膜設計の小さな変更が、新しい膜の性能に大きな影響を与える可能性があります。 テクノロジー KAUST で開発され、太陽電池からの廃熱を海水淡水化に利用します。 ソーラーパネルは信じられないほど高温になる場合があり、乾燥地域では周囲の気温よりも摂氏 40 度以上高くなります。 このような状況は、シリコン太陽電池が通常、吸収した太陽エネルギーの XNUMX 分の XNUMX のみを電気に変換し、残りが電池を加熱するために発生します。 極端な動作温度はセルの効率と寿命を縮めます。
2019年、Peng Wangと彼のチームは、太陽電池の廃熱を浄水に使用できることに気づきました。 彼らは、太陽光発電パネルの下に取り付け、海水を一連の層状チャネルに引き込む装置を開発しました。 太陽電池の熱によって最上部のチャネルで気化した水は、多孔質膜を通過して下層に到達し、そこで再蒸留されます。 1.6層の浄化の後、淡水はXNUMX時間あたりXNUMXリットルに近い速度で生成されます。
しかし、水冷を使用しても、チームは太陽光発電パネルの動作温度が頑固に高いままであることを発見しました。 これを改善するために、研究者のWenbinWangとSaraAleidは、厚さや多孔性などの特定の膜パラメータと太陽電池の高温との関係を調査するための理論モデルの開発を支援しました。
「より低い太陽電池温度を実現するには、多段装置の疎水性膜を介した熱伝達を調整する必要があります」とWang氏は説明します。 「膜パラメーターを調整するだけで、多孔性の高いより薄い疎水性膜を利用することで、より高い脱塩性能とより低い太陽電池温度を同時に達成できることがわかりました。」
実験室から実際の環境にこれらの結果を取り入れるために、チームは脱塩に関連するエネルギー需要と廃棄物副産物を最小限に抑える必要がありました。 研究者たちは、静脈ラインで使用されている注入技術から着想を得て、外部ポンプなしで太陽電池デバイスに海水を供給する重力駆動システムを開発しました。 さらに、特殊な生地が固形の塩やミネラルを逃がし、有毒な液体ブラインの放出を防ぎます。
「私たちのデバイスは海水を淡水化し、オフグリッドコミュニティに電力を供給することを目的としているため、原水の流量を制御するために機械式ポンプに依存することは良い選択ではありません」とWang氏は説明します。
日当たりの良いKAUSTキャンパスでの屋外テストを含む実験により、新しい膜の設計が後押しされたことが明らかになりました 電気 以前の淡水生成率を8倍にしながら、生成量をXNUMX％増やします。