南乌拉尔国立大学(SUSU)的科学家已获得一种海水淡化装置的专利,该装置可用于利用低位热源蒸馏海水并净化地下水。印尼同行则提出了一种优化该装置运行的方法。
十多年来,俄罗斯和印尼科学家一直在太阳能领域开展联合研发,旨在提高光伏转换器(太阳能电池板或太阳能模块)的效率。
“太阳能光伏电池板的主要问题是,在正常运行期间,当它们暴露在阳光直射下时,其接收表面会急剧升温,同时向环境中释放所谓的废热(不可利用的热量),”南乌拉尔国立大学发电厂、网络和供电系统系教授叶夫根尼·索洛明解释道。 – 这对全球变暖有直接影响——这种废热的功率相当于模块整个电功率的 60-80%。此外,当加热到50-60摄氏度时,由于伏安特性曲线的下降,太阳能电池组件的效率会从18-22%降至3-10%。
三年前,南乌拉尔国立大学的科学家们在世界上首次提出了一种创新方法,将太阳能电池板接收表面的热量带走,用于加热,并随后将这些热量用于蒸馏海水和地下矿泉水。作为俄罗斯科学基金会支持项目的一部分,车里雅宾斯克的研究人员开发了一种用于低压海水的高速蒸馏器的实验模型,该蒸馏器利用太阳能电池组件接收表面的热量。最初,科学家们在蒸馏器的设计中使用了传统的蛇形热交换器,这种热交换器热损失很大。因此,必须使用可选的热泵加热源水才能进行后续蒸馏。
印度尼西亚科学家(印度尼西亚塞普卢赫·诺佩姆贝尔理工学院(ITS))对车里雅宾斯克同事的发展很感兴趣,他们能够改进热交换器本身的设计,提出了一种喷射式散热方案,取代了传统的“盘管”。这种方法将热流分成平行的喷射流。
因此,来自印度尼西亚的同事提出的带有喷射板反射器的新设计实现了双重效果:冷却光伏板并同时反射光线,从而优化了热交换器的能量吸收和传热。在俄罗斯项目团队的协调下,印度尼西亚的合作伙伴对系统性能进行了全面的分析,包括发电量以及详细的技术、经济和环境评估。
数值计算流体力学(CFD)建模的结果证实了实验结果。冷却后,太阳能组件的表面温度从64摄氏度降至30-48摄氏度(取决于运行模式),总效率从3-10%提高到6-17%。
提出的协作方法使光伏组件的使用寿命延长了2.5倍,发电量提高了3-5倍(在炎热气候的晴天条件下),同时还减少了向大气中的废热排放。这减少了对全球变暖的影响。此外,印尼同行提出的车里雅宾斯克科学家独特的海水淡化装置现代化设计方法,可以优化该装置对海水和地下水的蒸馏。
未来几年,车里雅宾斯克的开发人员计划推出一款利用低热能源运行的海水淡化装置的系列样品,这不仅使其能够投入批量生产,还将显著提高该装置大规模应用的可能性。