Устройство для термической дистилляции с питанием от фотоэлементов, самоочищающееся и охлаждающее
Аккумулятор Challenger A12-120
Венгерские учёные создали прототип устройства для термической дистилляции, работающего от фотоэлектрических элементов. В фотоэлектрических панелях используется компонент Интернета вещей, который самоочищается при обнаружении пыли и охлаждается при слишком высокой температуре. Система обеспечивает ежедневную выработку пресной воды в количестве 6,1 л/м2⋅день.
Экспериментальная система с расширенным фоном
Исследовательская группа из Венгерского университета сельского хозяйства и естественных наук разработала новое устройство для дистилляции термальной воды с вспомогательными системами, работающими от фотоэлектрических элементов. С помощью компонента Интернета вещей (IoT) система самоочищается и охлаждает фотоэлектрическую систему для достижения оптимальных результатов. В рамках IoT система использует стратегии профилактического обслуживания и обслуживания в режиме реального времени.
«В этом исследовании предлагается новая система охлаждения и очистки на основе Интернета вещей, разработанная специально для фотоэлектрических модулей, интегрированных с цилиндро-параболическим коллектором. Система использует обратную связь на основе датчиков для мониторинга температуры, уровня запылённости и интенсивности солнечного излучения в режиме реального времени, запуская механизмы очистки и водяного охлаждения для поддержания оптимальной производительности фотоэлектрических модулей, — сообщила команда. — Экспериментальная установка демонстрирует, что автоматизированные процессы значительно снижают температуру модулей и уровень запылённости поверхности, что приводит к повышению электрической мощности и эффективности работы».
Прежде чем приступить к созданию экспериментальной установки, исследовательская группа смоделировала её с помощью математической модели. Они реализовали механическую конструкцию системы в SOLIDWORKS, а для электроники использовали Proteus. В модели были интегрированы фотоэлектрические панели, аккумуляторные батареи, водяной насос и установка для термической дистилляции с составным параболическим концентратором (CPC). Также в модели были предусмотрены двигатель с щёткой для очистки и вентиляторы, которые выполняли функцию обдува.
Система управляется микроконтроллером ESP32, который обеспечивает работу в режиме реального времени в зависимости от условий окружающей среды. Сначала система настраивается таким образом, чтобы проверить, работает ли фотоэлектрический модуль в нормальных условиях. Если измеренное напряжение ниже 15 В, система проверяет интенсивность освещения. Если интенсивность освещения ниже 400 люкс, проблема определяется как недостаток солнечного света, и команда не выдается. Однако если интенсивность солнечного света превышает этот порог, проблема может быть связана с пылью или перегревом. Если температура панели ниже 30 °C, система определяет, что проблема в пыли, и запускает щётку. Однако если температура выше 30 °C, система определяет, что проблема в перегреве, и запускает вентиляторы.
Следуя проекту, учёные создали экспериментальную установку с фотоэлектрическим модулем, который вырабатывает 47,2 Вт при пиковой интенсивности излучения. Затем система была протестирована в типичные весенние, летние, осенние и зимние дни в Гёдёллё, на севере Венгрии. Прогностический компонент системы показал коэффициент детерминации (R2) 97,5–98,8 %, среднюю абсолютную процентную ошибку (MAPE) 7–13 % и среднеквадратичную ошибку (RMSE) 36–42 Вт/м2.
«Разработанный портативный прототип CPC обеспечил суточную выработку пресной воды в объёме 6,1 л/м2⋅день, что почти на 70 % превышает среднюю производительность обычных солнечных опреснительных установок. Система также продемонстрировала тепловой КПД в 58 % и общий КПД использования CPC-PV в 63 %, что превышает типичный диапазон производительности стационарных опреснительных установок CPC, описанных в литературе», — говорится в результатах исследования.
«Благодаря интеллектуальным реакциям на очистку и охлаждение, запускаемым датчиками в режиме реального времени, полевые эксперименты подтвердили повышение улавливания радиации на 8–15 % (например, с 950 Вт/м2 до 850 Вт/м2 летом) и увеличение суточной выработки энергии на 12 % при сохранении сезонных колебаний эффективности на уровне ниже 5 %», — добавила команда. «Анализ сезонных показателей эффективности показал преимущества в течение всего года: увеличение улавливания радиации составило от 7 % весной до 10 % зимой».