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新的效率水平,太陽能淡化水系統

新的效率水平,太陽能淡化水系統

麻省理工學院和中國的研究人員開發了一種完全被動式太陽能淡化系統,每平方米太陽能收集面積每小時可提供1.5加侖以上的新鮮飲用水。這樣的系統有可能為離網乾旱的沿海地區提供高效、低成本的水源。該系統使用多層平板太陽能蒸發器和冷凝器,排列成垂直陣列,頂部是透明的氣凝膠絕緣材料。

該系統效率的關鍵在於它如何利用每個階段的海水淡化。在每個階段,前一階段釋放的熱量被利用而不是浪費。通過這種方式,該團隊的演示裝置可以將陽光的能量轉化為水蒸發的能量,整體效率達到385%。該設備本質上是一個多層太陽能蒸餾器,有一組蒸發和冷凝組件,就像那些用來蒸餾酒的組件一樣。它使用平板來吸收熱量,然後把熱量轉移到一層水裡,這樣它就開始蒸發了。然後蒸汽在下一個面板上凝結。水被收集起來,而蒸汽凝結的熱量被傳遞到下一層。

當蒸汽在表面凝結時,它就釋放熱量;在典型的冷凝器系統中,熱量只是簡單地流失到環境中。但是在這個多層蒸發器中,釋放的熱量會流向下一層蒸發器,循環利用太陽能,提高整體效率。增加更多的層增加了生產飲用水的轉換效率,但是每一層也增加了系統的成本和體積。該團隊為他們的概念驗證裝置確定了一個10級系統,並在麻省理工學院的屋頂上進行了測試。該系統輸送的純凈水超過了該市的飲用水標準,太陽能收集面積為每平方米5.78升(約每11平方英尺1.52加侖)。

與一些脫鹽系統不同,它不需要處理大量的鹽或高濃度的滷水。根據研究人員的說法,在一個自由漂浮的結構中,任何在白天積累的鹽在晚上會通過燈芯材料被帶回到海水中。他們的示範裝置主要是由便宜的、現成的材料建造的,比如一個商用的黑色太陽能吸收器和用於毛細管燈芯的紙巾,使水與太陽能吸收器接觸。原型機最昂貴的部件是一層透明的氣凝膠,它被用作絕緣體,但研究小組建議可以用其他更便宜的絕緣體作為替代。(氣凝膠本身由非常便宜的二氧化硅製成,但需要專門的乾燥設備才能製造。)

該研究關鍵貢獻是一個框架,以了解如何優化這種多級被動系統,他們稱之為熱本地化多級脫鹽。他們開發的公式可能適用於各種材料和設備架構,允許根據不同的操作規模或當地條件和材料進一步優化系統。一種可能的配置方式是將面板漂浮在諸如蓄水池之類的鹹水水體上。只要每天陽光普照,這些管道可以不斷地、被動地將淡水通過管道輸送到岸邊。其他的系統可以設計為一個單一的家庭,也許使用一個大的淺水池的平板海水泵送或攜帶。該團隊估計,一個大約1平方米的太陽能收集區域可以滿足一個人每天的飲用水需求。在生產中,他們認為一個滿足家庭需要的系統可能只需要100美元。

研究人員計划進行進一步的實驗,以繼續優化材料和配置的選擇,並測試該系統在現實條件下的耐久性。他們還將致力於將實驗室規模設備的設計轉化為適合消費者使用的產品。人們希望它最終能在緩解發展中國家部分地區的缺水問題上發揮作用,這些地區可靠的電力稀缺,但海水和陽光充足。

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