Desalinizar agua mediante el calor residual de células solares

Los paneles solares pueden calentarse mucho, hasta más de 40 grados centígrados por encima de la temperatura del aire circundante en las regiones áridas. Esta situación se produce porque las células fotovoltaicas de silicio suelen convertir en electricidad solo una cuarta parte de la energía solar absorbida, mientras que el resto calienta la célula. Las temperaturas extremas de funcionamiento reducen la eficiencia y la vida útil de la célula solar.

Una nueva tecnología utiliza el calor residual de las células solares para la desalinización del agua de mar. El dispositivo se acopla debajo de un panel fotovoltaico y arrastra el agua de mar hacia una serie de canales estratificados. 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. Después de tres capas de purificación, se produce agua dulce a un ritmo cercano a los 1,6 litros por hora.

El sistema es obra del equipo de Peng Wang, de la Universidad de Ciencia y Tecnología Rey Abdalá (KAUST) en Arabia Saudita.

El primer prototipo se hizo público en 2019, pero quedó un problema pendiente de resolver: la elevada temperatura que seguían alcanzando las células solares.

Ahora se ha encontrado la solución. La clave para disponer de la eficiencia necesaria y al mismo tiempo evitar que las células solares se calienten demasiado, ha sido una serie de pequeños cambios en el diseño del tipo de membranas utilizadas.

El rendimiento de un dispositivo capaz de desalinizar agua utilizando el calor residual de las células solares puede aumentar con pequeños cambios en el diseño de la membrana. (Foto: © 2021 KAUST)

El equipo que incluye, entre otros, a Peng Wang, Wenbin Wang y Sara Aleid, los tres de la KAUST, ha desarrollado un modelo teórico para explorar la relación entre ciertos parámetros de la membrana, como el grosor y la porosidad, con la temperatura de la célula solar.

Al darse cuenta de que una temperatura más baja de la célula solar depende de la regulación de la transferencia de calor a través de la membrana hidrófoba en el dispositivo de varias etapas, Wang y sus colegas lograron determinar que la utilización de una membrana hidrófoba más fina y con una mayor porosidad permite alcanzar simultáneamente un mayor rendimiento de desalinización y una menor temperatura de la célula solar.

Los experimentos con los prototipos mejorados, que incluyeron pruebas al aire libre en el soleado campus de la KAUST, revelaron que, además, el nuevo diseño de la membrana aumenta la generación de electricidad en un 8 por ciento, al tiempo que duplica la tasa anterior de generación de agua dulce.

Wang y sus colegas detallan en la revista académica Joule las últimas mejoras que le han hecho a su sistema. El trabajo se titula “Integrated solar-driven PV cooling and seawater desalination with zero liquid discharge”. (Fuente: NCYT de Amazings)