Восстановление воды из отходов сушки с использованием термоэлектрического охладителя и гибридной PV/T системы

Преобразование отходов сушки в пресную воду

Во многих сельских районах фермеры сталкиваются сразу с двумя проблемами: как сохранять продукты, не сжигая дорогое топливо, и как обеспечить достаточное количество чистой воды. В этом исследовании представлена новая солнечная система, которая решает обе задачи одновременно. Она сушит фрукты и овощи на солнце и одновременно улавливает воду, испаряющуюся из продуктов и окружающего воздуха, превращая её в питьевую — по сути преобразуя «отходы сушки» в ценный ресурс.

Солнечная машина для сушки и получения воды

Сердцем установки является гибридная солнечная панель — фотовольтаически-термический (PV/T) коллектор. В отличие от обычной панели, которая производит только электроэнергию, эта панель также собирает тепло солнца. Электричество питает небольшие вентиляторы и охладительные модули, а аккумулированное тепло нагревает воздух, который нагнетается в компактную хорошо изолированную сушильную камеру, заполненную подносами с ломтиками помидоров. Тёплый сухой воздух, проходя через ломтики, удаляет влагу, что позволяет сохранять продукты для длительного хранения без использования ископаемого топлива.

Как система улавливает невидимую воду

В обычной сушилке влажный воздух, покидающий камеру, просто выводится наружу, при этом теряется вся вода и энергия, затраченная на её испарение. Здесь выходящий влажный воздух направляется по специальному каналу, оснащённому термоэлектрическими охладителями — твердотельными устройствами, которые при подаче электричества нагреваются с одной стороны и охлаждаются с другой. Тепло с горячей стороны возвращается в сушильный процесс, а холодная сторона охлаждает влажный воздух ниже точки росы. По мере охлаждения водяной пар конденсируется в капли на холодных поверхностях и собирается в контейнер. Исследователи называют этот комбинированный подход «От сушки к питью» (D2D), потому что таким образом не выбрасывается ни энергия, ни масса.

В испытаниях: помидоры, поток воздуха и солнечный свет

Команда собрала и протестировала систему в Новом городе Дамиетта на средиземноморском побережье Египта, районе с умеренным солнечным излучением и относительно влажным воздухом — условия, благоприятные для восстановления воды. Два PV/T коллектора нагревали воздух в мелком канале под ними и питали четыре небольших вентилятора. Нагретый воздух поступал в сушильную камеру кубического объёма 40 сантиметров, содержащую три слоя ломтиков помидоров. Датчики отслеживали температуру, влажность, скорость воздуха и интенсивность солнца в течение дня. При типичных условиях сушилка работала в диапазоне примерно от 30 до 53 °C, в среднем около 40–43 °C — достаточно мягко, чтобы не повредить качество продукта, и в то же время эффективно удалять влагу.

Сколько энергии и воды удалось сэкономить

За восьмичасовой период солнечного света система высушила один килограмм свежих помидоров, снизив их влагосодержание с более чем 900 граммов воды на килограмм до примерно 100 граммов на килограмм — безопасного уровня для хранения и транспортировки. Одновременно блок восстановления воды собрал примерно 3,9 литра чистой воды, представляющей собой смесь влаги, выделенной из помидоров, и воды, отобранной из окружающего воздуха. Солнечное оборудование показало высокие результаты: тепловая эффективность (доля солнечной энергии, превращённой в полезное тепло) достигала около 53%, электрическая эффективность поднималась близко к 17%, а суммарная эффективность тепла и электроэнергии превышала 70%. Термоэлектрические охладители работали с умеренной эффективностью, но их разумное размещение позволило одним и тем же устройствам одновременно помогать сушке и конденсировать воду, извлекая больше пользы из каждого ватта солнечной энергии.

Почему это важно для фермеров и сообществ

Для неспециалиста главный вывод прост: эта технология использует солнечный свет для сушки продуктов и одновременного производства воды с минимальными потерями. Перераспределяя тепло и улавливая воду, которая обычно улетучивается в воздух, система снижает зависимость от топлива, уменьшает выбросы парниковых газов и обеспечивает новый источник безопасной воды — особенно важный в засушливых или автономных регионах. Хотя требуется дальнейшая разработка и масштабирование, концепция «от сушки к питью» указывает на будущее для ферм и небольших продовольственных предприятий, которые смогут сохранять урожай, обеспечивать воду и снижать загрязнение, используя только силу солнца.

Цитирование: Elbrashy, A., El-fakharany, M.K., Al-Sood, M.A. et al. Water recovery of drying waste using a thermoelectric cooler and PV/T assisted. Sci Rep 16, 4087 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35137-w

Ключевые слова: солнечная сушка, восстановление воды, гибридный PV/T, термоэлектрическое охлаждение, устойчивое сельское хозяйство