Інженери Rice розробили резонансну енергосистему для більш ефективного сонячного десалювання
Інновації у сфері опріснення на сонячній енергії від дослідників Rice University
Вчені з Rice University презентували новаторську технологію опріснення, призначену для підвищення ефективності та адаптивності сонячного очищення води. Нова система, описана у дослідженні, опублікованому в Nature Water, використовує підхід резонансного переносу енергії, що долає проблему переривчатості сонячного світла, яка зазвичай є обмеженням у традиційних системах сонячного опріснення. Відмінністю системи Solar Thermal Resonant Energy Exchange Desalination (STREED) від традиційних є відсутність тендітних фільтраційних мембран і централізованої інфраструктури завдяки простому дизайну без мембран. Цей інноваційний підхід захоплює і повторно використовує теплову енергію у самопідтримуючомуся циклі, що дозволяє безперервно виробляти прісну воду навіть при переривчастій наявності сонячного освітлення.
Система STREED працює шляхом налаштування швидкості потоку нагрітої солоної води та повітря для створення резонансного теплового обміну, аналогічно до того, як енергія коливається між магнітними та електричними полями в електричному колі. Цей метод дозволяє системі ефективно відновлювати та передавати тепло, суттєво знижуючи втрати енергії та вимоги до обслуговування.
“Нашою ключовою інновацією є використання інсайтів з електротехніки та фізики осциляторів для коригування внутрішніх швидкостей потоку системи у відповідності до зміни сили сонця протягом дня,” – сказав William Schmid, докторант електротехніки та комп’ютерної інженерії у Rice та стипендіат National Science Foundation. “Цей світлозалежний контроль потоку раніше не застосовувався.”
Aleida Machorro-Ortiz, студентка аспірантури програми “Прикладна фізика” у Rice та співавторка дослідження, підкреслила довговічність системи: “Система працює безперебійно з мінімальними вимогами до обслуговування цілодобово”. Прототип, протестований у Сан-Маркосі, Техас, видавав до 0.75 літра питної води на годину та продемонстрував на 77% більшу ефективність відновлення води порівняно з традиційними системами, при різних профілях сонячної інтенсивності з різних регіонів США. Така продуктивність свідчить про те, що система може досягати високої енергоефективності без необхідності в пікових сонячних умовах, що робить її придатною для використання в широкому спектрі кліматичних умов.
Ще однією з переваг даної системи є її простота. Замість використання мембран, система STREED застосовує єдиний нагрітий канал з солоною водою, поєднаний з сусіднім каналом повітря, який захоплює випаровувану водяну пару. Ця пара потім конденсується у теплообміннику, відокремлюючи чисту воду від забруднювачів без ризику забруднення мембрани.
“Ми свідомо використовували довговічні, низькообслуговувані матеріали, щоб зробити систему легко масштабованою та доступною,” – сказав Alessandro Alabastri, доцент
