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太陽光発電淡水化装置は、太陽光を利用した直接的または間接的な淡水化方法により、塩水から飲料水を 生成します。太陽エネルギーは、より一般的な熱淡水化システムを太陽熱集熱器を介して直接駆動し、物理的および化学的淡水化システムを太陽電池を介して間接的に駆動する能力があるため、最も有望な再生可能エネルギー源です。[1]
直接太陽熱淡水化は、太陽熱集熱器で直接蒸留物を生成します。一例として、太陽エネルギーを捕らえて蒸発と凝縮のプロセスを経て淡水を得る太陽熱蒸留器が挙げられます。間接太陽熱淡水化は、太陽エネルギー収集システムと、多段フラッシュ蒸留、多重効用蒸発、凍結分離、逆浸透などの従来の淡水化システムを組み合わせて淡水を生成します。[2]
直接太陽光淡水化
太陽蒸留器
太陽熱脱塩装置の 1 つのタイプは太陽熱蒸留器で、凝縮トラップにも似ています。太陽熱蒸留器は、太陽の熱を使用して湿った土壌から蒸発させ、周囲の空気を使用して凝縮膜を冷却する、水を蒸留するシンプルな方法です。太陽熱蒸留器には、ボックス型とピット型という 2 つの基本的なタイプがあります。ピット型蒸留器では、不純な水はコレクターの外側に閉じ込められ、透明なプラスチックを通して輝く太陽光によって蒸発します。純粋な水蒸気は、冷たいプラスチックの内側の表面で凝縮し、重りの付いた低い点から滴り落ち、そこで集められて取り除かれます。ボックス型はより洗練されています。太陽熱水蒸留の基本原理はシンプルですが効果的です。蒸留は、自然界で雨が降る仕組みを再現しているからです。太陽のエネルギーが水を蒸発点まで加熱します。水が蒸発すると、水蒸気が上昇し、集めるためにガラスの表面に凝縮します。このプロセスにより、塩や重金属などの不純物が除去され、微生物が排除されます。最終的には、最も純粋な雨水よりもきれいな水が生まれます。[要出典]
間接太陽光淡水化
間接太陽熱淡水化システムは、太陽熱収集システムと淡水化システムの 2 つのサブシステムで構成されています。太陽熱収集システムは、太陽熱集熱器を使用して熱を収集し、熱交換器を介して熱淡水化プロセスに供給するか、または太陽電池を使用して電磁太陽放射を電気に変換し、電気駆動の淡水化プロセスに電力を供給するために使用されます。
太陽光発電逆浸透膜
浸透は、水が膜を通過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。浸透圧よりも大きな圧力を高濃度側に加えると、水の流れを逆転させることができます。逆浸透淡水化システムでは、海水圧を自然浸透圧以上に上げ、純水を膜の細孔から淡水側に押し出します。逆浸透（RO）は、大規模な水の前処理が必要であるにもかかわらず、熱淡水化システムと比較してエネルギー効率が優れているため、設置容量の点で最も一般的な淡水化プロセスです。さらに、消費された機械的エネルギーの一部は、エネルギー回収装置を使用して濃縮塩水排出物から回収できます。[1]
太陽光発電（PV）とROシステムの両方のモジュール性と拡張性により、太陽光発電によるRO淡水化は実証プラントで一般的になっています。PV駆動RO淡水化の詳細な経済分析[3]と徹底した最適化戦略[4]が実施され、好ましい結果が報告されています。経済性と信頼性の考慮は、PV駆動RO淡水化システムを改善する上での主な課題です。しかし、PVパネルのコストが急速に低下しているため、太陽光発電による淡水化はこれまで以上に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淡水化装置がテストされました。「逆浸透ソーラー設備」（ROSI）は、膜ろ過を使用して、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提供します。太陽エネルギーは、従来の逆浸透システムの通常高いエネルギー運用コストと温室効果ガス排出を克服します。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や、水の硬度を引き起こす炭酸カルシウムなどのミネラルも除去できます。[5]
ウーロンゴン大学工学部のプロジェクトリーダー、アンドレア・シェーファー博士は、ROSIは都市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があると語った。[5]
地下水（溶解塩分やその他の汚染物質が含まれている可能性がある）または表層水（高濁度または微生物が含まれている可能性がある）が、限外濾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、浄化の第2段階でナノ濾過と逆浸透にかけられ、塩分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、オーストラリアの電力網が整備されていない遠隔地で利用できる豊富な太陽光を利用して、水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、逆浸透淡水化プラントの電力供給に有効な選択肢と考えられています。独立モードとPV-バイオディーゼルハイブリッドモードの両方で、0.05MLDから300MLDの容量の技術経済性がIITマドラスの研究者によって調査されました。技術実証として、500リットル/日の容量のプラントが設計され、設置され、稼働しています。[7]
エネルギー貯蔵
太陽光は断続的で、日中は強度が変化するため、夜間の淡水化は困難ですが、いくつかのエネルギー貯蔵オプションを使用して 24 時間稼働させることができます。バッテリーは太陽エネルギーを貯蔵して夜間に使用できます。熱エネルギー貯蔵システムは夜間や曇りの日でも一定のパフォーマンスを保証し、全体的な効率を向上させます。[8]また、貯蔵された重力エネルギーを利用して、日光が当たらない時間に太陽光発電逆浸透装置にエネルギーを供給することもできます。[要出典]
参照
参考文献
- ^ ab モハマド・アブタイエ;チェンナン・リー、D;ヨギ・ゴスワミ。エリアス・K・ステファナコス（2014年1月）。ジェーン・クセラ（編）。太陽光淡水化。 551–582ページ。土井：10.1002/9781118904855.ch13。ISBN 9781118904855. S2CID 243368304。
{{cite book}}:|journal=無視されました (ヘルプ) - ^ 太陽熱淡水化技術
- ^ Fiorenza , G.; Sharma, VK; Braccio, G. (2003 年 8 月)。「太陽光発電による淡水化プラントの技術経済的評価」。エネルギー変換と管理。44 (14): 2217–2240。Bibcode : 2003ECM ....44.2217F。doi :10.1016/S0196-8904(02)00247-9。
- ^ Laborde, HM; França, KB; Neff, H.; Lima, AMN (2001 年 2 月)。「太陽エネルギーに基づく小規模逆浸透水淡水化システムの最適化戦略」。脱塩。133 ( 1): 1–12。Bibcode :2001Desal.133....1L。doi : 10.1016/S0011-9164(01)00078-9。
- ^ ab 「受賞歴のある太陽光発電式淡水化ユニットがオーストラリア中部の水問題の解決を目指す」ウーロンゴン大学。2005年11月4日。 2017年7月19日閲覧。
- ^ オーストラリアにおける太陽光発電による淡水化：技術開発と応用
- ^ Munusamy, Kumaravel; Karuppuswamy, Sulochana; Ragavan, Gopalasami; G, Saravanan (2008). 「太陽光発電による海水淡水化プラントとその技術経済学」ISES World Congress 2007 の議事録 (第 1 巻 – 第 5 巻)第 1 巻から第 5 巻。pp. 1402–1408。doi : 10.1007/ 978-3-540-75997-3_285。ISBN 978-3-540-75996-6。
- ^ 熱エネルギー貯蔵機能を備えた太陽熱集熱器を使用した低温淡水化