Evaluating 3D Solar Evaporator Performance via Controlled Ambient Temperature Conditions

Abstract

The global demand for clean water is continuously increasing, highlighting the urgent need for sustainable desalination technologies. Interfacial solar vapor generation (ISVG) has emerged as a promising approach for solar-driven water purification. Although extensive studies have been conducted on ISVG systems, most performance evaluations have been carried out under ambient laboratory conditions, which do not accurately represent real operational environments. Since ambient temperature strongly affects evaporation behavior, the difference between laboratory and actual solar-still conditions can lead to significant performance discrepancies. In this study, we developed a new experimental system equipped with a heating-controlled chamber to systematically regulate the surrounding air temperature. The evaporation performance of a three-dimensional (3D) solar evaporator was investigated under various ambient temperature conditions and compared with both indoor and outdoor solar-still experiments. The results demonstrate that by elevating the ambient temperature around the evaporator, real solar-still environments can be effectively simulated, enabling a more accurate quantitative evaluation of the 3D evaporator’s practical desalination performance.

Keywords: ISVG, Photothermal conversion, 3D evaporator, Surrounding temperature control, Environmental energy harvesting, Solar desalination|본 논문은 지속 가능한 담수화 기술의 필요성이 증가함에 따라, 태양에너지를 이용한 수자원 정화 기술인 계면 태양 증발에 대한 연구를 다루고 있다. 기존의 계면 태양 증발 연구들은 대부분 실험실의 상온 환경에서 수행되어 실제 작동 조건과의 차이가 존재하였다. 그러나 주변 온도는 물의 증발 거동에 큰 영향을 미치기 때문에, 실험실 조건과 실제 솔라 스틸 환경 간에는 성능 차이가 발생한다. 이에 본 연구에서는 주변 공기 온도를 체계적으로 조절할 수 있는 가열 챔버 기반의 새로운 실험 시스템을 개발하였다. 이 시스템을 통해 3차원 태양열 증발기의 증발 성능을 다양한 온도 조건에서 정량적으로 평가하였으며, 실내 및 야외 솔라 스틸 실험 결과와 비교하였다. 그 결과, 실험실에서 증발기 주변의 온도를 높이는 것만으로 실제 솔라 스틸의 환경을 효과적으로 모사할 수 있음을 확인하였다. 따라서 본 연구는 실제 태양광 담수화 환경에서 3D 증발기의 성능을 보다 정밀하게 정량 평가할 수 있는 새로운 실험적 접근법을 제시한다.

핵심어: 계면 태양 증발, 광열 전환, 3차원 증발기, 주변 온도 제어, 에너지 수확, 태양광 담수화