Kaip išvalyti dulkes nuo saulės kolektorių (be viso vandens)

Kaip išvalyti dulkes nuo saulės kolektorių (be viso vandens)

Saulės kolektorių valymui sunaudojama daug daugiau vandens, nei jūs manote – nebent buvote teisūs, galvodami apie 10 milijardų galonų vandens per metus.

Toks vandens kiekis yra beveik neįtikėtinas, sako mechanikos inžinerijos profesorius Kripa Varanasi, kuris kartu su absolventu Sreedath Panath ir Masačusetso technologijos instituto komanda nori sukurti būdą be vandens nuvalyti dulkes nuo fotovoltinių plokščių.

„Saulės energijos pramonės vandens pėdsakas yra neįtikėtinas“, – sakė Varanasi neseniai paskelbtame MIT pranešime , ir jis didės, nes šie įrenginiai toliau plečiasi visame pasaulyje. „Taigi, pramonė turi būti labai atsargi ir apgalvota, kaip tai padaryti tvariu sprendimu.

Dėl paprastų komponentų – metalinio strypo „elektrodo“, kreipiamojo bėgelio ir elektros variklio – MIT sukurta tvari sistema leidžia dulkių dalelėms atsiskirti ir praktiškai nušokti nuo plokštės paviršiaus, nereikia vandens ar šepečių.

Laimėjimas, aprašytas praėjusią savaitę žurnale Mokslo pažanga, remiasi procesu, vadinamu elektrostatiniu atstūmimu arba kuloninėmis jėgomis.

Norėdami suaktyvinti sistemą, paprastas elektrodas (tas metalinis strypas) praeina tiesiai virš saulės baterijos paviršiaus ir įkrauna dulkių daleles, kurios vėliau atstumiamos įkrovimu, nukreiptu į patį skydelį. Sistema gali būti valdoma automatiškai, naudojant elektros variklį ir kreipiamuosius bėgius išilgai skydo šonų.

Plokštėje taip pat yra skaidrus, nanometrų storio laidus sluoksnis, nusodintas ant stiklo. Skaičiuodami reikiamą įtampą, kurią reikia pritaikyti skydui, mokslininkai nustatė, kad įkrova yra pakankama, kad įveiktų gravitacijos ir sukibimo jėgas bei pašalintų dulkes.

Panašios elektrostatinės dulkių šalinimo idėjos buvo išbandytos NASA marsaeigiuose, tačiau Žemės dykumose, kuriose yra daug saulės baterijų, yra natūralus elementas, kurio Marse yra daug mažiau: drėgmė.

Pasirodo, drėgmė yra esminis MIT pagaminto prototipo veiksnys.

Varanasis ir MIT tyrėjai išbandė savo sąranką įvairiose drėgmėse. Remiantis eksperimentais, visas dulkes galima pašalinti, kai aplinkos drėgmė yra didesnė nei 30 procentų. Sumažėjus oro drėgmei šiuo metodu dulkes pašalinti sunkiau.

Vis dėlto yra gerų naujienų, sako Varanasi.

„Dauguma dykumų yra šiame diapazone, todėl tai puiku“, – sakė MIT profesorius Techninės trumpikės.

Sistema gali būti modifikuojama arba sukurta nuo nulio. Norint pritvirtinti sąranką prie esamų plokščių, kiekvienoje pusėje reikia įrengti turėklą, o metalinė elektrodo juosta driekiasi per skydą. Mažas elektros variklis, galbūt naudojant nedidelę paties skydelio išėjimo dalį, varytų diržo sistemą, kad perkeltų elektrodą iš vieno skydelio galo į kitą.

Arba virš plokštės gali būti nuolat išdėstytos plonos laidžios skaidrios medžiagos juostelės, todėl nereikia judančių dalių. Visas procesas gali būti automatizuotas arba valdomas nuotoliniu būdu.

Tačiau dar reikia įrodyti.

Trumpame Q&A su Techninės trumpikės žemiau, prof. Varanasis paaiškina, ką jie toliau bandys pademonstruoti savo dulkių pašalinimo be vandens būdu.

Techninės trumpikės: Kas įkvėpė šį darbą?

Prof. Kripa Varanasi: Žinote, visi norime daugiau atsinaujinančios energijos, o saulės energija vaidins didelį vaidmenį. Žymiai išaugo pasauliniai fotovoltinės energijos pajėgumai. Atlikti įspūdingi, reikšmingi šių plokščių efektyvumo gerinimo tyrimai. Tačiau kažkas tokio kasdieniško kaip dulkės gali visa tai sumažinti. Dėl dulkių prarandate iki 30% efektyvumo. Gaunate šešėlių efektą.

Kiekvieną kartą, kai plaunate plokštę, sugrąžinate efektyvumą. Tačiau nedidelei, 150 megavatų jėgainei. Norėdami juos išvalyti, per metus sunaudojate beveik 7 000 000 galonų demineralizuoto vandens. Vanduo yra tokia brangi prekė, todėl žmonės turi būti atsargūs, kaip panaudoti šiuos išteklius. Saulės energijos pramonė tikrai turi tai turėti omenyje; mes nenorime išspręsti vienos problemos ir kurti kitos. O jei nueisite ir tiesiog nušveisite juos, subraižysite visą stiklą ir grįšite į pradinę padėtį.

Techninės trumpikės: Ar bandėte kitus metodus?

Prof. Varanasis: Viena idėja buvo surinkti vandenį iš stulpelių, kurie išeina iš aušinimo bokštų. Įpurškiame įkrovą ir tuos lašelius surenkame, o jūs galite sutaupyti daug vandens.

Taigi, galvodami panašiai, mes bandėme įpurkšti krūvį į dulkes ir panaudoti kulonines jėgas. Ir pamatėme kai ką įdomaus:

Dulkių dalelės įkraunamos beveik kaip metalas; jie elgiasi kaip dirigentas. Kadangi dulkės sudarytos iš silicio dioksido, jos iš tikrųjų gali sugerti drėgmę. Taigi, jūs turite dešimčių nanometrų storio vandens plėvelės sluoksnį, kuris gali padaryti jį laidų.

Atlikome daugybę sistemingų eksperimentų ir išsiaiškinome, koks jų mokestis.

Techninės trumpikės: Kaip atlikote šiuos eksperimentus?

Prof. Varanasis: Tikėkite ar ne, bet yra žmonių, kurie parduoda dulkes už pragyvenimą. Ir mums pavyko gauti sistemingas kompozicijas ir atlikti daugybę skirtingų eksperimentų su įvairių dalelių dydžiais. Mums pavyko parodyti, kad mūsų fizika, modeliavimas veikia. Mūsų sistema veikia esant maždaug 30% santykinei oro drėgmei. Dauguma dykumų yra šiame diapazone, todėl tai puiku.

Daugumoje dykumų naktį būna labai šalta, todėl susidaro rasa. Dauguma dykumos gyvūnų iš tikrųjų taip išgyvena. Kiekvieną rytą galite pašalinti daleles nuo paviršiaus, net ir sausoje aplinkoje, kur yra mažas langelis, į kurį gali patekti drėgmė.

Techninės trumpikės: Ar išbandėte tai deserte?

Prof. Varanasis: Mes to neišbandėme aplinkoje, bet atlikome eksperimentus laboratorijoje. Pakeitėme drėgmę, kad imituotume tokius efektus. Bet aišku, taip. reikia daug daugiau nuveikti, norint jį išimti, išbandyti lauke ir įrodyti.

Techninės trumpikės: Kokios įtampos reikia, kad tai veiktų?

Prof. Varanasis: Tai aukšta įtampa. Paprastai jis yra kilovoltų diapazone – nuo 5 iki 10 kilovoltų.

Techninės trumpikės: Kokios yra sąnaudos ir energijos išeiga?

Prof. Varanasis: Mes taip nedarėme išsamios techninės ekonomikos. Mes žiūrime į tai, kaip matote efektyvumo padidėjimą ir vandens suvartojimą, kurio jums nereikia. Bet koks naudojamas vandens kiekis turi būti grynas ir turi būti įpiltas sunkvežimiu, nes esate deserto viduryje.

Mūsų įrenginio energijos suvartojimas yra labai mažas. Nors tai aukšta įtampa, jos srovė beveik nulinė, todėl nėra energijos suvartojimo. Pavara, kuri naudojama šiam judėjimui, yra žingsninis variklis. Jie yra gana gerai žinomi ir nėra reikšmingi.

Techninės trumpikės: Ar galima tai modifikuoti ant esamų plokščių?

Prof. Varanasis: Taip, toks planas.

Techninės trumpikės: Ar galite papasakoti daugiau apie tą prototipą?

Prof. Varanasis: Prototipas yra mažas laboratorinio masto skydelis su robotine ranka, kuri gali judėti pirmyn ir atgal. Tokios robotų rankos jau naudojamos tokiose srityse kaip valymas, tačiau visos jos yra pagrįstos kontaktu.

Techninės trumpikės: Kaip permatoma laidži plėvelė būtų padengta gana dideliu paviršiumi?

Prof. Varanasis: Tai yra ritininiai filmai. Šių skaidrių plėvelių gamyba jau gerai žinoma dėl iPhone, iPad ir visų šių rinkų. Tai nusistovėjusi pramonė, todėl ji gali būti naudojama modifikuojant šias plokštes. Naujiems įrenginiams galite tai padaryti plokščių ir stiklo gamybos dalimi.

Techninės trumpikės: Ar galima kontroliuoti dulkių kryptį ir jų šalinimą?

Prof. Varanasis: Pašalinus dulkes, galima reguliuoti rankos judėjimą. Galite reguliuoti elektrinio lauko taikymo būdą ir tikrai galite pritaikyti, kur nukrenta dulkės.

Techninės trumpikės: Ar tai gali būti problema – nukreipti, kur nukrenta dulkės?

Prof. Varanasis: Taigi, jei turite ilgą krūvą šių plokščių, galite pajudinti roboto ranką į priekį ir nustumti ją nuo šono arba judėti pirmyn ir atgal ir nustumti. Bet aš sutinku; apie visa tai reikia pagalvoti, kai žiūrite į didelio masto sistemą, tačiau visa tai gali būti sukonstruota į įrenginį.

Techninės trumpikės: O kas toliau?

Prof. Varanasis: Manau, kad kitas žingsnis būtų atlikti pilno masto bandomąjį projektą ir tai įrodyti. Mes išmoksime daug dalykų. Mes nežinome to, ko nežinome, tiesa? Man visada patinka atlikti tokius pilotus ir tobulinti technologijas. Mes suprantame mokslą. Dabar žinome, kaip sukurti prototipą ir koncepcijos įrodymą. Dabar mes turime atlikti produkto įrodymą tikrosiose nustatymuose. Visi ženklai rodo, kad turėtume dirbti gana gerai, tačiau išmokstame to, ko išmokstame, ir atitinkamai tobuliname produktą.

Ką tu manai? Pasidalykite savo klausimais ir komentarais žemiau.

.

Parašykite komentarą

El. pašto adresas nebus skelbiamas.