太陽光発電式海水淡水化装置

太陽熱脱塩装置の一種に太陽蒸留器があり、これは凝縮トラップにも似ています。太陽蒸留器は、太陽の熱を利用して湿った土壌から蒸発させ、周囲の空気で凝縮膜を冷却することで、水を蒸留するシンプルな方法です。太陽蒸留器には、箱型と穴型の2つの基本的なタイプがあります。穴型では、不純物を含む水が集熱器の外側に収容され、透明なプラスチックを通して差し込む太陽光によって蒸発します。純粋な水蒸気は、冷たい内側のプラスチック表面で凝縮し、重りの付いた低い位置から滴り落ち、そこで収集されて取り除かれます。箱型はより高度なものです。太陽熱による水の蒸留の基本原理はシンプルですが効果的で、蒸留は自然界で雨が降る仕組みを再現しています。太陽エネルギーによって水が蒸発する点まで加熱されます。水が蒸発すると、水蒸気が上昇し、ガラス表面で凝縮して収集されます。このプロセスにより、塩分や重金属などの不純物が除去され、微生物も除去されます。その結果、最も純粋な雨水よりもきれいな水が得られる。

浸透は、水が膜を通して低濃度溶液から高濃度溶液へと移動する自然現象です。高濃度側に浸透圧よりも大きな圧力を加えると、水の流れを逆転させることができます。逆浸透脱塩システムでは、海水圧を自然浸透圧以上に高めることで、純水が膜の細孔を通って淡水側に押し出されます。逆浸透（RO）は、広範な水の前処理が必要であるにもかかわらず、熱脱塩システムに比べてエネルギー効率が優れているため、設置容量の面では最も一般的な脱塩プロセスです。さらに、消費された機械エネルギーの一部は、エネルギー回収装置によって濃縮塩水排出物から回収することができます。^{[ 1 ]}

太陽光発電による逆浸透（RO）海水淡水化は、太陽光発電（PV）システムとROシステムの両方のモジュール性と拡張性により、実証プラントで広く用いられています。PV発電によるRO海水淡水化の詳細な経済分析^{[ 3 ]}と徹底的な最適化戦略^{[ 4 ]}が実施され、良好な結果が報告されています。経済性と信頼性に関する考慮事項は、PV発電によるRO海水淡水化システムの改善における主な課題です。しかし、PVパネルのコストが急速に低下しているため、太陽光発電による海水淡水化はますます実現可能になっています。

オーストラリアのノーザンテリトリーで、遠隔地のコミュニティ向けに設計された太陽光発電式海水淡水化装置の試験が行われた。「逆浸透太陽光発電設備」（ROSI）は、膜ろ過を利用して、汽水地下水などの水源から信頼性の高いきれいな飲料水を供給する。太陽エネルギーは、従来の逆浸透システムの高エネルギー運転コストや温室効果ガスの排出といった問題を克服する。ROSIは、特定の健康問題を引き起こす可能性のあるヒ素やウランなどの微量汚染物質、および水の硬度の原因となる炭酸カルシウムなどのミネラルも除去できる。^{[ 5 ]}

プロジェクトリーダーであるウロンゴン大学工学部のアンドレア・シェーファー博士は、ROSIは町の水道や電力網にアクセスできないオーストラリア全土の遠隔地のコミュニティにきれいな水をもたらす可能性を秘めていると述べた。^{[ 5 ]}

地下水（溶解塩類やその他の汚染物質を含む可能性がある）または地表水（濁度が高い、または微生物を含む可能性がある）は、限外ろ過膜を備えたタンクにポンプで送られ、ウイルスや細菌が除去されます。この水は、洗浄や入浴に適しています。その水の 10% は、第 2 段階の浄化でナノろ過と逆浸透を受け、塩類や微量汚染物質が除去され、飲料水が生成されます。太陽光発電アレイは太陽を追跡し、電力網が整備されていないオーストラリアの遠隔地で利用可能な豊富な太陽光を利用して、水の処理に必要なポンプに電力を供給します。^{[ 6 ]}

太陽光発電は、逆浸透式海水淡水化プラントの動力源として実現可能な選択肢と考えられています。IITマドラスの研究者らは、0.05 MLDから300 MLDまでの容量について、単独モードとPV-バイオディーゼルハイブリッドモードの両方における技術経済性を検討しました。技術実証機として、500リットル/日の容量のプラントが設計、設置され、稼働しています。^{[ 7 ]}