آب شیرین کن خورشیدی
آب شیرین کن خورشیدی یکی از فناوری‌های پایدار برای تولید آب آشامیدنی از آب شور یا آب دریا است که از انرژی خورشید برای تبخیر و تقطیر آب استفاده می‌کند. این روش به‌ویژه در مناطق خشک و کم‌آب که منابع انرژی محدودی دارند، بسیار مفید و کارآمد است. در این فناوری، انرژی خورشیدی به‌عنوان منبع اصلی انرژی برای فرآیند تبخیر آب و جداسازی نمک‌ها و مواد معدنی استفاده می‌شود.
با افزایش نیاز به منابع آب شیرین و کاهش منابع آب شیرین طبیعی، آب شیرین‌کن‌های خورشیدی به‌عنوان یکی از راهکارهای مؤثر و پایدار مورد توجه قرار گرفته‌اند. این سیستم‌ها با استفاده از انرژی پاک و تجدیدپذیر، بدون ایجاد آلودگی‌های زیست‌محیطی، می‌توانند پاسخگوی نیاز روزافزون به آب آشامیدنی باشند.
مرور سریع:
فناوری انرژی خورشیدی چیست؟
فناوری انرژی خورشیدی به مجموعه‌ای از فناوری‌ها اطلاق می‌شود که از نور خورشید به‌عنوان منبع اصلی انرژی استفاده می‌کنند. این فناوری‌ها شامل تولید برق از طریق سلول‌های خورشیدی فتوولتائیک (PV)، تولید گرما از طریق کلکتورهای حرارتی خورشیدی، و تولید برق از نیروگاه‌های خورشیدی حرارتی (CSP) هستند. انرژی خورشیدی یک منبع انرژی تجدیدپذیر و پاک است که به دلیل فراوانی و عدم تولید گازهای گلخانه‌ای در هنگام تولید برق یا گرما، به عنوان یکی از راهکارهای اصلی برای مقابله با تغییرات اقلیمی و کاهش وابستگی به سوخت‌های فسیلی مورد توجه قرار گرفته است.
با پیشرفت فناوری، هزینه تولید برق از انرژی خورشیدی به‌طور قابل‌توجهی کاهش یافته و این فناوری در بسیاری از نقاط جهان به‌عنوان یک منبع انرژی رقابتی مطرح شده است. علاوه بر تولید برق، فناوری‌های خورشیدی در زمینه‌های مختلف دیگری مانند تأمین آب گرم، تصفیه آب و حتی در سیستم‌های تهویه مطبوع نیز به کار گرفته می‌شوند. این ویژگی‌ها، به همراه افزایش تقاضا برای انرژی‌های تجدیدپذیر، باعث شده‌اند که فناوری‌های خورشیدی به یکی از بخش‌های کلیدی در آینده انرژی جهانی تبدیل شوند.
روش کار آب شیرین‌کن خورشیدی
روش کار آب شیرین‌کن خورشیدی بر پایه فرآیندهای طبیعی تبخیر و تقطیر است. در این سیستم‌ها، نور خورشید بر روی سطح آب شور تابیده و باعث تبخیر آب می‌شود. بخار آب سپس در یک محفظه جداگانه متراکم شده و به صورت آب شیرین جمع‌آوری می‌شود. این فرآیند مشابه چرخه طبیعی تبخیر و بارش در طبیعت است، اما در مقیاس کوچکتر و کنترل‌شده‌تر انجام می‌شود.
این فناوری به دو روش فعال و غیر فعال تقسیم می‌شود. در روش فعال، از تجهیزات مکانیکی و الکتریکی برای بهبود و تسریع فرآیند تبخیر و تقطیر استفاده می‌شود، در حالی که در روش غیر فعال، تنها از انرژی مستقیم خورشید و جریان طبیعی هوا برای تبخیر و تقطیر آب استفاده می‌شود. هر دو روش دارای مزایا و محدودیت‌های خاص خود هستند که بسته به شرایط محیطی و نیازهای مصرف‌کننده انتخاب می‌شوند.
عملکرد تصفیه آب با انرژی خورشیدی
- آب شیرین‌کن خورشیدی غیر فعال
دستگاه های تصفیه آب خورشیدی غیر فعال، به‌صورت ساده‌تری طراحی و اجرا می‌شوند و برای کارکرد خود تنها به انرژی خورشیدی مستقیم نیاز دارند. این سیستم‌ها شامل یک محفظه شیشه‌ای یا پلاستیکی هستند که درون آن آب شور قرار می‌گیرد. نور خورشید از طریق شیشه وارد محفظه شده و آب را گرم کرده و تبخیر می‌کند. بخار حاصل بر روی سطح داخلی شیشه متراکم شده و به سمت پایین جریان می‌یابد تا به‌صورت قطره‌های آب شیرین جمع‌آوری شود.
این نوع از آب شیرین‌کن‌ها به دلیل ساختار ساده و نیاز کم به نگهداری، بسیار مقرون‌به‌صرفه هستند. اما بازدهی آنها معمولاً پایین‌تر از سیستم‌های فعال است، زیرا فرآیند تبخیر و تقطیر به‌طور کامل وابسته به شدت تابش خورشید و شرایط محیطی است.
- آب شیرین‌کن خورشیدی فعال
دستگاه های تصفیه آب خورشیدی فعال از تجهیزات پیشرفته‌تری مانند پمپ‌ها، فن‌ها و سیستم‌های حرارتی برای افزایش کارایی فرآیند تبخیر و تقطیر استفاده می‌کنند. این سیستم‌ها قادرند حجم بیشتری از آب شور را به آب شیرین تبدیل کنند و معمولاً در مقیاس‌های بزرگتر و صنعتی به کار گرفته می‌شوند. در این سیستم‌ها، نور خورشید به‌طور متمرکزتری به سطح آب تابیده می‌شود و از تکنولوژی‌های مختلفی برای افزایش دما و تسریع تبخیر استفاده می‌شود.
یکی از مزایای این سیستم‌ها، توانایی آنها در کارکرد در شرایط ناپایدار محیطی است. با استفاده از منابع انرژی اضافی، این سیستم‌ها می‌توانند حتی در روزهای ابری یا با شدت تابش کمتر نیز به کار خود ادامه دهند. این ویژگی باعث می‌شود که آب شیرین‌کن‌های فعال گزینه‌ای مناسب برای مناطقی با شرایط متغیر آب و هوایی باشند.
انواع تصفیه آب با سیستم خورشیدی
انواع مختلفی از آب شیرین کن‌های خورشیدی وجود دارد که در ادامه توضیح بیشتر درباره آنها خواهیم پرداخت.
- آب شیرین کن خورشیدی تک مرحله ای
این نوع آب شیرین کن از انرژی تابشی خورشید برای گرم کردن آب شور و تبخیر آن استفاده می‌کند. بخار آب حاصل، پس از چگالش، به آب آشامیدنی تبدیل می‌شود. ساختار این سیستم نسبتاً ساده است و به تعمیر و نگهداری کمی نیاز دارد. این سیستم‌ها به شبکه برق نیاز ندارند و می‌توان از آنها در مناطق دورافتاده که به شبکه برق دسترسی ندارند، استفاده کرد. این سیستم ها در مقایسه با آب شیرین کن های غشایی، ظرفیت تولید آب شیرین کمتری دارند. راندمان این سیستم ها به طور مستقیم به میزان تابش خورشید بستگی دارد. به دلیل نیاز به صفحات خورشیدی، این سیستم‌ها فضای نسبتاً زیادی را اشغال می کنند.
- آب شیرین کن خورشیدی چند مرحله ای
این نوع آب شیرین کن از فرآیند تقطیر برای جداسازی نمک از آب شور استفاده می‌کند. صفحات موازی و مایل در این سیستم، عمل تقطیر را به صورت مرحله ای انجام می‌دهند. این دستگاه‌هها در مقایسه با آب شیرین کن‌های تک مرحله‌ای، ظرفیت تولید آب شیرین بیشتری دارند. استفاده از صفحات جاذب و سیستم های پیش گرمکن، راندمان این سیستم‌ها را افزایش می‌دهد. آب تولید شده توسط آب شیرین کن خورشیدی چند مرحله‌ای از کیفیت بالاتری برخوردار است و قیمت بالاتری نیز دارد.
- آب شیرین کن خورشیدی فتیله ای
دستگاه تصفیه آب خورشیدی فتیله‌ای، یک سیستم تصفیه آب ساده و موثر است. این دستگاه دارای یک فتیله سیاه از جنس پارچه است که تعداد زیادی منافذ دارد و آب شور به آرامی از روی آن عبور می‌کند. نور خورشید که از روی شیشه عبور می‌کند، فتیله را گرم می‌کند و فرآیند تبخیر آغاز می‌شود. بخار آب در برخورد با شیشه تقطیر شده و سپس در کانالی جمع‌آوری می‌شود.
در نهایت، آب‌های شور از ابتدای فتیله به بیرون از آب شیرین‌کن ریخته می‌شوند. این سیستم به دلیل قرار گرفتن در مقابل اشعه خورشید و داشتن ظرفیت گرمای کمتر، می‌تواند به ازای هر مترمربع از سطح جاذب، میزان تولید بیشتری داشته باشد. از جمله معایب آن می‌توان به عدم اقتصادی بودن به دلیل پوسیدگی سریع فتیله اشاره کرد.
- آب شیرین کن خورشیدی پلکانی
دستگاه تصفیه آب خورشیدی پلکانی به دلیل داشتن فضای خالی، اشباع سریع‌تر و فاصله کم بین شیشه‌ها، نسبت به دیگر سیستم‌ها راندمان بالاتری دارد و آب شیرین بیشتری تولید می‌کند. این سیستم قابلیت تنظیم زاویه خود را نسبت به نور خورشید دارد و قابلیت تولید آب شیرین و آب گرم به طور همزمان را دارد. از معایب آن می‌توان به پیچیدگی مدل سازی و گرانی ساخت و تولید آن اشاره کرد.
- آب شیرین کن خورشیدی دودکشی
در این سیستم، آب شور روی صفحه‌ی سیاه رنگ قرار می‌گیرد و در اثر تابش نور خورشید، آب تبخیر می‌شود. بخار حاصل از تبخیر آب شور، وارد دودکش می‌شود و آنجا در اثر برخورد با یک مبادله‌کن گرمایی، تقطیر می‌شود. در نهایت، آب شور ورودی به دستگاه، گرم می‌شود و آب شیرین تولید شده در بخش پایین دودکش جمع و مورد استفاده قرار می‌گیرد.
- آب شیرین کن خورشیدی لوله ای هم مرکز
آب شیرین‌کن خورشیدی لوله‌ای هم‌مرکز از دو لوله هم‌محور تشکیل شده است، که لوله بزرگتر آن از جنس پلاستیک شفاف و لوله کوچکتر که درون لوله بزرگتر قرار می‌گیرد، از جنس فلز است. لوله کوچکتر سیاه رنگ و به عنوان صفحه جاذب عمل می‌کند. آب شور در داخل دستگاه جریان می‌یابد و از طریق سوراخ‌هایی که روی لوله‌ها ایجاد شده‌اند، به بیرون ریخته
در این نوع آب شیرین‌کن، هوا به داخل فضای حلقوی بین دو لوله فرستاده می‌شود و اشعه خورشید به وسیله لوله کوچک جذب می‌شود. این باعث افزایش رطوبت هوا به دلیل تبخیر آب شور می‌شود، هوای مرطوب وارد بخش داخلی لوله کوچکتر می‌شود و رطوبت هوا روی سطح داخلی لوله کوچک جمع‌آوری می‌شود.
- آب شیرین کن خورشیدی بازتابنده
آب شیرین‌کن خورشیدی بازتابنده برای عملکرد درست و کارآمد بودن به آیینه‌هایی نیاز دارد که در سطح عمودی به دستگاه وصل می‌شوند. استفاده از این آیینه‌ها راندمان و بازدهی کار را بالا می‌برد، اما این آیینه‌ها گران قیمت هستند و مقاومت خیلی بالایی ندارند.
مزایای استفاده از تصفیه آب توسط انرژی خورشیدی
دستگاه های تصفیه آب خورشیدی دارای مزایای زیادی هستند، از جمله استفاده از منبع انرژی تجدیدپذیر، کاهش هزینه‌های عملیاتی، و عدم تولید گازهای گلخانه‌ای. در ادامه به برخی از مزایای این دستگاه می پردازیم:
- تولید آب خالص و بهداشتی
این سیستم‌ها با حذف آلاینده‌ها، فلزات سنگین و میکروب‌ها، آب آشامیدنی سالم و باکیفیت تولید می‌کنند.
- قابلیت تبدیل آب مقطر به آب شرب
آب شیرین کن‌های خورشیدی می‌توانند حتی آب مقطر را نیز به آب آشامیدنی تصفیه کنند.
- عدم نیاز به منابع انرژی متداول
این سیستم‌ها با استفاده از انرژی خورشید کار می‌کنند و نیازی به برق یا سوخت‌های فسیلی ندارند.
- هزینه‌های پایین و اقتصادی
آب شیرین کن‌های خورشیدی در مقایسه با سایر روش‌های تصفیه آب، هزینه‌های عملیاتی و نگهداری پایین‌تری دارند.
- عدم نیاز به تجهیزات جانبی
این سیستم‌ها به تجهیزات جانبی و اضافی برای راه اندازی نیاز ندارند و به راحتی قابل نصب و استفاده هستند.
- قابلیت ساخت و تعمیر در محل
ساخت و تعمیر این سیستم‌ها به تخصص و دانش فنی پیچیده‌ای نیاز ندارد و می‌توان در محل نصب آنها را انجام داد.
- عدم نیاز به اپراتور متخصص
دستگاه های تصفیه آب خورشیدی به اپراتور متخصص برای راه اندازی و نگهداری نیاز ندارند و به راحتی قابل استفاده هستند.
چالش های استفاده از تصفیه آب انرژی خورشیدی
دستگاه های تصفیه آب خورشیدی نیز با چالش‌هایی مواجه هستند. در ادامه به برخی از آنها اشاره خواهیم کرد.
- وابستگی به شرایط آب و هوایی
یکی از مهم‌ترین معایب آنها، وابستگی زیاد به شرایط آب و هوایی و شدت تابش خورشید است که می‌تواند کارایی سیستم را در برخی مناطق محدود کند.
- هزینه سیستم های فعال
همچنین، سیستم‌های فعال به دلیل نیاز به تجهیزات اضافی و هزینه‌های نگهداری بیشتر، نسبت به سیستم‌های غیر فعال هزینه‌برتر هستند.
کاربرد های تصفیه آب انرژی خورشیدی
دستگاه های تصفیه آب خورشیدی کاربردهای گسترده‌ای در مناطق خشک و کم‌آب دارند. این سیستم‌ها می‌توانند به عنوان منبع اصلی تأمین آب آشامیدنی در روستاها و مناطق دورافتاده که دسترسی به آب شیرین طبیعی محدود است، مورد استفاده قرار گیرند. همچنین، در مواقع اضطراری مانند خشکسالی‌ها یا بلایای طبیعی، این سیستم‌ها می‌توانند به عنوان یک راهکار موقت برای تأمین آب مورد نیاز جامعه عمل کنند.
در صنایع نیز از آب شیرین‌کن‌های خورشیدی به‌عنوان یک روش پایدار و اقتصادی برای تولید آب خالص در فرآیندهای صنعتی استفاده می‌شود. این فناوری می‌تواند به کاهش مصرف آب شیرین طبیعی و همچنین کاهش اثرات زیست‌محیطی فعالیت‌های صنعتی کمک کند.
این دستگاه در صنایع و مکان های مختلفی قابل استفاده است، از جمله:
- صنایع مخابراتی: به عنوان آب باتری
- صنایع تولیدی: به منظور رفع نیازهای صنعتی
- بیمارستان‌ها: به منظور استریل کردن تجهیزات و لوازم پزشکی
- تعمیرگاه‌های خودرو: به عنوان آب رادیاتور و آب باتری
- آزمایشگاه‌ها: برای تجزیه مواد
- مناطق مجاور دریا و بنادر: برای تهیه آب آشامیدنی و خالص
مقالات بین المللی در خصوص انواع آب شیرین کن خورشیدی
لینک مقاله: https://www.sid.ir/fileserver/je/856-282039-x-1157739.pdf
چکیده مقاله: انرژی الکتریکی پاک و آب شیرین دو نیاز اساسی انسان‌ها هستند که می‌توان با استفاده مناسب از انرژی خورشیدی آنها را تأمین کرد. در این مقاله، هدف تولید همزمان برق و آب شیرین از طریق نصب یک آب‌شیرین‌کن خورشیدی همراه با یک ماژول خورشیدی نیمه‌شفاف است. سیستم خورشیدی ترکیبی در محیط نرم‌افزار ANSYS Workbench 2022 شبیه‌سازی شد. برای بررسی میزان تولید آب، سیستم در دماهای مختلف آب شور (60، 70 و 80 درجه) و سرعت‌های مختلف باد (1، 2، 3، 4 و 5 متر بر ثانیه) شبیه‌سازی شد.
همچنین، ده سناریو براساس شدت تابش و دمای آب شور تعریف و شبیه‌سازی شد. نتایج نشان داد که با افزایش دمای آب شور و سرعت باد، میزان تولید آب شیرین افزایش می‌یابد و تأثیر دمای آب شور بیشتر از سرعت باد است. با افزایش دمای آب شور از 60 به 70 و از 70 به 80 درجه، افزایش تولید آب برای سرعت باد 3 متر بر ثانیه به ترتیب 64% و 120% است. همچنین، با افزایش سرعت باد از 1 متر بر ثانیه به 5 متر بر ثانیه در دمای 70 درجه، توان خروجی سیستم 10.53% افزایش می‌یابد.
جهت مشاهده و خرید انواع دستگاه های تصفیه آب خورشیدی به فروشگاه انرژی فرتاک مراجعه نمایید.
