التقطير الشمسي هو استخدام الطاقة الشمسية لتبخير الماء وجمع مكثفاته ضمن نفس النظام المغلق. وخلافا للأشكال الأخرى لتنقية المياه ، فإنه يمكن تحويل المياه المالحة أو قليلة الملوحة إلى مياه شرب عذبة (مثل تحلية المياه ).
يُعرف الهيكل الذي يضم العملية باسم المقطر الشمسي ، وعلى الرغم من تنوع الحجم والأبعاد والمواد والتكوين، إلا أن جميعها تعتمد على الإجراء البسيط حيث يدخل المحلول المؤثر إلى النظام وتترك المذيبات الأكثر تطايرًا في النفايات السائلة تاركة وراءها المذاب المالح خلف . [1]
في أي محطة شمسية، يكون التصميم الأساسي عبارة عن جهاز تجميع لالتقاط مياه الأمطار . في معظم الحالات يتم تغطية المجمع بطبقة من الزجاج أو البلاستيك الشفاف، مما يسمح للإشعاع الشمسي بالمرور من خلاله ولكن لا يسمح له بالخروج. يتبخر الماء بواسطة حرارة الشمس المشعة ثم يتكثف على مادة غطاء المبرد. تكون المياه المكثفة خالية من الشوائب، مثل الأملاح والمعادن الثقيلة، وكذلك الكائنات الحية الدقيقة التي قد تكون موجودة في المياه الداخلة. والنتيجة النهائية هي توفير المياه العذبة والنظيفة. يمكن للمقطرات الشمسية إنتاج مياه الشرب بكفاءة من مياه الخنادق أو مياه الصهاريج، وخاصة تصميمات الترطيب ذات التأثيرات المتعددة عالية الكفاءة ، والتي تفصل بين المبخر (المبخرات) والمكثف (المكثفات).
يختلف التقطير الشمسي عن أشكال تحلية المياه الأخرى التي تستهلك المزيد من الطاقة، مثل التناضح العكسي أو الماء المغلي ببساطة، وذلك بسبب استخدامه للطاقة المجانية. [2] [3] إذا كانت معالجة المياه الملوثة مطلوبة بدلاً من تحلية المياه، فإن الترشيح الرملي البطيء يعد خيارًا جيدًا.
محتويات
أنواع
من الأكثر تعقيدًا إلى الأقل تعقيدًا، تكويناتها الأساسية الثلاثة هي:
- يشبه الصندوق
- مخروطي الشكل
- نوع الحفرة
لا تزال الجوانب الأساسية للطاقة الشمسية دون تغيير منذ العصور القديمة، وتعد بساطة التصميم إحدى الفوائد الرئيسية للطاقة الشمسية. ومع ذلك، هناك العديد من الاختلافات حول موضوع المنحدر/الحوض الفردي النموذجي ويمكن أن تندرج في واحدة من فئتين: نشط أو سلبي. تصنف هذه الملصقات المقطر حسب الطريقة التي يستخدمها للحصول على الطاقة اللازمة لتبخر الماء. وبطبيعة الحال، تعتبر اللقطات الشمسية السلبية أكثر تقليدية وكانت الوحيدة التي تمت مناقشتها حتى هذه اللحظة. ومع ذلك، يمكن أن تحصل اللقطات النشطة على الحرارة "المهدورة" من عدد لا يحصى من المصادر. يعد العازل الجيد ضروريًا لتقليل الخسائر الحرارية وإطالة عملية التبخر حتى أثناء الليل. [4] [5] تشتمل المواد العازلة التي يمكن استخدامها على أشياء مثل الستايروفوم بغطاء من مادة البولي بروبيلين، أو الصوف (الذي يمكنه الاحتفاظ ببعض عزله حتى عندما يكون مبتلًا). [6] [7]
اللقطات الشمسية السلبية
تعتمد أجهزة التقطير الشمسية التقليدية فقط على الشمس لتقطير الماء، إلا أن تعقيدها قد يصل إلى مستوى أجهزة التقطير النشطة، إن لم يكن طرق تحلية المياه الأكثر تعقيدًا. تختلف اللقطات السلبية بشكل كبير بسبب هذا القيد الواحد ويمكن تنظيمها بشكل أكبر في فئات فرعية. بعض الأنواع الشائعة من اللقطات الشمسية السلبية تشمل:
- اللقطات ذات التأثير الواحد — الصور الثابتة ذات التأثير الواحد هي الأبسط والأكثر شيوعًا، نظرًا لأنه من الضروري وجود واجهة واحدة فقط لنقل الطاقة وجمع المكثفات. أحد الأمثلة على تحدي التصميم الحاسم في جميع أجهزة التقطير الشمسية هو إبقاء جهاز التقطير محكم الغلق. إذا لم يكن محكم الإغلاق، تنخفض الكفاءة بشدة. في كثير من الأحيان يتم استخدام حوض ضحل ومطلي باللون الأسود ومغمر. جزء مائل من الغطاء الزجاجي، يسمح لبخار الماء المكثف بالانزلاق إلى قناة الإخراج. توقع 1 جالون يوميًا لكل متر مربع من الزجاج. هناك طريقة أخرى وهي البلاستيك المقولب (مثل Watercone ). ويتميز هذا بأنه يمكن جعله محكم الغلق بسهولة أكبر، كما أن الإنتاج الضخم من شأنه أن يجعله في المتناول. كفاءة 25% نموذجية. يكون الإنتاج اليومي كدالة للإشعاع الشمسي أكبر في وقت مبكر من المساء عندما تكون مياه التغذية ساخنة ولكن عندما تنخفض درجات الحرارة الخارجية. اختيار المواد مهم جدا. يمكن أن يكون الغطاء إما زجاجيًا أو بلاستيكيًا. يعتبر الزجاج هو الأفضل لمعظم التطبيقات طويلة المدى، في حين يمكن استخدام البلاستيك (مثل البولي إيثيلين) للاستخدام على المدى القصير. تعتبر الخرسانة الرملية أو الخرسانة المقاومة للماء هي الأفضل للأحواض ذات العمر الطويل إذا تم تصنيعها في الموقع، ولكن بالنسبة للمقطرات المصنعة في المصنع، فإن الخرسانة الحديدية الجاهزة هي مادة مناسبة.
- الصور الثابتة متعددة التأثيرات — تحتوي الصور الثابتة متعددة التأثيرات على جزأين أو أكثر. سطح التكثيف للمقصورة السفلية هو أرضية المقصورة العلوية. توفر الحرارة المنبعثة من بخار التكثيف الطاقة لتبخير مياه التغذية أعلاه. وبالتالي، تكون الكفاءة أكبر من الحوض الفردي الذي لا يزال يصل عادةً إلى 35% أو أكثر، ولكن التكلفة والتعقيد أعلى في المقابل، ويتطلبان جهدًا مضاعفًا فيما يتعلق بضمان إحكام الغلق، وقد يكون من الصعب تنظيفه. [10] يمكن أيضًا أن تتباين الطريقة التي يتم بها تخزين الماء لوقته في الطور السائل.
- اللقطات من نوع الحوض — تحتوي اللقطات من النوع الحوضي على الماء في مادة غير منفذة تشكل أحد مكونات العلبة بأكملها وهي الأكثر انتشارًا.
- مقطرات الفتيل - في مقطر الفتيل، يتدفق ماء التغذية ببطء عبر وسادة مسامية ماصة للإشعاع (الفتيل). يتم المطالبة بميزتين على اللقطات الحوضية. أولاً، يمكن إمالة الفتيل بحيث تقدم مياه التغذية زاوية أفضل للشمس (تقليل الانعكاس وتوفير مساحة فعالة كبيرة). ثانيًا، يوجد كمية أقل من مياه التغذية في المقطر في أي وقت، وبالتالي يتم تسخين الماء بسرعة أكبر وإلى درجة حرارة أعلى. تستخدم اللقطات الفتيلية مواد تشبه القماش تستخدم الحركة الشعرية لنشر الماء عبر النظام. عندما تكون الكفاءة والفعالية أمرًا أساسيًا، فإن التقطير الفتيل يتفوق على إنتاج التقطير الحوضي بسبب المساحة السطحية الأكبر للتبخر، وانخفاض تكلفة الطاقة لتسخين المياه، والقدرة على إنشاء مساحة فعالة أكبر بكثير للإشعاع الشمسي لنقل الطاقة إلى الماء. [11] قد تكون تكلفة بعض تصميمات الفتيل الثابتة أقل من تكلفة الحوض الثابت بنفس الناتج.
- اللقطات متعددة الفتيل - من الواضح أن اللقطات متعددة الفتيل تلعب دورًا في اللقطات التقليدية للفتيل وتشبه إلى حد كبير فرضية التأثيرات المتعددة من الأعلى، فهي تزيد الإنتاجية بشكل كبير لزيادة مساحة السطح المتأثرة بشكل كبير. [12]
- اللقطات من نوع الانتشار - تعمل الصور الثابتة من نوع الانتشار مع الأفكار التي قدمتها الصور الثابتة ذات التأثير المتعدد والفتيل وتقدم إضافي لكليهما. ولعل تاناكا وناكاتاكي يفسران بشكل أفضل التصميم الكامن وراء هذه اللقطات الفعالة، "والتي تتكون من سلسلة من الأقسام المتوازية المتقاربة والمتصلة بالفتائل المنقوعة في المياه المالحة، والتي تتمتع بإمكانيات كبيرة بسبب إنتاجيتها العالية وبساطتها." [13]
- اللقطات الدفيئة - تزوج مفهوم اللقطات الشمسية والدفيئات الزراعية.
- لتقطير الطوارئ – لتوفير مياه الشرب في حالات الطوارئ على الأرض، يمكن عمل لقطة بسيطة جدًا. ويستفيد من الرطوبة الموجودة في الأرض. كل ما هو مطلوب هو غطاء بلاستيكي، وعاء أو دلو، وحصاة.
اللقطات الشمسية النشطة
تستخدم أجهزة التقطير هذه مصادر حرارة إضافية لتعزيز العمليات الحرارية الحالية. [14] لقد تم بالفعل وضع أساس تصميم أجهزة تحلية المياه هذه في القسم أعلاه، لذا ستتم مناقشة المصادر المرتبطة بهذا الفرع من المقطرات الشمسية بإيجاز:
- المكثفات المكافئة المركبة (CPCs)
- مجمعات الألواح المسطحة [15]
- سخان شمسي
- الحرارة المهدرة الجديدة - يمكن استخدام الحرارة المهدرة كمدخل إضافي للطاقة، على سبيل المثال من المحرك أو مكثف الثلاجة أو مشعاع السيارة. [16]
- تجميع مياه الأمطار — من خلال إضافة مزراب خارجي، يمكن استخدام الغطاء الثابت لجمع مياه الأمطار لتكملة إنتاج الطاقة الشمسية.
تضيف اللقطات النشطة عنصرًا آخر من التعقيد إلى التصميم الأساسي غير المعقد، ولكن مرة أخرى يمكن لهذا التغيير أن يعزز توليد كميات أكبر وأسرع من المياه العذبة.
مبدأ التشغيل الأساسي
السمات الرئيسية للتشغيل هي نفسها بالنسبة لجميع اللقطات الشمسية. وينتقل الإشعاع الشمسي الساقط عبر الغطاء الزجاجي أو البلاستيكي ويتم امتصاصه كحرارة عن طريق سطح أسود ملامس للماء المراد تقطيره. وبالتالي يتم تسخين الماء ويطلق بخار الماء. يتكثف البخار على الغطاء، الذي يكون عند درجة حرارة أقل لأنه ملامس للهواء المحيط، ويتدفق إلى الحضيض حيث يتم تغذيته إلى خزان التخزين.
للحصول على كفاءة عالية، يجب أن تحافظ الطاقة الشمسية على:
- ارتفاع درجة حرارة ماء التغذية (غير المقطر).
- فرق كبير في درجة الحرارة بين مياه التغذية وسطح التكثيف
- تسرب بخار منخفض
يمكن تحقيق درجة حرارة عالية لمياه التغذية إذا:
- يتم امتصاص نسبة عالية من الإشعاع الوارد بواسطة مياه التغذية على شكل حرارة. ومن ثم، يلزم وجود زجاج منخفض الامتصاص وسطح جيد لامتصاص الإشعاع
- يتم الحفاظ على فقدان الحرارة من الأرض والجدران منخفضًا
- المياه ضحلة لذا لا يوجد الكثير من الحرارة
يمكن تحقيق فرق كبير في درجة الحرارة إذا:
- يمتص سطح التكثيف القليل من الإشعاع الوارد أو لا يمتصه على الإطلاق
- يؤدي تكثيف الماء إلى تبديد الحرارة التي يجب إزالتها سريعًا من سطح التكثيف عن طريق، على سبيل المثال، تدفق ثاني للماء أو الهواء، أو عن طريق التكثيف ليلًا
بناء
توجد العديد من الطرق المختلفة لبناء مقطرات شمسية، وأكثرها بدائية تتضمن حفر حفرة، والأكثر تعقيدًا هو الخروج من خط التصنيع.
تشمل مواد البناء الشائعة ما يلي:
- العزل (عادة تحت الحوض)
- المواد المانعة للتسرب
- الأنابيب والصمامات
- مرافق للتخزين
- عاكس لتركيز ضوء الشمس
- مركبات اساسيه
- فتل الأقمشة
- خشب اسود
- الجوت الأسود
- البولي ايثيلين الأسود
تُفضل المواد المتوفرة محليًا بشكل عام، ولكن قد يكون من الضروري العثور على أشياء كثيرة، مثل المواد المانعة للتسرب، من البائعين الأجانب. [12]
وبما أن أحد الأهداف الرئيسية للتقطير بالطاقة الشمسية هو توفير مصدر نظيف للمياه، فإن التطهير المناسب بعد البناء أمر بالغ الأهمية. بعض طرق التنظيف الأقل كثافة يمكن أن تكون استخدام الصابون أو منظفات الغسيل. يعتبر الغطاء الزجاجي أكثر فائدة من حيث الصيانة من الغطاء البلاستيكي، وذلك بسبب الخصائص الكهروستاتيكية للبلاستيك التي يمكن أن تجعله منارة للمخلفات. [17] يمكن حصاد المحلول الملحي المتبقي بعد التقطير الشامل للحصول على ملح البحر، لأنه أصبح الآن سلعة قيمة في حد ذاته. [18]
حوض واحد لا يزال
على الرغم من انتشار الأنواع الجديدة، لا يزال الحوض الفردي هو التصميم الوحيد الذي تم إثباته في هذا المجال. تم بناء ما لا يقل عن 40 صورة ثابتة لحوض واحد بمساحات أكبر من 100 متر مربع (وتصل إلى 9000 متر مربع) بين عامي 1957 و1980. 27 منها كانت ذات أغطية زجاجية و9 منها كانت بلاستيكية. لا تزال 24 من اللقطات المغطاة بالزجاج تعمل بشكلها الأصلي، ولكن هناك وحدة واحدة فقط مغطاة بالبلاستيك تعمل. وهناك مئات من اللقطات الأصغر حجمًا تعمل، ولا سيما في أفريقيا. تعتمد تكلفة المياه النقية المنتجة على:
- تكلفة صنع الساكنة
- تكلفة الأرض
- حياة الساكنة
- تكاليف التشغيل
- تكلفة مياه التغذية
- تم اعتماد معدل الخصم
- كمية المياه المنتجة
تبلغ تكلفة جهاز التقطير الشمسي عادةً 50-70 جنيهًا إسترلينيًا للمتر المربع. عادة ما يكون سعر الأراضي نسبة صغيرة من هذا المبلغ في المناطق الريفية، ولكنه قد يكون باهظًا في البلدات والمدن. عادةً ما يستغرق عمر الزجاج ما بين 20 إلى 30 عامًا ولكن تكاليف التشغيل يمكن أن تكون كبيرة خاصة لاستبدال الزجاج المكسور. يختلف الأداء بين المواقع الاستوائية ولكن ليس بشكل كبير. يبلغ متوسط الإنتاج 2.5-3.0 1/م²/يوم بشكل نموذجي، أي حوالي 1م³/م²/سنة.
التطبيقات
هناك حاجة ماسة لمياه الشرب النظيفة والنقية في العديد من البلدان النامية. غالباً ما تكون مصادر المياه قليلة الملوحة (أي تحتوي على أملاح مذابة) و/أو تحتوي على بكتيريا ضارة، وبالتالي لا يمكن استخدامها للشرب. بالإضافة إلى ذلك، هناك العديد من المواقع الساحلية حيث تتوافر مياه البحر ولكن المياه الصالحة للشرب غير متوفرة. المياه النقية مفيدة أيضًا للبطاريات وفي المستشفيات أو المدارس. التقطير هو أحد العمليات العديدة التي يمكن استخدامها لتنقية المياه. وهذا يتطلب مدخلات الطاقة، حيث أن الحرارة والإشعاع الشمسي يمكن أن يكون مصدر الطاقة. وفي هذه العملية، يتبخر الماء، وبالتالي يتم فصل بخار الماء عن المادة الذائبة، والتي يتم تكثيفها على شكل ماء نقي.
بشكل عام، يتم استخدام أجهزة التقطير الشمسية في المناطق التي يصعب فيها الحصول على مياه الأنابيب أو مياه الآبار. تشمل هذه المناطق المواقع النائية أو المواقع التي يؤدي فيها انقطاع التيار الكهربائي المتكرر إلى عدم إمكانية الاعتماد على المضخات. وفي مثل هذه المناطق، يمكن للمقطرات الشمسية أن توفر مصدرًا بديلاً للمياه النظيفة. الاستخدام الرئيسي للمقطرات الشمسية الصغيرة هو في البلدان النامية حيث لم تصل بعد التكنولوجيا اللازمة لتقطير كميات كبيرة من المياه بشكل فعال على نطاق تجاري. والعيب هو أن كل فرد لا يزال ينتج كمية صغيرة نسبيا من المياه النظيفة.
تطبيق آخر للقطات الطاقة الشمسية هو البقاء في الهواء الطلق في الريف. يمكن إنشاء لقطات شمسية بسيطة من خلال الاستفادة من معدات ومواد التخييم الأساسية المتوفرة في البيئة الطبيعية. عادةً ما تكون اللقطات المخصصة لأغراض البقاء على قيد الحياة من نوع الحفرة غير المتطورة نسبيًا، نظرًا لأنها الأسهل في الإنتاج. يمكن للمرء استخراج الرطوبة من الأرض، ولكن يمكن استكمال الرطوبة المتوفرة محليًا بإضافة الماء داخل المقطر أو على طول حوافه. وحيثما لا تتوفر مصادر مياه بسهولة، يمكن استخدام البول أو النباتات الممزقة داخل الحفرة. في حين أن التقطيرات الشمسية المؤقتة لا توفر في كثير من الأحيان ما يكفي من المياه للبقاء على قيد الحياة على المدى الطويل، إلا أنها يمكن أن تمنع الجفاف لفترات قصيرة من الزمن.
تعتمد العديد من المجلات والباحثين وغيرهم كثيرًا على الجوانب الفنية للتقطير الشمسي لإثبات قيمته. [19] ولكي تكون هذه التكنولوجيات مستدامة اجتماعيا، يجب أن: [19]
- أن يكون مقبولا من قبل المجتمع
- تلبية احتياجاتهم من المياه
- أن تكون في حدود قدرتها على التشغيل والصيانة
إن الوضع الحالي لم يتغير كثيرًا عما كان عليه قبل 50 عامًا. لا تزال التقنيات كثيفة الاستهلاك للطاقة والتكلفة تتفوق على تحلية المياه في العالم الحديث. [20] ولهذا السبب، تلجأ العديد من البلدان والمجتمعات النامية، على المستويات الكبيرة والصغيرة، إلى الوضع الراهن ، عندما توجد حلول أكثر ملاءمة. [21]
التحجيم والبدائل
يحتاج الإنسان إلى لتر أو لترين من الماء يومياً ليعيش. الحد الأدنى لمتطلبات الحياة الطبيعية في البلدان النامية (والتي تشمل الطبخ والتنظيف وغسل الملابس) هو 20 لترًا يوميًا (في العالم الصناعي 200 إلى 400 لترًا يوميًا نموذجيًا). ومع ذلك، يمكن أداء بعض الوظائف باستخدام الماء المالح، والمتطلبات النموذجية للمياه المقطرة هي 5 لترات للشخص الواحد يوميًا. لذلك هناك حاجة إلى 2 متر مربع لكل شخص يتم خدمته.
ينبغي عادةً النظر في اللقطات الشمسية فقط لإزالة الأملاح الذائبة من الماء. إذا كان هناك خيار بين المياه الجوفية قليلة الملوحة أو المياه السطحية الملوثة، فسيكون عادةً من الأرخص استخدام مرشح رملي بطيء أو أي جهاز معالجة آخر. إذا لم يكن هناك مياه عذبة فإن البدائل الرئيسية هي تحلية المياه والنقل وجمع مياه الأمطار.
وعلى عكس تقنيات تحلية المياه الأخرى، فإن أجهزة التقطير الشمسية تكون أكثر جاذبية كلما قل الإنتاج المطلوب. وتتناسب التكلفة الرأسمالية الأولية للقطات تقريبًا مع القدرة، في حين أن الطرق الأخرى لها وفورات كبيرة في الحجم. وبالتالي، بالنسبة للأسرة الفردية، لا تزال الطاقة الشمسية هي الأكثر اقتصادية. بالنسبة لمخرجات تبلغ 1 متر مكعب في اليوم أو أكثر، يجب اعتبار التناضح العكسي أو التحليل الكهربائي بديلاً للمقطرات الشمسية. سيعتمد الكثير على مدى توفر الطاقة الكهربائية وسعرها.
بالنسبة لمخرجات تبلغ 200 متر مكعب/اليوم أو أكثر، عادةً ما يكون ضغط البخار أو التبخر السريع أرخص. يمكن للتكنولوجيا الأخيرة تلبية جزء من احتياجاتها من الطاقة عن طريق سخانات المياه الشمسية. في أجزاء كثيرة من العالم، يتم نقل المياه العذبة من منطقة أو مكان آخر عن طريق القوارب أو القطارات أو الشاحنات أو خطوط الأنابيب. عادة ما تكون تكلفة المياه المنقولة بواسطة المركبات بنفس حجم التكلفة التي تنتجها التقطيرات الشمسية. قد يكون خط الأنابيب أقل تكلفة بالنسبة للكميات الكبيرة جدًا. يعد تجميع مياه الأمطار تقنية أبسط من التقطير الشمسي في المناطق التي لا تندر فيها الأمطار، ولكنها تتطلب مساحة أكبر وعادةً ما تحتوي على خزان أكبر. في حالة وجود أسطح تجميع جاهزة (مثل أسطح المنازل) فقد توفر مصدرًا أقل تكلفة للحصول على المياه النظيفة.
نظرية
من الأمثلة الشائعة جدًا، وأكبر مثال على التقطير الشمسي، هي دورة المياه الطبيعية التي تمر بها الأرض. جاء في "فهم اللقطات الشمسية": [22]
يتطلب تبخر الماء الكثير من الطاقة. في حين أن هناك حاجة إلى كمية معينة من الطاقة لرفع درجة حرارة كيلوغرام من الماء من 0 إلى 100 درجة مئوية، فإن الأمر يستغرق خمسة أضعاف ونصف هذا القدر لتحويله من الماء عند 100 درجة مئوية إلى بخار الماء عند 100 درجة مئوية. درجة مئوية. ومع ذلك، فإن كل هذه الطاقة تقريبًا تعاد عندما يتكثف بخار الماء. وهذه هي الطريقة التي نحصل بها على المياه العذبة في السحب من المحيطات، عن طريق التقطير الشمسي. كل المياه العذبة على الأرض تم تقطيرها بالطاقة الشمسية.
إن رحلة جزيء الماء من الطور المائي إلى الطور الغازي صعبة. سيكون هناك عامل هائل هو الفرق في درجة الحرارة بين المياه السطحية والمياه السطحية، سواء كانت زجاجية أو بلاستيكية. تتضمن بعض المعادلات ذات الصلة ما يلي: [23]
- تصف المعادلة 1 الكفاءة الحرارية اللحظية فيما يتعلق بمعدل انتقال الحرارة التبخرية من سطح الماء إلى الغطاء الزجاجي لكثافة الإشعاع الشمسي.
- تمثل المعادلة 2 معدل نقل الحرارة التبخرية من Eqn. (1) وعلاقته بحاصل معامل انتقال الحرارة بالحمل الحراري من سطح الماء إلى الفرق الزجاجي بين ضغط البخار الجزئي للماء والغاز.
- المعادلة 3 هي معادلة تحديد الإنتاج الشهري من نواتج التقطير.
- تم تطوير المعادلة 4 لوصف فترة السداد، n p كدالة لـ Unacost، أو المبلغ السنوي الموحد في نهاية العام حيث P هي التكلفة الأولية وi سعر الفائدة.
الطاقة اللازمة لتبخير الماء هي الحرارة الكامنة لتبخير الماء. تبلغ قيمة ذلك 2260 كيلوجول لكل كيلوجرام (كيلوجول/كجم). وهذا يعني أن إنتاج 1 لتر (على سبيل المثال 1 كجم لأن كثافة الماء هي 1 كجم/لتر) من الماء النقي عن طريق تقطير الماء المالح يتطلب مدخلات حرارية تبلغ 2260 كيلوجول. وهذا لا يسمح بكفاءة طريقة التسخين التي ستكون أقل من 100%، أو بأي استعادة للحرارة الكامنة التي يتم رفضها عند تكثيف بخار الماء.
تجدر الإشارة إلى أنه على الرغم من أن 2260 كيلو جول/كجم مطلوب لتبخير الماء، إلا أن ضخ كجم من الماء خلال رأس 20 مترًا يتطلب 0.2 كيلو جول/كجم فقط. لذلك لا يتم النظر في التقطير عادة إلا في حالة عدم وجود مصدر محلي للمياه العذبة التي يمكن ضخها أو رفعها بسهولة.
يتم إعطاء طريقة تقريبية لتقدير إنتاج المقطر الشمسي بواسطة:
- س = (ه × ز × أ) / 2.3
أين:
- Q = الناتج اليومي من الماء المقطر (لتر/يوم)
- E = الكفاءة الشاملة
- G = الإشعاع الشمسي العالمي اليومي (ميجا جول/م²)
- A = مساحة فتحة الملتقط، أي المساحات المخططة لحوض بسيط (²)
في أي بلد نموذجي، يبلغ متوسط الإشعاع الشمسي العالمي اليومي 18.0 ميجا جول/م2 (5 كيلووات ساعة/م2). لا يزال الحوض البسيط يعمل بكفاءة إجمالية تبلغ حوالي 30%. وبالتالي فإن الناتج لكل متر مربع من المساحة هو:
- الناتج اليومي = (0.30 × 18.0 × 1) / 2.3 = 2.3 لتر (لكل متر مربع)
غالبًا ما يُشار إلى الناتج السنوي لجهاز التقطير الشمسي بحوالي متر مكعب واحد لكل متر مربع.
تاريخ
تقطير المياه بالطاقة الشمسية هي تقنية شمسية ذات تاريخ طويل جدًا وقد تم بناء المنشآت منذ أكثر من 2000 عام، على الرغم من أنها تنتج الملح بدلاً من مياه الشرب. بدأ الاستخدام الموثق للمقطرات الشمسية في القرن السادس عشر. تم بناء محطة شمسية مبكرة واسعة النطاق في عام 1872 لتزويد مجتمع التعدين في تشيلي بمياه الشرب. تم الإنتاج الضخم لأول مرة خلال الحرب العالمية الثانية عندما تم تصنيع 200000 من اللقطات البلاستيكية القابلة للنفخ ليتم الاحتفاظ بها في حرف النجاة للبحرية الأمريكية.
لقد تم استخدام اللقطات الشمسية منذ مئات السنين. تعود أقدم الأمثلة المعروفة إلى عام 1551 عندما استخدم الكيميائيون العرب مثل هذه اللقطات. في عام 1882، اخترع تشارلز ويلسون أول جهاز التقطير التقليدي الحديث، وهو عبارة عن محطة ضخمة للطاقة الشمسية تم استخدامها لتوفير المياه العذبة لمجتمع التعدين في شمال تشيلي. اليوم، تم بناء مئات من محطات الطاقة الشمسية الثابتة وآلاف من محطات الطاقة الشمسية الفردية في جميع أنحاء العالم.
يرجع تاريخ أول بداية لاستخدام الطاقة الشمسية لتحلية المياه إلى أرسطو خلال القرن الرابع قبل الميلاد [24] [25] [26] [22] تشير الإسنادات السابقة إلى الكتاب المقدس واستخدام موسى لقطعة من الخشب لإزالة " مرارة" من الماء (خروج 15: 25، النسخة الإنجليزية القياسية). أول حساب موثق لاستخدام التقطير الشمسي لتحلية المياه كان من قبل جيوفاني باتيستا ديلا بورتا في عام 1958. [24] ومع ذلك، لا توجد منشورات عن التقطير الشمسي ذات سمعة طيبة تتجاهل أبا التقطير الشمسي، كارلوس ويلسون، مبتكر أول شمس حديثة. محطة تحلية المياه بالطاقة، بنيت في لاس ساليناس (الأملاح)، تشيلي عام 1872. [24] [22] [27] [28] [29] [30] يمكن اعتبار محطة تحلية المياه هذه "أول منشأة صناعية لـ استغلال الطاقة الشمسية." [30] تم تصور مصنع لاس ساليناس للاستفادة من النفايات السائلة القريبة من تعدين الملح الصخري لتزويد عمال المناجم وأسرهم بالمياه العذبة. [24] كانت المنشأة كبيرة جدًا في وقتها والآن: [24]
تم بناء المصنع من إطار خشبي وخشبي مغطى بطبقة واحدة من الزجاج. وتتكون من 64 خليجًا بمساحة إجمالية قدرها 4450 م 2 ومساحة أرض إجمالية قدرها 7896 م 2 . وتنتج 22.70 م 3 من المياه العذبة يومياً. استمر المصنع في العمل لمدة 40 عامًا تقريبًا حتى استنفدت المناجم.
تراجع الاهتمام بالتقطير الشمسي لبعض الوقت، حتى دفعت الأحداث التاريخية إلى مزيد من البحث والتطوير. كانت الحرب العالمية الثانية حافزًا كبيرًا لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا لتطوير أجهزة التقطير الشمسية المناسبة لاستخدامها في المناطق النائية من العالم أثناء حالات الطوارئ. صُنعت هذه المقطرات الشمسية الصغيرة لتطفو وتجمع المياه المالحة لتحلية، حيث كانت تطفو بجانب قوارب النجاة والطوافات. [24] تم إجراء دراسات أكثر أهمية حول التقطير الشمسي من قبل مكتب المياه المالحة، وهو قطاع تابع للحكومة الأمريكية، في عام 1952. وتم إجراء العديد من التجارب على مفاهيم مختلفة للمقطر الشمسي، بما في ذلك الأحواض متعددة التأثير وتطبيق المكثفات. . [24] انتهى هذا الاتجاه قرب أوائل السبعينيات مع ظهور تقنيات تحلية المياه الأكثر ربحًا مثل التناضح العكسي المذكور أعلاه أو الوميض متعدد المراحل، وهي تقنية تتضمن سلسلة من المراحل حيث يعتمد التبخر على خفض ضغط كل مرحلة لخفض ضغط المياه. نقطة الغليان أو "الوميض" من الماء. [31] [32] واليوم، يأتي الحماس المتجدد للتقطير الشمسي من الأفراد والمجتمعات والمنظمات التي تسعى إلى تكنولوجيا مناسبة رخيصة الثمن وبسيطة ويمكن تصورها في المناطق الريفية. [17]
مشاريع ذات صلة
أنظر أيضا
روابط خارجية
- ويكيبيديا:الطاقة الشمسية
- ويكيبيديا:هرم الماء - جهاز الطاقة الشمسية التجاري
- اللقطات الشمسية القائمة على الطاقة الكهروضوئية: تصميم أكثر كفاءة - يمكن الفصل بين الغرفتين بشكل أفضل
- Aquaver WTS-40 - يمكنه استخدام الطاقة الحرارية/الحرارة القادمة من الشمس
- المياه العذبة مع جهاز تقطير المياه المطبوع ثلاثي الأبعاد
قراءة متعمقة
- مالك AS وآخرون. آل. (1982) التقطير الشمسي ، مطبعة بيرغامون – يقدم نصًا تقنيًا شاملاً
- تطوير التقنيات المناسبة في بيرو (1988) مجلة Waterlines، المجلد 7، العدد 2.
مراجع
- ^ (2008). تحلية المياه، منظور وطني. المجلس الوطني للبحوث التابع للأكاديميات الوطنية.
- ↑ أبو عربي، م. (2007). وضع وآفاق تحلية المياه بالطاقة الشمسية في منطقة الشرق الأوسط وشمال أفريقيا. تحلية المياه بالطاقة الشمسية للقرن الحادي والعشرين، 163-178.
- ^ باتون، سي، وديفيز، ب. (2006). تبريد الدفيئة بمياه البحر والمياه العذبة والمنتجات الطازجة من مياه البحر. في المؤتمر الدولي الثاني للموارد المائية في البيئات القاحلة بالرياض.
- ^ لوف، جو (1961). المشاكل الأساسية في التقطير الشمسي. وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم بالولايات المتحدة الأمريكية، 47(8)، 1279.
- ^ جوسن، إم إف، سبلاني، إس إس، شايع، دبليو إتش، باتون، سي، & الهنائي، هـ. (2000). الاعتبارات الديناميكية الحرارية والاقتصادية في تحلية المياه بالطاقة الشمسية. تحلية المياه, 129(1), 63-89.
- ↑ إهالاويلا، PHCA، وكريم، MA (2007). جهاز تقطير المياه بالطاقة الشمسية الأوتوماتيكي الرخيص. في وقائع الجلسات الفنية (المجلد 23، الصفحات 41-45).
- ^ باشا، ه.، معالج، AY، & DHIA، HB (2007). منهجية التنبؤ بتشغيل وحدة تحلية المياه بالطاقة الشمسية. تحلية المياه بالطاقة الشمسية للقرن الحادي والعشرين، 69-82.
- ^ إيتوني، هـ، وريزوتي، إل (2007). تحلية المياه بالطاقة الشمسية: تحدي المياه العذبة المستدامة في القرن الحادي والعشرين. تحلية المياه بالطاقة الشمسية للقرن الحادي والعشرين، 1-18.
- ^ باتون، سي، وديفيز، ب. (2006). تبريد الدفيئة بمياه البحر والمياه العذبة والمنتجات الطازجة من مياه البحر. في المؤتمر الدولي الثاني للموارد المائية في البيئات القاحلة بالرياض.
- ^ بلانكو، جيه، وألاركون، د. (2007). تجربة PSA في تحلية المياه بالطاقة الشمسية: تطوير التكنولوجيا وأنشطة البحث. تحلية المياه بالطاقة الشمسية للقرن الحادي والعشرين، 195-206.
- ^ نوبل ، نيل (2012). التقطير الشمسي. تم الاسترجاع من http://web.archive.org/web/20140608080946/http://practicalaction.org:80/solar-distillation-1
- ↑انتقل إلى:12.0 12.1 فيلموروجان، ف.، وسريثار، ك. (2011). تحليل أداء المقطرات الشمسية على أساس العوامل المختلفة المؤثرة على الإنتاجية – مراجعة. مراجعات الطاقة المتجددة والمستدامة، 15(2)، 1294-1304.
- ^ تاناكا، هـ، وناكاتاكي، ي. (2007). تجارب خارجية لوحدة شمسية ذات انتشار رأسي مقترنة بلوحة عاكسة مسطحة. تحلية المياه, 214(1), 70-82.
- ^ أيبار ، هـ. (2007). مراجعة لتحلية المياه بالطاقة الشمسية. تحلية المياه بالطاقة الشمسية للقرن الحادي والعشرين، 207-214.
- ^ قابيل، ع، والعجوز، س.أ (2011). مراجعة الأبحاث والتطورات المتعلقة بالمقطرات الشمسية. تحلية المياه, 276(1), 1-12.
- ^ ماندافيل، ج. (1972). بعض التجارب على اللقطات الأرضية الشمسية في شرق الجزيرة العربية. المجلة الجغرافية، 64-66.
- ↑انتقل إلى:17.0 17.1 إيبلينج، جيه إيه، تالبرت، إس جي، ولوف، جوج (1971). اللقطات الشمسية للاستخدام المجتمعي – ملخص التكنولوجيا. الطاقة الشمسية، 13(2)، 263-276.
- ^ كوبش، أو. (2007). اللقطات الشمسية: 10 سنوات من الخبرة العملية في تسويق اللقطات الشمسية في جميع أنحاء العالم. تحلية المياه بالطاقة الشمسية للقرن الحادي والعشرين، 239-246.
- ↑انتقل إلى:19.0 19.1 Werner, M., & Schäfer, AI (2007). الجوانب الاجتماعية لوحدة تحلية المياه تعمل بالطاقة الشمسية للمجتمعات الأسترالية النائية. تحلية المياه, 203(1), 375-393.
- ^ الشايبي، MT (2000). نظرة عامة على تحلية المياه بالطاقة الشمسية لتلبية احتياجات المياه المنزلية والزراعية في المناطق القاحلة النائية. تحلية المياه, 127(2), 119-133.
- ^ بلومر، جيه دبليو، إيبلينج، جيه إيه، إيروين، جي آر، ولوف، جو (1965). جهاز التقطير الشمسي العملي من نوع الحوض. الطاقة الشمسية, 9(4), 197-200.
- ↑انتقل إلى:22.0 22.1 22.2 جورد، جيه، ومكراكن، هـ. (1985). فهم اللقطات الشمسية. المتطوعون في المساعدة الفنية (VITA).
- ^ ميدوجو، دويتشه فيله، ونداتونج، إل جي (2009). التحليل النظري لتقطير الماء باستخدام المقطر الشمسي. المجلة الدولية للعلوم الفيزيائية, 4(11)، 705-712.
- ↑انتقل إلى:24.0 24.1 24.2 24.3 24.4 24.5 24.6 24.7 24.8 ديليانيس إي. (2003). الخلفية التاريخية لتحلية المياه والطاقات المتجددة. الطاقة الشمسية، 75(5)، 357-366.
- ^ تيواري، جي إن، سينغ، إتش إن، وتريباثي، ر. (2003). الوضع الحالي للتقطير الشمسي. الطاقة الشمسية، 75(5)، 367-373.
- ^ فيلموروغان، في، وسريثار، ك. (2011). تحليل أداء المقطرات الشمسية على أساس العوامل المختلفة المؤثرة على الإنتاجية – مراجعة. مراجعات الطاقة المتجددة والمستدامة، 15(2)، 1294-1304.
- ↑ الحايكة، ط.، وبدران، OO (2004). تأثير استخدام تصميمات مختلفة للمقطرات الشمسية على تقطير الماء. تحلية المياه, 169(2), 121-127.
- ^ جوسن، إم إف، سبلاني، إس إس، شايع، دبليو إتش، باتون، سي، & الهنائي، هـ. (2000). الاعتبارات الديناميكية الحرارية والاقتصادية في تحلية المياه بالطاقة الشمسية. تحلية المياه, 129(1), 63-89.
- ^ بوشكيمة، ب. (2003). محطة صغيرة لتحلية المياه بالطاقة الشمسية لإنتاج مياه الشرب في المناطق القاحلة النائية جنوب الجزائر. تحلية المياه, 159(2), 197-204.
- ↑انتقل إلى:30.0 30.1 هيرشمان، جي آر (1975). التقطير الشمسي في تشيلي تحلية المياه, 17(1), 31-67.
- ^ الدسوقي، إتش تي، إتوني، جلالة الملك، والرومي، ي. (1999). تحلية المياه بالوميض متعدد المراحل: الحاضر والمستقبل. مجلة الهندسة الكيميائية، 73(2)، 173-190.
- ↑ فتح، سعادة (1998). التقطير بالطاقة الشمسية: بديل واعد لتوفير المياه بالطاقة المجانية والتكنولوجيا البسيطة وبيئة نظيفة. تحلية المياه, 116(1), 45-56.
بيانات الصفحة