حصل علماء من جامعة جنوب الأورال الحكومية على براءة اختراع لجهاز تحلية مياه يمكن استخدامه مع مصادر حرارية منخفضة الإمكانات لتقطير مياه البحر وتنقية المياه الجوفية. كما اقترح زملاء إندونيسيون طريقة لتحسين تشغيله.
لأكثر من عشر سنوات، سعت التطورات المشتركة بين العلماء الروس والإندونيسيين في مجال الطاقة الشمسية إلى زيادة كفاءة المحولات الكهروضوئية (الألواح الشمسية أو الوحدات الشمسية).
«يوضح يفغيني سولومين، الأستاذ في قسم محطات الطاقة الكهربائية والشبكات وأنظمة إمداد الطاقة بجامعة جنوب الأورال الحكومية: تكمن المشكلة الرئيسية في الألواح الكهروضوئية الشمسية في أنه عند تعرضها لأشعة الشمس المباشرة أثناء تشغيلها العادي، ترتفع درجة حرارة سطحها المستقبل بشدة، مما يُطلق ما يُسمى بالحرارة المهدرة (غير القابلة للاستخدام) في البيئة. وهذا يُسهم بشكل مباشر في ظاهرة الاحتباس الحراري، إذ تُعادل طاقة هذه الحرارة المُهدرة ما بين 60 - 80% من إجمالي الطاقة الكهربائية للوحدة. إضافةً إلى ذلك، عند تسخينها إلى 50-60 درجة مئوية، تنخفض كفاءة الوحدة الشمسية من 18% إلى 22% إلى 3% إلى 10% بسبب انخفاض خاصية الفولت-أمبير».
قبل ثلاث سنوات، كان علماء من جامعة جنوب الأورال الحكومية أول من اقترح في العالم طريقة مبتكرة لإزالة الحرارة من سطح استقبال الألواح الشمسية، وذلك لتسخينها واستخدامها لاحقًا في تقطير مياه البحر والمياه المعدنية الجوفية. وفي إطار مشروع تدعمه مؤسسة العلوم الروسية، طوّر باحثو تشيليابينسك نموذجًا تجريبيًا لجهاز تقطير عالي السرعة لمياه البحر تحت ضغط منخفض، يستخدم حرارة ، سطح استقبال وحدة شمسية. في البداية، استخدم العلماء مبادلًا حراريًا تقليديًا من نوع سربنتين في تصميم جهاز التقطير، والذي يتميز بفقدان حرارة كبير. لذلك، كان لا بد من تسخين مصدر المياه باستخدام مضخة حرارية اختيارية للتقطير اللاحق.
تمكن علماء إندونيسيون (معهد سيبولوه نوبمبر للتكنولوجيا، إندونيسيا)، مهتمون بتطوير زملائهم في تشيليابينسك، من تحسين تصميم المبادل الحراري نفسه، واقترحوا إزالة الحرارة بالنفث بدلاً من "الملف" التقليدي. وبهذه الطريقة، يتم تقسيم تدفق الحرارة إلى تيارات متوازية.
وهكذا، وفّر التصميم الجديد، الذي اقترحه زملاء من إندونيسيا، باستخدام عاكس على شكل صفيحة نفاثة، تأثيرًا مزدوجًا: تبريد الألواح الكهروضوئية وانعكاس الضوء المتزامن لتحسين امتصاص الطاقة ونقل الحرارة عبر المبادل الحراري. أجرى الشركاء الإندونيسيون، بتنسيق من فريق المشروع الروسي، تحليلًا شاملًا لأداء النظام، شمل إنتاج الطاقة، وتقييمًا تقنيًا واقتصاديًا وبيئيًا واقتصاديًا مفصلًا.
وأكدت نتائج النمذجة العددية لديناميكيات الموائع الحسابية صحة التجارب. انخفضت درجة حرارة سطح الوحدة الشمسية نتيجة التبريد من 64 إلى 30-48 درجة مئوية (حسب وضع التشغيل)، وارتفعت الكفاءة الكلية من 3-10% إلى 6-17% على التوالي.
يزيد النهج التعاوني المقترح من عمر خدمة الوحدات الكهروضوئية بمقدار 2.5 مرة، ويزيد إنتاجية الكهرباء بمقدار 3-5 مرات (في ظروف الطقس المشمس في المناخات الحارة)، كما يُقلل من انبعاثات الحرارة المُهدرة في الغلاف الجوي، مما يُقلل من إسهامها في ظاهرة الاحتباس الحراري. إضافةً إلى ذلك، تُتيح طريقة تحديث تصميم محطة تحلية المياه الفريدة التي ابتكرها علماء تشيليابينسك، والتي اقترحها زملاء إندونيسيون، تحسين عملية تقطير مياه البحر والمياه الجوفية باستخدام هذه المحطة.
في السنوات القادمة، يخطط مطورو تشيليابينسك لتقديم نموذج أولي لجهاز تحلية مياه يعمل بمصادر حرارة منخفضة الجهد، مما سيُتيح له دخول الإنتاج التسلسلي، وسيزيد بشكل كبير من فرص استخدامه على نطاق واسع.