Panele Słoneczne a Pozyskiwanie Wody Pitnej: Innowacyjne Rozwiązania dla Globalnego Problemu
- Szczegóły
Powszechnie wiadomo, że olbrzymie połacie lądu, szczególnie w okołorównikowych rejonach Azji i Afryki, co roku borykają się z problemem niewystarczającej ilości wody pitnej. Na świecie pojawia się coraz więcej urządzeń, które mają pomóc rozwiązać jeden z większych obecnie problemów związanych z klimatem - brakiem wody. Tego typu technologia może przynajmniej częściowo wyhamować skutki coraz trudniejszego dostępu do wody pitnej na świecie.
Hydropanele: Woda z Powietrza Dzięki Energii Słonecznej
W 2014 r. Cody Friesen z Uniwersytetu Stanu Arizona opracował nowatorską metodę pozyskiwania wody właśnie z powietrza. Na pierwszy rzut oka opracowane przez niego urządzenie wygląda jak typowe panele słoneczne. Ta farma jednak nie generuje elektryczności a wodę, choć działa w podobny sposób.
Wentylatory wtłaczają powietrze w tzw. hydropanele, które z kolei wychwytują z powietrza parę wodną. Wykorzystując energię słoneczną owa para wodna, która w panelach osiąga stężenie 1000 razy wyższe niż w atmosferze ulega skraplaniu i kierowana do specjalnych pojemników. Można zatem powiedzieć, że faktycznie w tym przypadku woda bierze się prosto z powietrza.
Firma Zero Mass Water opracowała rozwiązanie na większość problemów z brakiem wody pitnej. Stworzony przez nas hydropanel Source to obecnie jedyne rozwiązanie pozwalające na dostęp do czystej wody, które nie potrzebuje żadnej infrastruktury. Jest ono nie tylko bezpieczne i niezawodne, ale także nie wymaga podłączenia do jakiegokolwiek źródła. Nie jest potrzebny dostęp do prądu ani źródła wody, zwierciadła wód gruntowych czy deszczu.
Zero Mass Water opracowało natomiast zupełnie rewolucyjne rozwiązanie. - To instalacja fotowoltaiczna złożona z małych, 75-watowych paneli fotowoltaicznych. Wykorzystuje światło słoneczne do wytwarzania energii potrzebnej do zasilania wentylatora. Wentylator zasysa do urządzenia duże ilości powietrza, które jest następnie podgrzewane dzięki energii solarnej. Powietrze jest schładzane do temperatury otoczenia, a specjalny materiał wewnątrz panelu gromadzi wytwarzającą się wodę.
Przeczytaj także: Opinie o parownicach do podłóg panelowych
Pierwsze urządzenie firma zaprezentowała już podczas ubiegłorocznych targów CES. W tym roku pokazała Source Rexi Hydropanel, który jest o połowę mniejszy niż poprzednia wersja, łatwiejszy do zainstalowania w domu jednorodzinnym i może produkować więcej wody. Rexi wykorzystuje chmurowy zestaw czujników, aby dostarczyć szczegółową wiedzę na temat jakości wody i funkcji automatycznej optymalizacji w hydropanelach. - Najnowszy panel ma wymiary 1 m x 1,5 m, dzięki czemu zajmuje na dachu znacznie mniej miejsca.
Jak się okazuje wśród inwestorów są należące do Billa Gatesa firmy Breakthrough Energy, Black Rock czy Duke Energy. Teraz firma ogłosiła, że udało jej się pozyskać 150 mln dol. na inwestycje. Pozostaje mieć nadzieję, że środki te zostaną wykorzystane na jeszcze szybszy rozwój międzynarodowy.
Project Nexus: Symbioza Produkcji Energii i Oszczędzania Wody
Kalifornia postanowiła sprawdzić, czy da się połączyć dwie kluczowe potrzeby (produkcję czystej energii i oszczędzanie wody) w jeden spójny system. Dało to początek eksperymentowi o nazwie Project Nexus, który to zakłada montaż paneli słonecznych bezpośrednio nad kanałami irygacyjnymi.
W założeniu ma to stworzyć sytuację korzystną dla obu stron, bo wygenerowane w ten sposób zacienienie zmniejszy parowanie wody w kalifornijskim słońcu, a chłodna woda naturalnie obniży temperaturę paneli, zwiększając ich wydajność. Projekt oficjalnie wystartował w 2025 roku i koncentruje się na kanale o szerokości około 35 metrów w pobliżu Hickman w centralnej części stanu. To strategiczne położenie, bo na wschód od San Francisco i na zachód od Yosemite, a więc w miejscu, gdzie infrastruktura wodna odgrywa kluczową rolę dla całego regionu.
Kalifornia przeznaczyła na ten cel 20 milionów dolarów, co w przeliczeniu daje około 72,6 miliona złotych. Jest to jednak niski koszt, jak na takie przedsięwzięcie, a to dlatego, że cała koncepcja opiera się na wykorzystaniu istniejącej już sieci kanałów, co eliminuje jeden z głównych problemów energetyki słonecznej, bo konieczność zajmowania dodatkowych terenów.
Przeczytaj także: Prawidłowa wilgotność posadzki
Geneza całego przedsięwzięcia sięga obserwacji Jordana Harrisa, czyli założyciela Solar AquaGrid. Podczas swoich podróży zauważył on kanały zacieniane przez drzewa we Francji oraz pierwsze próby montażu paneli nad kanałami w Indiach. Te właśnie doświadczenia skłoniły go do opracowania kompleksowego rozwiązania dostosowanego do kalifornijskich realiów.
Po przeprowadzeniu szczegółowych obliczeń Harris wraz z zespołem badawczym doszedł do zaskakujących wniosków, wedle których panele słoneczne zamontowane nad kanałami w centralnej Kalifornii mogłyby zaoszczędzić około 238 miliardów litrów. Mechanizm działania opiera się na prostych zasadach fizyki. Panele tworzą cień nad powierzchnią wody, znacząco ograniczając parowanie w intensywnym kalifornijskim słońcu. Jednocześnie chłodna woda w kanale działa jak naturalny system chłodzenia dla paneli, które od zawsze tracą wydajność w wysokich temperaturach.
Ciekawie będzie spojrzeć na twarde dane z pierwszego roku funkcjonowania projektu, bo choć teoretyczne założenia wyglądają obiecująco, to dopiero praktyczne testy pokażą rzeczywistą skuteczność tego rozwiązania w rzeczywistych warunkach.
Pływające Farmy Fotowoltaiczne: Rozwiązanie dla Ograniczonych Przestrzeni
Panele fotowoltaiczne unoszące się na wodzie to wciąż dość rzadki widok, w przeciwieństwie do farm PV na gruntach, które zaczynają być stałym elementem krajobrazu w wielu krajach Europy i świata. Powoli jednak rośnie zainteresowanie zagospodarowaniem zbiorników wodnych, np. w nieczynnych kamieniołomach, pod elektrownie fotowoltaiczne. Pływające elektrownie fotowoltaiczne działają od kilku lat, a ich szybki rozwój obserwowany był głównie w Chinach po roku 2015. Wśród stosunkowo niewielu firm europejskich specjalizujących się w budowie instalacji floating PV jest Baywa r.e. Zbudowała ona portfel tego typu projektów o mocy 270 MWp.
Jak wskazuje Artur Marchewka, członek zarządu, BayWa r.e. Polska, wybór lokalizacji pływającej farmy fotowoltaicznej jest procesem bardziej złożonym niż w przypadku naziemnych instalacji fotowoltaicznych. - Na pewno kluczowym aspektem jest batymetria, czyli badania w kierunku głębokości i ukształtowania dna zbiornika, ale również istotne są badania jakości wody, możliwych wahań poziomu zwierciadła wody, jak również warunki geotechniczne brzegów i dna zbiornika.
Przeczytaj także: Bioderma w Aptece Słoneczna - Przegląd
- Jako BayWa r.e. jesteśmy w stanie zrealizować instalację na zbiornikach zarówno bardzo płytkich (minimum 0,8 m), jak i takich, których głębokość wynosi 100 m. Stosowana przez nas technologia pozwala również zagospodarować zbiorniki szczególnego przeznaczenia, np. ujęcia wody pitnej.
- Sukcesem jest oczywiście bezproblemowa produkcja energii elektrycznej przez 30 lat, wobec czego należy postawić na sprawdzony rodzaj konstrukcji. Sam projekt składa się nie tylko z typowego dla fotowoltaiki zagospodarowania terenu (rozplanowania układu paneli, inwerterów, stacji trafo) czy też projektu branżowego z zakresu elektryki, ale również niezwykle istotnego projektu kotwienia (ang. anchoring and mooring design). To właśnie w projekcie kotwienia wskazywane są specjalistyczne rozwiązania mające na celu zagwarantowanie długoletniej pracy instalacji, która w szczególności w polskiej strefie klimatycznej ma istotne znaczenie z uwagi na obciążenie śniegiem i wiatrem - mówi Mateusz Olędzki, Head of Development w BayWa r.e.
Wiele krajów zmaga się z brakiem przestrzeni na nowe lądowe instalacje PV, zwłaszcza w gęsto zaludnionych obszarach. Do tego dochodzi konkurowanie o ziemię między rolnictwem, przemysłem i rozwojem nieruchomości. W odpowiedzi na te wyzwania rozpędu nabiera rozwój pływających farm, które oferują energię odnawialną bez potrzeby zajmowania dodatkowej ziemi.
Pływające platformy, wykonane z materiałów wypornościowych, zapewniają stabilność paneli na wodzie, a specjalne systemy kotwiczenia utrzymują je w odpowiednim miejscu, zapobiegając przesuwaniu się pod wpływem wiatru lub prądów wodnych.
Oprócz tego, że pływająca farma fotowoltaiczna generuje czystą energię i wprowadza ją do naszego systemu energetycznego, przyczyniając się do rozwoju OZE i zielonej rewolucji, możemy wymienić kilka kluczowych zalet:
- Pływająca elektrownia słoneczna zwiększa nasze możliwości w wykorzystywaniu dostępnych przestrzeni, zwłaszcza w miejscach, gdzie grunt jest deficytowy, zbyt drogi albo zbyt produktywny (gleby wysokiej jakości gwarantujące wysokie plony).
- Pływające panele słoneczne osiągają wyższą efektywność niż systemy naziemne - woda działa jak naturalny system chłodzenia, zapobiegając ich przegrzewaniu. Wykorzystanie powierzchni wody może zwiększyć wydajność energetyczną paneli do 15%.
- Instalacje floating na wodzie nie wymagają tak częstego czyszczenia. Powietrze nad zbiornikami wodnymi zawiera mniej pyłu i zanieczyszczeń w porównaniu do terenów lądowych - woda działa jak naturalny filtr.
- Częściowe zacienienie zbiornika wodnego przez panele ogranicza rozwój glonów, które mogą wpływać negatywnie na jakość wody, zwłaszcza w cieplejszych klimatach. Redukcja promieniowania słonecznego docierającego do wody zmniejsza jej temperaturę, co może poprawić warunki dla niektórych gatunków wodnych.
Pozyskiwanie wody z powietrza
Obecnie na świecie 2,2 miliarda ludzi nie ma dostępu do bezpiecznej wody pitnej. Aby sprostać temu wyzwaniu, inżynierowie z Massachusetts Institute of Technology (MIT) w Cambridge postanowili wykorzystać nietypowe źródło - atmosferę. Zespół z MIT opracował nowy typ urządzenia do pozyskiwania wody z powietrza, które skutecznie wychwytuje parę wodną i przekształca ją w wodę pitną, nawet w suchych warunkach pustynnych.
Zespół testował urządzenie przez tydzień w Dolinie Śmierci, najgorętszym miejscu w Ameryce Północnej. Nawet przy niskiej wilgotności urządzenie było w stanie pozyskać do 160 mililitrów wody dziennie. Zespół szacuje, że wiele takich paneli ustawionych w małej sieci mogłoby dostarczać wodę pitną dla gospodarstw domowych, nawet w suchych regionach. Produkcja wody powinna wzrastać wraz z wilgotnością, co czyni system efektywnym również w klimatach umiarkowanych i tropikalnych.
Naukowcy z Uniwersytetu Nauki i Techniki Króla Abdullaha (KAUST) w Arabii Saudyjskiej zaprojektowali wydajne panele fotowoltaiczne, które wytwarzają czystą wodę, którą można wykorzystać np. do podlewania upraw. Panele fotowoltaiczne zostały umieszczone na podstawie wypełnionej hydrożelem. Substancja ta pochłania parę wodną z powietrza. Następnie wykorzystuje energię cieplną, emitowaną przez panele, do skroplenia wody. Hydrożel chłodzi w ten sposób panele, zwiększając ich wydajność o 9 proc.
Podsumowanie
Wykorzystanie paneli słonecznych do pozyskiwania wody pitnej to obiecujący kierunek w rozwiązywaniu globalnych problemów związanych z dostępem do czystej wody. Technologie takie jak hydropanele, pływające farmy fotowoltaiczne i urządzenia do pozyskiwania wody z powietrza oferują innowacyjne i zrównoważone rozwiązania dla różnych regionów i warunków klimatycznych.
tags: #panele #słoneczne #a #pozyskiwanie #wody #pitnej
