تب رقم 37: 9/85
فهم اللقطات الشمسية
بواسطة هوراس مكراكين، جويل جوردس
- المراجعين الفنيين
- دانيال دنهام
- جاك لو نونماند
- داريل جي فيبن
الناشر: VITA 1600 Wilson Boulevard, Suite 500 Arlington, Virginia 22209 USA الهاتف: 703/276-1800 * الفاكس: 703/243-1865 الإنترنت: pr-info@vita.org
مقدمة
هذه الورقة هي واحدة من سلسلة نشرها متطوعون في المساعدة الفنية لتوفير مقدمة لتقنيات محددة من أحدث التقنيات التي تهم الناس في البلدان النامية. تهدف هذه الأوراق إلى استخدامها كمبادئ توجيهية لمساعدة الأشخاص على اختيار التقنيات المناسبة لمواقفهم. وليس المقصود منها تقديم تفاصيل البناء أو التنفيذ. يتم حث الأشخاص على الاتصال بـ VITA أو منظمة مماثلة للحصول على مزيد من المعلومات والمساعدة الفنية إذا وجدوا أن تقنية معينة تبدو وكأنها تلبي احتياجاتهم.
تمت كتابة الأوراق الموجودة في السلسلة ومراجعتها وتوضيحها بالكامل تقريبًا بواسطة خبراء تقنيين متطوعي VITA على أساس تطوعي بحت. وقد شارك حوالي 500 متطوع في إنتاج أول 100 عنوان تم إصدارها، وساهموا بحوالي 5000 ساعة من وقتهم. كان من بين موظفي VITA ماريا جيانوزي كمحررة، وسوزان بروكس التي تتولى التنضيد والتخطيط، ومارغريت كراوتش كمديرة للمشروع.
مؤلف هذه الورقة هو متطوع VITA هوراس مكراكين، وهو رئيس شركة مكراكين للطاقة الشمسية في ألتوراس، كاليفورنيا. المؤلف المشارك، متطوع VITA جويل جوردس، هو حاليًا محلل تصميم الطاقة الشمسية لبرنامج دعم الرهن العقاري الشمسي في ولاية كونيتيكت. المراجعون هم أيضًا متطوعون في VITA. قام دانييل دونهام بتقديم الاستشارات في مجال الطاقة الشمسية ومصادر الطاقة البديلة لشركة VITA وAID. عاش وعمل في الهند وباكستان والمغرب. وقد قام السيد دنهام أيضًا بإعداد دراسة استقصائية حديثة حول أجهزة التقطير الشمسية لصالح برنامج AID. جاك لو نورماند هو المدير المساعد في معهد بريس للأبحاث، كيبيك، كندا، الذي يجري أبحاثًا في مجال الطاقة المتجددة . وقد أشرف على العمل مع جامعي الطاقة الشمسية وكتب العديد من المنشورات حول الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والحفاظ عليها. داريل جي فيبن هو مهندس ميكانيكي وأخصائي تطوير يعمل مع منظمة الغذاء للجياع في سكوتسديل، أريزونا.
VITA هي منظمة خاصة غير ربحية تدعم الأشخاص الذين يعملون على حل المشكلات التقنية في البلدان النامية. تقدم VITA المعلومات والمساعدة التي تهدف إلى مساعدة الأفراد والمجموعات على اختيار وتنفيذ التقنيات المناسبة لمواقفهم. تحتفظ VITA بخدمة استفسار دولية، ومركز توثيق متخصص، وقائمة محوسبة من المستشارين الفنيين المتطوعين؛ يدير المشاريع الميدانية طويلة الأجل؛ وينشر مجموعة متنوعة من الأدلة والأوراق الفنية. لمزيد من المعلومات حول خدمات VITA بشكل عام، أو التكنولوجيا المعروضة في هذه المقالة، اتصل بـ VITA على 1815 North Lynn Street, Suite 200, Arlington, Virginia 22209 USA.
مقدمة
سبعة وتسعون في المئة من كتلة الماء على الأرض تقع في محيطاتها. ومن بين الـ 3 في المائة المتبقية، فإن 5/6 منها عبارة عن مياه مالحة، مما يترك 5 في المائة فقط كمياه عذبة. ونتيجة لذلك، لا يتمكن الكثير من الناس من الحصول على إمدادات كافية وغير مكلفة من مياه الشرب. ويؤدي هذا إلى تركز السكان حول إمدادات المياه الموجودة، والظروف الصحية الهامشية، وانخفاض مستوى المعيشة بشكل عام.
يستخدم التقطير الشمسي حرارة الشمس مباشرة في قطعة بسيطة من المعدات لتنقية المياه. تتكون هذه المعدات، التي يطلق عليها عمومًا جهاز التقطير الشمسي، بشكل أساسي من حوض ضحل بغطاء زجاجي شفاف. تقوم الشمس بتسخين الماء الموجود في الحوض، مما يؤدي إلى تبخره. ترتفع الرطوبة وتتكثف على الغطاء وتتدفق إلى حوض التجميع، تاركة وراءها الأملاح والمعادن ومعظم الشوائب الأخرى، بما في ذلك الجراثيم.
على الرغم من أن بناء جهاز التقطير الشمسي الذي يتسم بالفعالية وطويل الأمد قد يكون مكلفًا إلى حد ما، إلا أنه يمكن إنتاج مياه نقية بتكلفة معقولة إذا تم بناؤه وتشغيله وصيانته بشكل صحيح.
تركز هذه الورقة بشكل أساسي على أجهزة التقطير الشمسية صغيرة الحجم من نوع الأحواض كمورد لمياه الشرب للعائلات والمستخدمين الصغار الآخرين. من بين جميع تصميمات الطاقة الشمسية التي تم تطويرها حتى الآن، لا يزال نوع الحوض هو الأكثر اقتصادا.
تاريخ التقطير الشمسي
لطالما اعتبر التقطير وسيلة لجعل المياه المالحة صالحة للشرب وتنقية المياه في المناطق النائية. في وقت مبكر من القرن الرابع قبل الميلاد، وصف أرسطو طريقة لتبخير الماء غير النقي ومن ثم تكثيفه للاستخدام الصالح للشرب.
يذكر بي آي كوبر، في جهوده لتوثيق تطوير واستخدام التقطير الشمسي، أن الكيميائيين العرب كانوا أول من استخدم التقطير الشمسي لإنتاج المياه الصالحة للشرب في القرن السادس عشر. لكن أول مرجع موثق لجهاز كان في عام 1742 على يد نيكولو جيزي من إيطاليا، على الرغم من أنه من غير المعروف ما إذا كان قد تجاوز المرحلة المفاهيمية وقام ببنائه بالفعل.
تم بناء أول محطة شمسية حديثة في لاس ساليناس، تشيلي، في عام 1872، على يد تشارلز ويلسون. يتكون من 64 حوضًا مائيًا (بمساحة إجمالية 4459 مترًا مربعًا) مصنوعة من الخشب الأسود مع أغطية زجاجية مائلة. تم استخدام هذا التثبيت لتوفير المياه (20.000 لتر يوميًا) للحيوانات العاملة في عمليات التعدين. بعد أن تم فتح هذه المنطقة للخارج عن طريق السكك الحديدية، سمح للتركيب بالتدهور ولكنه ظل قيد التشغيل حتى أواخر عام 1912 - بعد 40 عامًا من بنائه الأولي. لقد شكل هذا التصميم الأساس لغالبية اللقطات التي تم إنشاؤها منذ ذلك الوقت.
خلال الخمسينيات، تم إحياء الاهتمام بالتقطير الشمسي، وفي جميع الحالات تقريبًا، كان الهدف هو تطوير محطات التقطير المركزية الكبيرة. وفي كاليفورنيا، كان الهدف هو تطوير محطات قادرة على إنتاج مليون جالون، أو 3775 مترًا مكعبًا من المياه يوميًا. ومع ذلك، بعد حوالي 10 سنوات، خلص الباحثون في جميع أنحاء العالم إلى أن محطات التقطير الشمسية الكبيرة كانت مكلفة للغاية بحيث لا يمكنها منافسة المحطات التي تعمل بالوقود. لذلك تحولت الأبحاث إلى محطات التقطير الشمسية الأصغر حجمًا.
وفي ستينيات وسبعينيات القرن العشرين، تم بناء 38 محطة في 14 دولة، بقدرات تتراوح بين بضع مئات إلى حوالي 30 ألف لتر من المياه يوميًا. وقد تم تفكيك حوالي ثلثها أو التخلي عنها منذ ذلك الحين بسبب فشل المواد. لم يتم الإبلاغ عن بناء أي منها في نطاق الحجم هذا في السنوات السبع الماضية.
على الرغم من الإحباط المتزايد بشأن محطات الطاقة الشمسية ذات الحجم المجتمعي، واصلت شركة ماكراكن للطاقة الشمسية في كاليفورنيا جهودها لتسويق أجهزة التقطير الشمسية للاستخدام السكني. يتزايد الاهتمام العالمي بالوحدات السكنية الصغيرة، والآن بعد أن أصبح سعر النفط عشرة أضعاف ما كان عليه في الستينيات، فقد ينتعش الاهتمام بالوحدات الأكبر حجمًا.
ورغم أن التقطير الشمسي في الوقت الحاضر لا يستطيع منافسة تحلية المياه بحرق النفط في المحطات المركزية الكبيرة، فمن المؤكد أنها سوف تصبح تكنولوجيا قابلة للتطبيق في غضون المائة عام المقبلة، عندما تقترب إمدادات النفط من النفاد. وعندما يأتي ذلك اليوم، سيكون السؤال الأساسي هو: "ما هي أفضل طريقة للتقطير الشمسي؟" وفي الوقت نفسه، فإن أي شخص تقريبًا ينقل مياه الشرب لأي مسافة سيكون أفضل حالًا اقتصاديًا باستخدام جهاز التقطير الشمسي.