System odsalający wodę zasilany energią słoneczną nie wymaga dodatkowych akumulatorów

Ponieważ technologia ta nie wymaga kosztownego magazynowania energii na czas bez słońca, mogłaby ona dostarczać społecznościom wodę pitną po niskich kosztach.

Inżynierowie z MIT zbudowali nowy system odsalania wody, który działa zgodnie z rytmem słońca.

Zasilany energią słoneczną system usuwa sól z wody w tempie, które ściśle podąża za zmianami energii słonecznej. Wraz ze wzrostem nasłonecznienia w ciągu dnia, system przyspiesza proces odsalania i automatycznie dostosowuje się do wszelkich nagłych zmian w nasłonecznieniu, na przykład zmniejszając prędkość w odpowiedzi na przechodzącą chmurę lub przyspieszając, gdy niebo się rozjaśnia.

System może szybko reagować na subtelne zmiany nasłonecznienia, maksymalizuje on użyteczność energii słonecznej, produkując duże ilości czystej wody pomimo zmian nasłonecznienia w ciągu dnia. W przeciwieństwie do innych projektów odsalania napędzanych energią słoneczną, system MIT nie wymaga dodatkowych akumulatorów do magazynowania energii ani dodatkowego zasilania, takiego jak z sieci.

Inżynierowie przetestowali prototyp na skalę społeczności na studniach wód gruntowych w Nowym Meksyku w ciągu sześciu miesięcy, pracując w zmiennych warunkach pogodowych i przy różnych rodzajach wody. System wykorzystywał średnio ponad 94 procent energii elektrycznej generowanej z paneli słonecznych systemu do produkcji do 5000 litrów wody dziennie, pomimo dużych wahań pogody i dostępnego światła słonecznego.

Elektrodializa i odwrócona osmoza to dwie główne metody stosowane do odsalania słonawych wód gruntowych. W przypadku odwróconej osmozy, ciśnienie jest wykorzystywane do pompowania słonej wody przez membranę i odfiltrowywania soli. Elektrodializa wykorzystuje pole elektryczne do wyciągania jonów soli, gdy woda jest pompowana przez stos membran jonowo wymiennych.

Naukowcy starali się zasilać obie metody ze źródeł odnawialnych. Było to jednak szczególnie trudne w przypadku systemów odwróconej osmozy, które tradycyjnie działają na stałym poziomie mocy, co jest niezgodne z naturalnie zmiennymi źródłami energii, takimi jak słońce.

W swoim poprzednim projekcie zespół zbudował system elektrodializy składający się z pomp wodnych, membrany jonowymiennej i panelu słonecznego. Innowacją w tym systemie był system sterowania oparty na modelu, który wykorzystywał odczyty czujników z każdej części systemu, aby przewidzieć optymalną szybkość pompowania wody .

Kiedy zespół przetestował ten system w terenie, był on w stanie zmieniać produkcję wody w zależności od naturalnych zmian nasłonecznienia. Średnio, system bezpośrednio wykorzystywał 77 procent dostępnej energii elektrycznej wytwarzanej przez panele słoneczne, co zespół oszacował na 91 procent więcej niż tradycyjnie zaprojektowane systemy elektrodializy zasilane energią słoneczną. W swojej najnowszej pracy naukowcy starali się wyeliminować potrzebę stosowania baterii, skracając czas reakcji systemu do ułamka sekundy. Nowy system jest w stanie aktualizować szybkość odsalania od trzech do pięciu razy na sekundę. Krótszy czas reakcji umożliwia systemowi dostosowanie się do zmian światła słonecznego w ciągu dnia, bez konieczności nadrabiania opóźnień w zasilaniu za pomocą dodatkowych zasilaczy.
Kluczem do szybszego odsalania jest prostsza strategia sterowania, opracowana przez Bessette’a i Pratta. Nowa strategia polega na „sterowaniu prądem przepływem”, w którym system najpierw
wykrywa ilość energii słonecznej wytwarzanej przez panele słoneczne systemu. Jeśli panele generują więcej energii niż zużywa system, sterownik automatycznie „nakazuje” systemowi zwiększenie pompowania, przepychając więcej wody przez stosy elektrodializy. Jednocześnie system przekierowuje część dodatkowej energii słonecznej poprzez zwiększenie prądu elektrycznego dostarczanego do stosu, aby wypchnąć więcej soli z szybciej płynącej wody.

„Powiedzmy, że słońce wschodzi co kilka sekund” – wyjaśnia Winter. „Tak więc trzy razy na sekundę patrzymy na panele słoneczne i mówimy: „Och, mamy więcej mocy – zwiększmy nieco natężenie przepływu i natężenie prądu”. Kiedy spojrzymy ponownie i zobaczymy, że nadal jest więcej nadmiaru mocy, ponownie ją zwiększymy. W ten sposób jesteśmy w stanie dokładnie dopasować zużywaną moc do dostępnej energii słonecznej przez cały dzień. A im szybciej to zapętlamy, tym mniej buforowania baterii potrzebujemy”.

Inżynierowie włączyli nową strategię sterowania do w pełni zautomatyzowanego systemu, który
zaprojektowali do odsalania słonawej wody gruntowej w dziennej ilości wystarczającej do zaopatrzenia małej społeczności liczącej około 3000 osób. System działał przez sześć miesięcy na kilku studniach w Brackish Groundwater National Desalination Research Facility w Alamogordo w Nowym Meksyku.

Podczas testów prototyp działał w szerokim zakresie warunków słonecznych, wykorzystując średnio ponad 94 procent energii elektrycznej panelu słonecznego do bezpośredniego odsalania.

Inżynierowie planują dalsze testowanie i skalowanie systemu w nadziei na zaopatrywanie większych społeczności, a nawet całych gmin, w tanią, w pełni napędzaną słońcem wodę pitną.
Zespół zamierza uruchomić firmę opartą na swojej technologii w nadchodzących miesiącach.

źródło https://news.mit.edu/2024/solar-powered-desalination-system-requires-no-extra-batteries-1008