Pequeños cambios en el diseño de la membrana pueden tener un gran impacto en el rendimiento de una nueva tecnología desarrollada en la KAUST que usa el calor residual de las células solares para la desalinización del agua de mar.
Los paneles solares pueden calentarse increíblemente, más de 40ºC más que la temperatura del aire circundante en las regiones áridas.
Estas condiciones se dan porque las células fotovoltaicas de silicio suelen convertir en electricidad sólo una cuarta parte de la energía solar absorbida, mientras que el resto calienta la célula. Las temperaturas de funcionamiento extremas reducen la eficiencia y la vida útil de la célula.
En 2019, Peng Wang y su equipo se dieron cuenta de que el calor residual de las células solares podía usarse para purificar el agua.
Desarrollaron un dispositivo que se adhiere debajo de un panel fotovoltaico y que arrastra el agua de mar hacia una serie de canales en capas. El agua vaporizada en el canal superior por el calor de las células solares pasa a través de una membrana porosa a una capa inferior, donde se vuelve a destilar. Tras tres capas de purificación, se produce agua dulce a un ritmo cercano a los 1,6 litros por hora.
Sin embargo, incluso con la refrigeración por agua, el equipo descubrió que la temperatura de funcionamiento de su panel fotovoltaico seguía siendo muy alta. Para remediarlo, los investigadores Wenbin Wang y Sara Aleid ayudaron a desarrollar un modelo teórico para explorar la relación entre ciertos parámetros de la membrana, como el grosor y la porosidad, con el calentamiento de la célula solar.
Conseguir una temperatura más baja de la célula solar depende de la regulación de la transferencia de calor a través de la membrana hidrofóbica en el dispositivo multietapa. Simplemente modulando los parámetros de la membrana, descubrimos que la utilización de una membrana hidrofóbica más fina y con mayor porosidad permite lograr simultáneamente un mayor rendimiento de desalinización y una menor temperatura de la célula solar.
Peng Wang.
Para trasladar estos resultados del laboratorio al mundo real, el equipo tuvo que minimizar las necesidades energéticas y los subproductos de desecho asociados a la desalinización. Inspirándose en la tecnología de infusión utilizada en las líneas intravenosas, los investigadores desarrollaron un sistema por gravedad que introduce el agua de mar en el dispositivo de células solares sin necesidad de bombas externas. Además, un tejido especial absorbe las sales sólidas y los minerales, evitando la liberación de salmuera líquida tóxica.
Como nuestro dispositivo pretende desalinizar el agua de mar y suministrar electricidad a las comunidades sin red, depender de una bomba mecánica para controlar el caudal del agua de origen no es una buena opción.
Peng Wang.
Los experimentos, que incluyeron pruebas al aire libre en el soleado campus de la KAUST, revelaron que el nuevo diseño de la membrana aumentaba la generación de electricidad en un 8%, al tiempo que duplicaba los índices anteriores de generación de agua dulce.
Más información: www.sciencedirect.com
Vía kaust.edu.sa
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