[사우디] KAUST 왕펭 교수팀, 태양광 이용 담수생산장치 개발

 

 

태양광 패널에 의해 열을 방출하는 다기능 장치는 사우디 아라비아의 압둘라 과학기술대학교(KAUST,  King Abdullah University of Science and Technology)에 의해 개발되었으며, 재생 에너지만 사용하여 전기와 물을 동시에 생성하는 방식으로 깨끗한 식수를 생성하는 데 사용되었다.

"물과 에너지 생산은 깊이 얽혀 있다"고 대학 물 담수 및 재사용 센터(KAUST of Water Desalination and Reuse Center)의 왕펭(Peng Wang) 연구소의 왕웬빈(Wenbin Wang) 박사과정 연구원은 말한다.

 

                              
기존 태양광을 사용하는 농장에서는 깨끗한 물을 사용하여 패널의 먼지를 씻어낸다. 한편, 담수화 플랜트는 바닷물에서 담수를 생산하기 위해 많은 전기를 소비한다.  "물 에너지 연계는 지속가능한 글로벌 개발을 위협하는 주요 이슈 중 하나이다"라고 왕웬빈(Wenbin Wang)은 말한다.

왕펭(Peng Wang) 교수팀은 이 문제를 완화할 수 있는 장치를 개발했다. 상용 PV패널은 최대 20%의 효율로 햇빛을 전기로 바꾼다. 남은 80%는 낭비되며 주로 열로 주변 공기로 흘러간다. 왕펭(Peng Wang) 교수팀은 이 열을 포착하여 담수를 생성하는 데 사용할 수 있는 통합 장치를 설계했다.

연구팀은 다공성 소수성 멤브레인과 열전도 층으로 분리된 수로의 스택이 상용 PV패널의 아래쪽에 부착된 장치를 만들었다. 패널의 폐열은 최상층 채널의 해수를 증발시킨다. 증기는 다공성 막을 가로지르고 바로 아래의 깨끗한 수로에서 깨끗한 물로 응축된다. 증기가 응축됨에 따라 그 열은 열전도층을 통과하여 다음 해수 채널로 전달되어 에너지를 재활용하여 더 많은 물을 정화한다.

왕웬빈(Wenbin Wang)은 "3개의 물 증류 채널층을 사용하고 레이어(layer)에서 레이어로 에너지를 전달하는 이 장치는 매 시간 1㎡(평방미터)의 태양열 패널 표면에 최대 1.64L(리터)의 물을 생성했다"면서 "이는 기존의 태양열 집열기의 물 출력량의 두 배 이상이며, 1단계 설계를 사용한다"고 말한다. 한편, PV패널의 전기출력은 그 아래에서 발생하는 담수화에 영향을 받지 않았다.

설계의 추가적인 이점으로, 동일한 시스템에서 물과 전기가 동일한 토지에서 조화 될 수 있다. 연구팀은 현재 농업 생산을 시스템에 통합하는 것을 목표로 하고 있다.

왕웬빈(Wenbin Wang)은 "태양열 집열기 세척에서 얻은 신선한 물을 사용하여 잔디가 잘 자라기 때문에 PV 농장 분야에서 양을 키울 수 있다"라면서 "우리의 장치를 사용하여 해수가 담수화되고 있는 동안 방목하는 양을 가진 PV 농장은 해안 근처의 건조한 지역에서 이상적 일 수 있다"라고 말했다.

 

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Solar Power With A Free Side Of Drinking Water

 

An integrated system seamlessly harnesses sunlight to cogenerate electricity and fresh water.

A multifunctional device that captures the heat shed by photovoltaic solar panels has been developed by KAUST and used to generate clean drinking water as a way to simultaneously generate electricity and water using only renewable energy.

Water and energy production is deeply intertwined, says Wenbin Wang, a Ph.D. student in Peng Wang’s labs at the University's Water Desalination and Reuse Center. Conventional solar farms use fresh water to wash dust from the panels. Meanwhile, water desalination plants consume a lot of electricity to produce fresh water from seawater. “The water-energy nexus is one of the main issues threatening sustainable global development,” Wenbin says.

Professor Wang and his team have developed a device that could ease this problem. Commercial PV panels turn sunlight into electricity with a maximum efficiency of 20 percent. The remaining 80 percent is wasted, mainly just shed into the surrounding air as heat. The team has designed an integrated device that could capture this heat and use it to generate fresh water.

The researchers built a device in which a stack of water channels, separated by porous hydrophobic membranes and heat conduction layers, were attached to the underside of a commercial PV panel. Waste heat from the panel vaporized seawater in the uppermost channel; the vapor crossed the porous membrane and condensed as fresh water in a clean water channel just below. As the vapor condensed, its heat passed through a thermal conduction layer to the next seawater channel, recycling the energy to purify more water.

Using three stacked layers of water distillation channels, and passing the energy from layer to layer, the device produced up to 1.64 litres of water per square meter of solar panel surface every hour. That is more than double the water output of traditional solar stills, which use a one-stage design, Wenbin says. Meanwhile, the PV panel’s electricity output was unaffected by the water desalination taking place beneath it.

As additional benefits of the design, water and electricity could be cogenerated on the same land, sharing a mounting system. The team now aims to incorporate agricultural production into the system, Wenbin says. “Raising sheep in the field of PV farms is feasible because grass grows well using the fresh water from solar-panel washing,” Wenbin says. “A PV farm with sheep grazing while seawater is being desalinated using our device could be ideal in arid regions near the coast.”

[출처=워터온라인(https://www.wateronline.com/doc/solar-power-with-a-free-side-of-drinking-water-0001) / 2019년 7월 10일]