Direct-drive photovoltaic electrodialysis via flow-commanded current control

光伏系统 电流(流体) 电渗析 流量(数学) 流量控制(数据) 环境科学 工艺工程 材料科学 计算机科学 汽车工程 电气工程 化学 工程类 机械 物理 电信 生物化学
作者
Jonathan T. Bessette,Shane Richard Pratt,Amos G. Winter
标识
DOI:10.1038/s44221-024-00314-6
摘要

Abstract Renewable powered, brackish groundwater desalination is an underutilized resource in the developing world, where there are unreliable energy sources and reliance on increasingly saline groundwater. Traditional renewable desalination technologies require sizable energy storage for sufficient water production, leading to increased cost, maintenance and complexity. We theorize and demonstrate a simple control strategy—flow-commanded current control—using photovoltaic electrodialysis (PV-ED) to enable direct-drive (little to no energy storage), optimally controlled desalination at high production rates. This control scheme was implemented on a fully autonomous, community-scale (2–5 m 3 d −1 ) PV-ED prototype system and operated for 6 months in New Mexico on real brackish groundwater. The prototype fully harnessed 94% of the extracted PV energy despite featuring an energy storage to water productivity ratio of over 99% less than the median PV desalination systems in literature. Flow-commanded current control PV-ED provides a simple strategy to desalinate water for resource-constrained communities and has implications for decarbonizing larger, energy-intensive desalination industries.
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