Аккумуляторная батарея Trojan T-875
Ученые разработали систему, которая собирает дождевую воду, стекающую с фотоэлектрических панелей, для использования в быту или для производства водорода. Их анализ показал, что в южной части Сахеля эта система может удовлетворить потребности в энергии и воде для электролиза, при этом избыток дождевой воды покрывает до 50% суточной потребности домохозяйства в воде.
Европейская группа исследователей предложила систему, которая собирает дождевую воду, стекающую с фотоэлектрических панелей, для бытовых нужд или производства водорода.
«Совместный сбор воды и энергии с помощью фотоэлектрических мини-сетей может повысить уровень водной безопасности за счёт увеличения количества воды, доступной для бытовых нужд или орошения сельскохозяйственных культур в засушливый сезон, — заявили исследователи. — Потенциал фотоэлектрических систем для одновременного обеспечения водой и энергией в Сахеле ещё не изучен».
Система сбора воды, разработанная командой, использует фотоэлектрические панели с фиксированным наклоном. Под каждой панелью расположен первичный желоб, в который стекает вода с панели. Затем она направляется во вторичную систему подачи воды, соединяющую фотоэлектрические панели с фильтрами и резервуарами для хранения воды.
Команда исследователей предположила, что потери воды в резервуаре на панели составят 1 мм, то есть дождевая вода, которая задерживается или испаряется с панели до того, как её можно будет собрать. Они также предположили, что коэффициент стока составит 0,9, то есть 90% воды, которая попадает на панель, собирается. Кроме того, они предположили, что потери при первом сбросе составят 3 мм, то есть первые несколько миллиметров воды, которые попадают на панель после засухи, загрязнены почвой и поэтому не могут быть использованы. Анализируемая территория состоит из двух областей — региона Сахель и собственно Сахеля.
Разработав систему, учёные рассчитали её потенциал по сбору воды и производству энергии в регионе Сахель в Африке. Они обнаружили, что такая система, полностью удовлетворяющая спрос на энергию, может обеспечить до 7% потребности домохозяйств в воде.
В регион Сахель входят части Мавритании, Сенегала, Гамбии, Гвинеи-Бисау, Гвинеи, Сьерра-Леоне, Мали, Алжира, Кот-д’Ивуара, Буркина-Фасо, Ганы, Того, Бенина, Нигера, Нигерии, Камеруна, Чада, Ливии, Центральноафриканской Республики, Судана, Эритреи, Эфиопии, Джибути и Сомали.
«Выбранный регион также охватывает части Саудовской Аравии, Йемена и Омана на востоке, которые не относятся к Сахелю. Кроме того, северная часть региона также включает засушливые районы пустыни Сахара, — пояснили в группе. — Собственно Сахель определяется здесь как территория в пределах контуров среднегодового количества осадков от 150 до 850 мм».
Основываясь на данных из соответствующих стран, исследователи рассмотрели домохозяйство из 6,9 человек, которое потребляет 136 литров воды в день и 4,5 кВт·ч электроэнергии. Чтобы удовлетворить потребности в электроэнергии в регионе Сахель, на засушливом Севере необходима площадь фотоэлектрических панелей 4,1 м², а на влажном Юге — около 6,0 м². Эта площадь затем используется в качестве коэффициента при расчёте количества воды, стекающей с панели в резервуар. Значения осадков и освещенности были взяты из баз данных о погоде.
«Чистый потенциал сбора дождевой воды был отрицательным в пустыне Сахара, где потери при перехвате и потребность в воде для очистки превышают количество осадков, — показали результаты. — Доля потребности в воде для бытовых нужд, которую потенциально может обеспечить дождевая вода, варьировалась от примерно 1% вдоль северной границы до примерно 7% вдоль южной границы. К югу от Сахеля доля превышает 20% из-за большего количества осадков и большей площади солнечных панелей».
Кроме того, группа подсчитала, что такие бытовые фотоэлектрические системы могут вырабатывать как электричество, так и дождевую воду для производства 1 кг водорода в день. Согласно их анализу, в южной части Сахеля система может удовлетворить потребности в энергии и воде для электролиза, при этом избыток дождевой воды покрывает до 50% суточной потребности домохозяйства в воде. Для регионов к югу от Сахеля, включая Нигерию, Буркина-Фасо, Бенин и северо-западную часть Эфиопии, были рассчитаны ещё более высокие показатели избытка — более 100% потребности домохозяйства в воде.
Их результаты были представлены в статье «Потенциал сбора дождевой воды с помощью фотоэлектрических систем в Сахеле», опубликованной в Water-Energy Nexus. В исследовании приняли участие учёные из нидерландской консалтинговой компании Acacia Water, Института водного образования IHE в Делфте и испанского центра водных технологий Cetaqua.