Ключевые выводы
- Ученые разработали автономную систему, которая использует обычные солнечные батареи для производства электричества и воды.
- В системе используется специальный гидрогель, способный собирать водяной пар из атмосферы.
-
Вода используется для полива растений и охлаждения панели, тем самым повышая их эффективность.
Солнечные панели предлагают прекрасный вариант для производства зеленой энергии, и исследователи теперь нашли способ сделать их еще более полезными.
Команда ученых создала автономную систему на солнечной энергии, которая не только использует солнечные панели для выработки энергии, но и использует избыточное тепло для производства воды из воздуха.
«Повышение эффективности солнечных электростанций - это необходимость часа», - сказал Lifewire через LinkedIn Сунил Майсор, основатель и генеральный директор стартапа Hinren Engineering, специализирующегося на альтернативной энергии и водосбережении. «Это будет знаковое изобретение в фотоэлектрической промышленности, которое будет иметь большое значение для обеспечения устойчивости цикла вода-энергия-питание».
Водные виды спорта
Под руководством Пэн Вана, профессора наук об окружающей среде и инженерии в Университете науки и технологий имени короля Абдуллы (KAUST), Саудовская Аравия, ученые разместили обычные солнечные панели поверх специального гидрогеля, который может собирать водяной пар из воздуха. Когда избыточное тепло от панелей попадает на гель, он выпускает пар в коробку, где затем конденсируется в капли воды.
Чтобы проверить концепцию, исследователи построили прототип своей системы и протестировали ее в трех тестах в разное время года. За две недели самого жаркого времени года система произвела из воздуха 1519 ватт-часов электроэнергии и около двух литров воды. Эти два литра были использованы для полива 60 семян водного шпината, посаженных в пластиковый ящик, и исследователи отметили, что 57 из них проросли и росли нормально..
В своем заявлении Ван отметил, что ученые хотят использовать систему для дешевого обеспечения энергией и водой, чтобы помочь миллионам людей, живущих вне сети, особенно в отдаленных и особенно районах с засушливым климатом.
Это достойная цель, учитывая, что, по оценкам Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), более двух миллиардов человек не имеют доступа к безопасным услугам питьевой воды. Фактически, в отчете Our World In Data за 2019 год было обнаружено, что негигиеничная вода ежегодно приводит к более чем миллиону смертей.
«Наша цель - создать интегрированную систему экологически чистой энергии, воды и производства продуктов питания, особенно часть нашего проекта, связанную с созданием воды, которая отличает нас от современной агрофотоэлектрической энергии», - отметил Ван.
Меньше отходов
Помимо использования тепла для улавливания атмосферной воды, ученые отмечают, что гидрогель также помогает повысить эффективность солнечных батарей.
По словам Майсура, менее 20 процентов энергии, попадающей на солнечную панель, превращается в электричество. Остальное превращается в тепло, в результате чего панели становятся еще менее эффективными.
Система Вана помогает решить эту проблему, работая в двух режимах. В режиме охлаждения гидрогель постоянно подвергается воздействию атмосферного воздуха. За ночь он собирает молекулы воды, которые, нагреваясь в течение дня, испаряются и забирают лишнее тепло из панели, снижая их температуру.
«Это то, как человеческое тело снижает температуру за счет потоотделения», - говорит Ван. В режиме охлаждения вода не собирается, но, по мнению исследователей, он может помочь увеличить электрическую мощность солнечной панели примерно на 10 процентов.
Джордан Макник, ведущий аналитик по энергетике, воде и земле в Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL), сообщил Lifewire по электронной почте, что исследование Вана может обеспечить значимое решение для одновременного решения проблем с доступом к энергии, воде и продовольствию в районах мира, где отсутствует инфраструктура.
«Однако по-прежнему существуют проблемы, связанные с требованиями к землепользованию для этих технологий в контексте того, сколько воды они могут производить в данной области, что может ограничить их потенциал в расширении масштабов для более крупных приложений», - заметили. Макник.
Чтобы превратить экспериментальную конструкцию в реальный продукт, команда планирует создать более совершенный гидрогель, способный поглощать больше воды из воздуха, прежде чем использовать систему в реальных условиях.
«Обеспечение того, чтобы каждый человек на Земле имел доступ к чистой воде и доступной чистой энергии, является частью Целей устойчивого развития, установленных Организацией Объединенных Наций», - отметил Ван. «Я надеюсь, что наш проект может быть децентрализованной системой электропитания и водоснабжения для освещения домов и полива сельскохозяйственных культур».
