тепло передается слою воды, которая начинает испаряться. Пар затем конденсируется на следующей панели. Конденсат воды собирается, а тепло от конденсации пара передается следующему слою.
Всякий раз, когда пар конденсируется на поверхности, он выделяет тепло (из-за т.н. скрытой теплоты парообразования / конденсации). В обычных опреснителях это тепло просто рассеивается в окружающую среду. Но в данном многослойном испарителе выделяемое тепло поступает в следующий слой испарения, т. е. солнечное тепло рекуперируется и используется на следующей стадии, повышая общую эффективность опреснения.
Добавление большего количества слоев увеличивает эффективность и производительность преобразования для производства питьевой воды, но каждый слой также увеличивает стоимость и объем системы. Исследователи остановились на 10-ступенчатой конфигурации опреснителя, который был протестирован на крыше здания MIT. Система вырабатывала чистую воду, которая превышала по качеству стандарты питьевой воды из городского водопровода с относительной производительностью 5,78 л/м2 площади сбора солнечной энергии. Как заявляют исследователи, это более чем в два раза превышает рекорд любой подобной пассивной системы опреснения на солнечной энергии. Теоретически, с увеличением количества стадий опреснения и некоторой оптимизацией процесса, такие системы могут достичь общего уровня эффективности до 700-800%. Установка была построена в основном из недорогих, легко доступных материалов. Поскольку каждый из этапов опреснения не выпаривает соленую воду насухо, то установка не требует очистки от накипи и отложений соли – соленая вода сливается обратно в водоем, откуда и была взята ранее.
Самый дорогой компонент прототипа – слой прозрачного аэрогеля из кремнезема для теплоизоляции в верхней части «пирога» из панелей, пока продолжаеться поиск других, менее дорогих прозрачных изоляторов.
Главной сложностью разработки был вопрос по оптимизации многоступенчатых пассивных систем. Разработанные исследователями методики математического моделирования и алгоритмы оптимизации, могут быть применены к другим многоступенчатым системам из различных материалов и структурой.
Одной из возможных конфигураций могут быть плавающие панели на массиве соленой или непригодной для питья воды, таких как лиман или водохранилище. Если светит солнце, то они могут постоянно вырабатывать и каждый день по трубам доставлять пресную воду на берег. Другие системы могут быть спроектированы для обслуживания одного домохозяйства с использованием плоской панели на большом неглубоком резервуаре засоленной воды, которая туда предварительно закачивается.
По оценкам, производительность системы опреснения с площадью солнечного сбора примерно 1 м2 соответствует суточной потребности в питьевой воде для одного человека. Расчеты показывают, что при серийном производстве система для удовлетворения потребностей семьи в 5 человек в чистой питьевой воде может обойтись примерно $100.
Таким образом, новые многостадийные автономные опреснители, работающие на возобновляемой энергии солнца и эффективно использующие скрытую теплоту конденсации, демонстрируют общее влияние на удешевление получения чистой питьевой воды и могут стать альтернативой системам очистки воды.
Більше важливих статей і новин в Telegram-каналі та корисні відео на Youtube-каналі та у TikTok. Долучайтесь!
Переглянуто: 3 907
