Membran tasarımındaki küçük değişikliklerin yeni bir membranın performansı üzerinde büyük etkisi olabilir. teknoloji Deniz suyunun tuzdan arındırılması için güneş pillerinden gelen atık ısıyı kullanan KAUST'ta geliştirildi. Güneş panelleri inanılmaz derecede ısınabilir; kurak bölgelerde çevredeki hava sıcaklığından 40 santigrat dereceden fazla daha sıcak olabilir. Bu koşullar, silikon fotovoltaik hücrelerin tipik olarak emilen güneş enerjisinin yalnızca dörtte birini elektriğe dönüştürürken geri kalanının hücreyi ısıtması nedeniyle ortaya çıkar. Aşırı çalışma sıcaklıkları hücrenin verimliliğini ve ömrünü azaltır.
2019 yılında Peng Wang ve ekibi, atık güneş pili ısısının su arıtma için kullanılabileceğini fark etti. Fotovoltaik panelin altına takılan ve deniz suyunu bir dizi katmanlı kanala çeken bir cihaz geliştirdiler. Güneş pili ısısıyla en üstteki kanalda buharlaşan su, gözenekli bir zardan geçerek yeniden damıtıldığı alt katmana geçer. Üç kat arıtmanın ardından saatte 1.6 litreye yakın oranlarda tatlı su üretiliyor.
Ancak ekip, suyla soğutmayla bile fotovoltaik panelin çalışma sıcaklığının inatla yüksek kaldığını buldu. Bunu düzeltmek için araştırmacılar Wenbin Wang ve Sara Aleid, kalınlık ve gözeneklilik gibi belirli membran parametreleri ile güneş pili sıcaklığı arasındaki ilişkiyi araştırmaya yönelik teorik bir modelin geliştirilmesine yardımcı oldular.
Wang, "Daha düşük bir güneş pili sıcaklığının gerçekleştirilmesi, çok kademeli cihazdaki hidrofobik membran yoluyla ısı transferinin düzenlenmesine bağlıdır" diye açıklıyor. "Membran parametrelerini basit bir şekilde modüle ederek, daha yüksek gözenekliliğe sahip daha ince bir hidrofobik membran kullanmanın, aynı anda daha yüksek tuzdan arındırma performansı ve daha düşük güneş pili sıcaklığı elde edilmesini mümkün kıldığını bulduk."
Bu sonuçları laboratuvardan gerçek dünya ortamlarına taşımak, ekibin enerji ihtiyaçlarını ve tuzdan arındırma ile ilgili atık yan ürünleri en aza indirmesini gerektirdi. İntravenöz hatlarda kullanılan infüzyon teknolojisinden ilham alan araştırmacılar, deniz suyunu harici pompalar olmadan güneş pili cihazına besleyen, yerçekimiyle çalışan bir sistem geliştirdiler. Ayrıca özel bir kumaş, katı tuzları ve mineralleri emerek zehirli sıvı tuzlu suyun salınmasını önler.
Wang, "Cihazımız deniz suyunu tuzdan arındırmayı ve şebekeden bağımsız topluluklara elektrik sağlamayı amaçladığından, kaynak suyunun akış hızını kontrol etmek için mekanik bir pompaya güvenmek iyi bir seçim değil" diye açıklıyor.
Güneşli KAUST kampüsündeki açık hava testleri de dahil olmak üzere deneyler, yeni membran tasarımının performansı artırdığını ortaya çıkardı. elektrik üretimi yüzde 8 artırırken aynı zamanda önceki tatlı su üretim oranlarını da iki katına çıkardı.