隨著社會的進步，科技的發(fā)展，人們對能源的需求越來越大，而現(xiàn)有的能源有限，需要人們不斷發(fā)展新能源，而太陽能就是一個不錯的選擇，人們開始大力發(fā)展太陽能能發(fā)電。麻省理工學(xué)院的研究人員在中國開發(fā)的完全無源的太陽能淡化系統(tǒng)可以為每個平方米的太陽能集熱區(qū)每小時提供1.5加侖以上的新鮮飲用水。這樣的系統(tǒng)有可能服務(wù)于離網(wǎng)干旱的沿海地區(qū)，以提供有效，低成本的水源。
該系統(tǒng)使用多層平面太陽能蒸發(fā)器和冷凝器，并以垂直陣列排列，并在頂部放置透明的氣凝膠隔熱層。今天在《能源與環(huán)境科學(xué)》雜志上發(fā)表的一篇論文中對此進行了描述，該論文由麻省理工學(xué)院的博士生張佳男和趙琳，博士后徐振元，機械工程學(xué)教授，系主任Evelyn Wang以及麻省理工學(xué)院和上海交通大學(xué)的其他八位作者撰寫。中國的通大學(xué)。
系統(tǒng)效率的關(guān)鍵在于它使用多個階段中的每個階段來淡化水的方式。在每個階段，都利用而不是浪費前階段釋放的熱量。這樣，該團隊的演示設(shè)備在將太陽光的能量轉(zhuǎn)換為水蒸發(fā)的能量時可以達(dá)到385%的總體效率。
該設(shè)備本質(zhì)上是多層太陽能蒸餾器，具有一組用于蒸餾液體的蒸發(fā)和冷凝成分。它使用平板吸收熱量，然后將熱量轉(zhuǎn)移到一層水上，使其開始蒸發(fā)。然后，蒸氣在下一個面板上冷凝。收集了水，而蒸氣冷凝產(chǎn)生的熱量則傳遞到下一層。
每當(dāng)蒸氣凝結(jié)在表面上時，都會釋放出熱量。在典型的冷凝器系統(tǒng)中，熱量僅散失到環(huán)境中。但是在這種多層蒸發(fā)器中，釋放的熱量流向下一個蒸發(fā)層，從而回收了太陽熱并提高了整體效率。
王說：“冷凝水時，會釋放出熱量。” “如果您有多個舞臺，則可以利用這一熱量。”
添加更多的層可提高生產(chǎn)飲用水的轉(zhuǎn)化效率，但每一層也會增加系統(tǒng)的成本和體積。團隊確定了其概念驗證設(shè)備的10階段系統(tǒng)，該系統(tǒng)已在MIT建筑物屋頂上進行了測試。該系統(tǒng)以每平方米5.78升(每11平方英尺約1.52加侖)的速度收集超過城市飲用水標(biāo)準(zhǔn)的純凈水。王說，這是以前任何此類被動式太陽能淡化系統(tǒng)產(chǎn)生的記錄量的兩倍多。
從理論上講，通過更多的脫鹽階段和進一步的優(yōu)化，這樣的系統(tǒng)可以達(dá)到高達(dá)700%或800%的總體效率水平。
與某些脫鹽系統(tǒng)不同，沒有鹽或濃鹽水的積聚可供處理。根據(jù)研究人員的說法，在自由浮動的配置下，白天累積的任何鹽都將在晚上通過芯吸材料被帶回海水中。
他們的示范裝置主要由廉價，容易獲得的材料建造，例如商用黑色太陽能吸收器和用于吸水的毛細(xì)紙巾，以使水與太陽能吸收器接觸。Wang說，在其他大多數(shù)制造被動式太陽能淡化系統(tǒng)的嘗試中，太陽能吸收器材料和芯吸材料都是單一的組件，這需要專門且昂貴的材料。“我們已經(jīng)能夠?qū)烧叻蛛x。”
原型中最昂貴的組件是在堆棧頂部用作絕緣體的透明氣凝膠層，但研究小組建議可以使用其他較便宜的絕緣體作為替代方案。(氣凝膠本身由廉價的二氧化硅制成，但需要專門的干燥設(shè)備來制造。)
Wang強調(diào)，團隊的主要貢獻(xiàn)是了解如何優(yōu)化此類多級無源系統(tǒng)的框架，他們將其稱為熱局部多級脫鹽。他們開發(fā)的公式很可能適用于各種材料和設(shè)備架構(gòu)，從而可以根據(jù)不同的操作規(guī)模或當(dāng)?shù)貤l件和材料進一步優(yōu)化系統(tǒng)。
一種可能的配置是在諸如蓄水池之類的鹽水體上的浮板。只要每天有陽光，它們就可以通過管道不斷地和被動地向岸上輸送淡水?？梢栽O(shè)計其他系統(tǒng)來服務(wù)于單個家庭，也許可以在抽水或運入的大型淺水海水箱中使用平板顯示器。該團隊估計，一個太陽能收集面積約為1平方米的系統(tǒng)可以滿足要求。一個人的日常飲用水需求。在生產(chǎn)中，他們認(rèn)為構(gòu)建用于滿足家庭需求的系統(tǒng)的價格約為100美元。
研究人員計劃進行進一步的實驗，以繼續(xù)優(yōu)化材料和配置的選擇，并在實際條件下測試系統(tǒng)的耐用性。他們還將致力于將實驗室規(guī)模的設(shè)備的設(shè)計轉(zhuǎn)換為適合消費者使用的設(shè)備。希望它最終可以在減輕發(fā)展中國家部分地區(qū)的缺水中發(fā)揮作用，這些地區(qū)的可靠電力稀缺，但海水和陽光充足。
研究團隊包括上海交通大學(xué)的李邦軍，王晨曦和王如竹，以及麻省理工學(xué)院的Abdul Latif Jameel水系教授Bikram Bhatia，Kyle Wilke，Youngsup Song，Omar Labban和John Lienhard。該研究得到了中國國家自然科學(xué)基金會，新加坡-麻省理工學(xué)院研究與技術(shù)聯(lián)盟以及麻省理工學(xué)院塔塔技術(shù)與設(shè)計中心的支持。相信再過幾年到幾十年，當(dāng)人類利用太陽能的技術(shù)很成熟的時候，這樣就有了無窮盡的能源供給社會的使用，再當(dāng)下就需要研究者更加努力研究新技術(shù)。
下載文檔
