멤브레인 설계의 작은 변화가 새로운 제품의 성능에 큰 영향을 미칠 수 있습니다. technology 해수 담수화를 위해 태양전지의 폐열을 활용하는 KAUST에서 개발되었습니다. 태양광 패널은 엄청나게 뜨거워질 수 있습니다. 건조한 지역의 주변 기온보다 섭씨 40도 이상 더 따뜻합니다. 이러한 조건은 실리콘 광전지가 일반적으로 흡수된 태양 에너지의 XNUMX/XNUMX만 전기로 변환하고 나머지는 전지를 가열하기 때문에 발생합니다. 극한의 작동 온도는 셀의 효율성과 수명을 감소시킵니다.
2019년 Peng Wang과 그의 팀은 폐 태양전지 열이 정수에 사용될 수 있음을 깨달았습니다. 그들은 광전지 패널 아래에 부착하고 해수를 일련의 층으로 된 채널로 끌어들이는 장치를 개발했습니다. 태양 전지 열에 의해 최상층 채널에서 기화된 물은 다공성 막을 통과하여 하부 층으로 이동하여 재증류됩니다. 1.6단계의 정화 후 담수는 시간당 XNUMX리터에 가까운 속도로 생산됩니다.
그러나 수냉식에도 불구하고 팀은 광전지 패널의 작동 온도가 완고하게 높게 유지된다는 것을 발견했습니다. 이 문제를 해결하기 위해 연구원인 Wenbin Wang과 Sara Aleid는 두께 및 다공성과 같은 특정 멤브레인 매개변수와 태양 전지 온도 간의 관계를 탐구하는 이론적 모델을 개발하는 데 도움을 주었습니다.
"낮은 태양 전지 온도를 실현하는 것은 다단계 장치에서 소수성 막을 통한 열 전달 조절에 달려 있습니다."라고 Wang은 설명합니다. "단순히 멤브레인 매개변수를 조정함으로써 더 높은 다공성을 가진 더 얇은 소수성 멤브레인을 사용하면 더 높은 담수화 성능과 더 낮은 태양 전지 온도를 동시에 달성할 수 있음을 발견했습니다."
이러한 결과를 실험실에서 실제 환경으로 가져오기 위해 팀은 담수화와 관련된 에너지 요구량과 폐기물 부산물을 최소화해야 했습니다. 정맥 주사에 사용되는 주입 기술에서 영감을 받아 연구자들은 외부 펌프 없이 해수를 태양 전지 장치에 공급하는 중력 구동 시스템을 개발했습니다. 또한 특수 직물이 고체 염분과 미네랄을 흡수하여 독성 액체 염수의 방출을 방지합니다.
"우리 장치는 해수를 담수화하고 전력망 외부에 전기를 공급하는 것을 목표로 하기 때문에 기계식 펌프에 의존하여 원수의 유량을 제어하는 것은 좋은 선택이 아닙니다."라고 Wang은 설명합니다.
햇볕이 잘 드는 KAUST 캠퍼스에서의 야외 테스트를 포함한 실험에서 새로운 멤브레인 디자인이 전기 담수 생성 속도를 두 배로 늘리는 동시에 8%까지 생성합니다.