太阳能光伏海水淡化系统不再需要额外的电池

工程师们建造了一个太阳能海水淡化系统，尽管全天的阳光变化，它也能产生大量的清洁水。因为它不需要额外的电池，所以与其他太阳能驱动设计相比，它提供了一种更实惠的饮用水生产方式。

麻省理工学院(MIT)的工程师们建造了一个新的海水淡化系统，该系统可以随着太阳的节奏运行

太阳能系统以密切跟踪太阳能变化的速度从水中去除盐分。随着白天阳光的增加，系统加快其脱盐过程并自动适应阳光的任何突然变化，例如，根据经过的云层调低或在天空晴朗时加速。

由于该系统可以对阳光的细微变化做出快速反应，因此它可以最大限度地利用太阳能，尽管全天阳光变化，但仍能产生大量清洁水。与其他太阳能驱动的海水淡化设计相比，MIT 系统不需要额外的电池来存储能量，也不需要补充电源，例如来自电网的电源。

工程师们在新墨西哥州的地下水井上测试了一个社区规模的原型机，测试了六个月，在各种天气条件和水型下工作。该系统平均利用系统太阳能电池板产生的超过94%的电能，尽管天气和可用阳光波动很大，但每天可生产多达5,000 升水。

“传统的海水淡化技术需要稳定的电力，并且需要电池存储来平滑太阳能等可变电源。通过与太阳同步不断改变电力消耗，我们的技术直接有效地利用太阳能来制造清洁水，“麻省理工学院机械工程Germeshausen教授兼K. Lisa Yang 全球工程与研究(GEAR)中心主任Amos Winter说。“能够在不需要电池存储的情况下使用可再生能源制造饮用水是一项巨大的挑战，我们已经做到了。”

该系统旨在淡化又苦又咸的地下水，一种存在于地下水库中的咸水源，比新鲜地下水资源更普遍。研究人员认为，微咸地下水是一个巨大的未开发的潜在饮用水来源，尤其是在世界部分地区淡水储量紧张的情况下。他们设想，新的可再生、无电池系统可以以低成本提供急需的饮用水，特别是对于海水和电网电力有限的内陆社区。

“实际上，大多数人口住在离海岸足够远的地方，海水淡化永远无法到达他们。因此，他们严重依赖地下水，尤其是在偏远的低收入地区。不幸的是，由于气候变化，这些地下水的盐度越来越高，“麻省理工学院机械工程博士生Jonathan Bessette说。“这项技术可以为世界各地偏远地区带来可持续、负担得起的清洁水。”

研究人员的报告在最近发表在《Nature Water》杂志上的一篇论文中详细介绍了这个新系统。该研究的合著者是Bessette、Winter和高级工程师 Shane Pratt。

泵和流量

新系统建立在以前的设计之上，Winter和他的同事，包括前麻省理工学院博士后Wei He，在今年早些时候报告了该设计，该系统旨在通过“灵活的分批电渗析”对水进行淡化。

电渗析和反渗透是用于淡化苦咸地下水的两种主要方法。在反渗透中，使用压力将盐水泵入膜并过滤掉盐分。电渗析使用电场吸出盐离子，因为水被泵送过一堆离子交换膜。

科学家们一直在寻求用可再生能源为这两种方法提供动力。但这对反渗透系统来说尤其具有挑战性，因为传统上，反渗透系统以稳定的功率水平运行，这与太阳等自然可变能源不兼容。

Winter、He和他们的同事专注于电渗析，寻找制造更灵活的“时变”系统的方法，该系统将响应可再生太阳能的变化。

在他们之前的设计中，该团队构建了一个由水泵、离子交换膜堆栈和太阳能电池板阵列组成的电渗析系统。该系统的创新之处在于基于模型的控制系统，该系统使用来自系统每个部分的传感器读数来预测将水泵入烟囱的最佳速率，以及应施加到烟囱的电压，以最大限度地提高从水中抽出的盐量。

当该团队在现场测试该系统时，它能够根据太阳的自然变化来改变其产水量。平均而言，该系统直接使用了太阳能电池板产生的可用电能的77%，该团队估计这比传统设计的太阳能电渗析系统高出 91%。尽管如此，研究人员认为他们可以做得更好。

“我们只能每三分钟计算一次，在那段时间里，一朵云真的可能会经过并挡住太阳，”Winter 说。“系统可能会说，'我需要以这么高功率运行。'但是，由于现在阳光减少，一些电量突然下降了。所以，我们不得不用额外的电池来补充这种电力。”

会议通知

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