Acqua generata dall’aria grazie ad un dispositivo fotovoltaico

I ricercatori dell’Università di Jazan in Arabia Saudita hanno realizzato un generatore portatile adattivo di acqua dall’aria (AWG) alimentato a energia fotovoltaica, in grado, secondo quanto riportato, di produrre 2 litri d’acqua in un arco di 24 ore.

I sistemi AWG estraggono acqua dall’aria umida tramite una resistenza elettrica in corrente continua (DC heater) che separa il contenuto acquoso dall’aria umida usando una ventola brushless DC ad alta velocità; l’umidità viene condensata sulla superficie dello scambiatore di calore, producendo acqua che viene poi trasferita in un serbatoio di raccolta.

La novità della soluzione proposta risiede nell’abbinamento con l’energia fotovoltaica. “Sul mercato attuale, la maggior parte degli AWG è progettata per consumare più energia elettrica per estrarre acqua potabile”, hanno spiegato i ricercatori, sottolineando come il basso costo del solare possa contribuire a ridurre questi costi.

Il sistema è composto da una resistenza elettrica DC, uno scambiatore di calore, una ventola brushless DC, un modulo solare fotovoltaico da 120 W, una batteria da 12 Ah e algoritmi di controllo MPPT (maximum power point tracking). Per controllare l’uscita DC viene utilizzato un convertitore DC-DC noto come “zeta converter”, il cui interruttore è modulato per fornire la massima potenza tramite tecniche di controllo efficaci.

“Il convertitore zeta si distingue per l’ampia gamma di algoritmi di controllo del duty cycle e per l’uscita non invertente, risultando così un’opzione versatile”, afferma il team di ricerca. “Un controllore intelligente feedforward increment conductance (FFINC) è un’ottima scelta per aumentare il livello di tensione a 12,5 V, così da caricare la batteria e alimentare la ventola brushless DC da 10 W e l’AWG da 50 W.”

Il sistema utilizza anche un controllo adattivo con modello di riferimento (MRAC) per gestire la tensione d’uscita del convertitore zeta tramite l’FFINC, mentre la resistenza DC è gestita da un semplice algoritmo di controllo intelligente. Il MRAC viene comunemente adottato per risolvere problemi reali di regolazione adattiva.

La tensione in ingresso del pannello solare corrispondeva a 17,5 V al punto di massima potenza, mentre quella in uscita del convertitore zeta veniva stabilizzata a 12,5 V per la carica della batteria.

Gli scienziati hanno valutato la performance dell’AWG fotovoltaico sia in condizioni transitorie che stazionarie e hanno rilevato che l’assorbimento totale di corrente è risultato rispettivamente di 4,6 A e 3,4 A. Inoltre, la potenza massima assorbita in stato stazionario è stata di circa 48 W.

È stato anche osservato che il generatore da laboratorio ha prodotto 2 litri d’acqua in 24 ore, con una umidità relativa interna del 40%. “Un set AWG funziona per un’ora dalle 9:00 alle 9:00 ogni 24 h”, ha aggiunto il team. “In 9 ore, il sistema ha prodotto 65 ml d’acqua con un’umidità relativa del 35%.” È stato inoltre rilevato che il costo di mercato di un litro d’acqua è di circa 0,25 dollari, mentre il costo di un litro prodotto con l’AWG si attesta su circa 0,04 dollari per l’acqua confezionata e zero per quella non confezionata.

Il sistema AWG proposto è descritto nell’articolo “An adaptive control portable air water generator powered by solar photovoltaic”, pubblicato su Environmental Technology & Innovation. “Può produrre acqua in zone desertiche o durante lunghi viaggi in auto. È economico e non incide sulle bollette elettriche”, concludono gli scienziati.