Những thay đổi nhỏ trong thiết kế màng có thể có tác động lớn đến hiệu suất của màng mới công nghệ được phát triển tại KAUST sử dụng nhiệt thải từ pin mặt trời để khử muối trong nước biển. Các tấm pin mặt trời có thể trở nên cực kỳ nóng - ấm hơn 40 độ C so với nhiệt độ không khí xung quanh ở những vùng khô cằn. Những điều kiện này phát sinh do tế bào quang điện silicon thường chỉ chuyển đổi XNUMX/XNUMX năng lượng mặt trời được hấp thụ thành điện năng trong khi phần còn lại làm nóng tế bào. Nhiệt độ hoạt động khắc nghiệt làm giảm hiệu quả và tuổi thọ của tế bào.
Vào năm 2019, Peng Wang và nhóm của ông nhận ra rằng nhiệt lượng từ pin mặt trời thải ra có thể được sử dụng để lọc nước. Họ đã phát triển một thiết bị gắn bên dưới một bảng quang điện và hút nước biển vào một loạt các kênh phân lớp. Nước bị hóa hơi ở kênh trên cùng bởi nhiệt năng của pin mặt trời sẽ đi qua một màng xốp xuống lớp dưới, nơi nó được chưng cất lại. Sau ba lớp lọc, nước ngọt được sản xuất với tốc độ gần 1.6 lít mỗi giờ.
Tuy nhiên, ngay cả khi làm mát bằng nước, nhóm nghiên cứu nhận thấy rằng nhiệt độ hoạt động của bảng quang điện của họ vẫn ở mức cao. Để khắc phục điều này, các nhà nghiên cứu Wenbin Wang và Sara Aleid đã giúp phát triển một mô hình lý thuyết để khám phá mối quan hệ giữa các thông số màng nhất định, chẳng hạn như độ dày và độ xốp, với độ nóng của pin mặt trời.
Wang giải thích: “Việc nhận ra nhiệt độ pin mặt trời thấp hơn phụ thuộc vào việc điều chỉnh sự truyền nhiệt qua màng kỵ nước trong thiết bị đa tầng. “Đơn giản bằng cách điều chỉnh các thông số màng, chúng tôi nhận thấy rằng việc sử dụng màng kỵ nước mỏng hơn với độ xốp cao hơn cho phép đạt được đồng thời hiệu suất khử muối cao hơn và nhiệt độ pin mặt trời thấp hơn”.
Đưa những kết quả này từ phòng thí nghiệm sang môi trường thực tế đòi hỏi nhóm nghiên cứu phải giảm thiểu nhu cầu năng lượng và các sản phẩm phụ lãng phí liên quan đến quá trình khử muối. Lấy cảm hứng từ công nghệ truyền dịch được sử dụng trong các đường truyền tĩnh mạch, các nhà nghiên cứu đã phát triển một hệ thống điều khiển bằng trọng lực cung cấp nước biển vào thiết bị pin mặt trời mà không cần máy bơm bên ngoài. Ngoài ra, một loại vải đặc biệt sẽ loại bỏ muối rắn và khoáng chất, tránh giải phóng nước muối lỏng độc hại.
Wang giải thích: “Vì thiết bị của chúng tôi nhằm mục đích khử muối trong nước biển và cung cấp điện cho các cộng đồng không có lưới điện nên việc dựa vào một máy bơm cơ học để kiểm soát tốc độ dòng chảy của nước nguồn không phải là một lựa chọn tốt.
Các thử nghiệm, bao gồm cả các thử nghiệm ngoài trời trong khuôn viên KAUST đầy nắng, cho thấy rằng thiết kế màng mới đã thúc đẩy điện thế hệ 8 phần trăm trong khi cũng tăng gấp đôi tỷ lệ tạo nước ngọt trước đây.