توسط : با توجه به بحران جدی آب که ایران با آن روبه‌روست، پژوهش حاضر با عنوان «عوامل مؤثر بر بهبود کارایی آب‌شیرین‌کن خورشیدی در ایران» از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. این مقاله که در «نشریه انرژی های تجدیدپذیر و نو» منتشر شده، به‌طور جامع به تحلیل و ارزیابی فناوری‌های مختلف در زمینه بهینه‌سازی سیستم‌های نمک‌زدایی با استفاده از انرژی خورشیدی می‌پردازد.
این پژوهش، راهکارهای عملی و مقرون‌به‌صرفه‌ای را برای مناطق مختلف به‌ویژه مناطق دورافتاده و کم‌برخوردار ارائه می‌دهد. نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که با بهینه‌سازی عوامل مختلف، می‌توان بازده سیستم‌های آب‌شیرین‌کن خورشیدی را تا ۷۷ درصد بهبود بخشید. این میزان افزایش کارایی، نه‌تنها امکان تولید مقادیر قابل‌توجهی آب شیرین را فراهم می‌آورد، بلکه با بهره‌گیری از انرژی تجدیدپذیر خورشیدی، راهکاری پایدار و دوستدار محیط‌زیست برای مشکل کم‌آبی ارائه می‌دهد.
با توجه به وضعیت اقلیمی ایران و فراوانی روزهای آفتابی در بیشتر مناطق کشور، اجرای این فناوری‌ها می‌تواند سهم بسزایی در تأمین آب آشامیدنی داشته باشد. این مقاله با ارائه راهکارهای کاربردی و نوآورانه، زمینه را برای توسعه و گسترش استفاده از سامانه‌های آب‌شیرین‌کن خورشیدی در مقیاس وسیع فراهم می‌سازد و نقش مهمی در مقابله با بحران آب ایفا می‌کند.
آب‌شیرین‌کن‌های خورشیدی
آب شیرین کن خورشیدی با استفاده از انرژی خورشید، انرژی مورد نیاز شیرین‌سازی آب‌های شور را تأمین می‌کند. اغلب کشورهای جهان برای تأمین آب آشامیدنی، تصفیه آب و شیرین اقدام به ساخت و طراحی آب شیرین کن‌های خورشیدی کرده‌اند. این فناوری به‌عنوان راه‌حلی امیدوارکننده برای مقابله با کمبود آب آشامیدنی مطرح است.
نحوه کار آب‌شیرین‌کن خورشیدی
این دستگاه‌ها براساس قوانین تبخیر و تقطیر کار می‌کنند. آب شوری که وارد دستگاه می‌شود، توسط تابش نور خورشید که از سطح شیشه دستگاه عبور می‌کند گرم می‌شود. پس از آن، آب شور داخل آب شیرین کن، شروع به تبخیر می‌کند. نمک، میکروب و دیگر ذرات موجود در آب در تشتک این دستگاه باقی می‌ماند و بخار آب حاصل از این فرایند، فاقد هرگونه مواد خواهد بود. بخار آب به‌سمت بالا حرکت می‌کند و در سطح زیری شیشه تقطیر جمع می‌گردد. قطرات تقطیرشده از آنجا به ظرف جمع‌کننده رفته و در آنجا به آب تصفیه شده تبدیل می‌شوند.
ازجمله مزایای این فناوری می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
- هزینه پایین
- عدم نیاز به اپراتور و کارشناس متخصص جهت نگهداری
- ساخت آسان و تعمیر در محل
- تولید آب خالص و شیرین
- عدم نیاز به منبع‌های انرژی مختلف
- عدم نیاز به تجهیزات خاص و پیچیده برای راه‌اندازی
مروری بر مطالعات انجام‌شده در زمینه بهبود بازدهی آب‌شیرین‌کن خورشیدی
محققان ایرانی به بررسی مروری مطالعات انجام‌شده در زمینه بهبود بازدهی این دستگاه‌ها پرداخته‌اند. یافته‌ها نشان می‌دهند که با بهینه‌سازی عوامل مختلف می‌توان به پیشرفت قابل‌توجهی در کارایی آب‌شیرین‌کن‌های خورشیدی دست یافت.
در این پژوهش، زمینه‌های مورد بررسی به سه بخش: عوامل خارجی، طراحی و مدل‌سازی و عوامل ویژه تقسیم‌بندی شده‌اند. در بخش عوامل خارجی، تأثیر مؤلفه‌های مختلفی ازجمله فن مکنده، لنزهای جمع‌کننده خطی، تیغه‌های متخلخل، پیش‌گرمایش مایکروویو، بازتابنده‌های خارجی چرخان، واحد پاشش تبخیری و چگالنده‌های خارجی بر عملکرد سیستم مورد مطالعه قرار گرفته است.
همچنین، در حوزه طراحی و مدل‌سازی، مواردی مانند طراحی آب‌شیرین‌کن مبتنی بر مواد تغییرفازدهنده، طراحی نمونه‌های قابل‌حمل یک‌نفره، بهینه‌سازی جمع‌کننده‌های خورشیدی، طراحی نمونه‌های بهبودیافته پلکانی و مدل‌سازی بهینه آب‌شیرین‌کن حوضچه‌ای تحلیل شده‌اند.
بخش پایانی نیز به بررسی معیارهای ویژه‌ای مانند تأثیر میدان مغناطیسی، سطوح گسترش‌یافته، اثر ترموالکتریک، ردیاب خورشیدی، استفاده از ماسه، اثرات خوردگی بر اجزا و انتخاب مکان مناسب برای نصب دستگاه اختصاص دارد.
براساس یافته‌های پژوهش‌های مورد بررسی، عوامل خارجی توانسته‌اند بازده سیستم را از حداقل ۵.۸۶ درصد مربوط به فن مکنده تا حداکثر ۶.۷۶ درصد مربوط به لنزهای خطی بهبود بخشند. همچنین معیارهای ویژه موجب افزایش بازده دستگاه شده‌اند که دامنه این بهبود از ۱۱ درصد مربوط به استفاده از ۶ پله با ارتفاع ۳.۵ سانتی‌متری تا ۷۷ درصد مربوط به کاربرد جمع‌کننده‌های لوله خلأ متغیر بوده است. این یافته‌ها نشان می‌دهد که با بهینه‌سازی عوامل مختلف می‌توان به پیشرفت قابل توجهی در کارایی آب‌شیرین‌کن‌های خورشیدی دست یافت.
برخی عوامل مؤثر بر بهبود کارایی آب‌شیرین‌کن خورشیدی
بهره‌گیری از چگالنده‌های خارجی موجب بهبود بازده سیستم به میزان قابل‌توجهی شد که به‌طور مستقیم به افزایش میزان آب شیرین تولیدی منجر گردید. در ادامه، به‌کارگیری مواد تغییر فازدهنده مانند موم پارافین در سیستم‌های شیرین‌کننده آب، موجب افزایش محسوس بازده دستگاه شد. این مواد به‌دلیل ویژگی‌های خاص در جذب و ذخیره‌سازی حرارت، منجر به بهبود عملکرد سیستم‌های آب‌شیرین‌کن خورشیدی گردید.
ترکیب این مواد با نانوذرات نیز نشان داد که می‌تواند بهره‌وری سیستم را به‌طور چشمگیری بهبود بخشد و این ترکیب به‌عنوان یک راه‌حل نوآورانه در زمینه ارتقای عملکرد سامانه‌های آب‌شیرین‌کن مطرح شد. طراحی یک آب‌شیرین‌کن قابل‌حمل یک‌نفره نیز توانست مقادیر قابل‌توجهی آب شیرین با بازدهی مطلوب تولید کند که نشان‌دهنده پتانسیل استفاده از چنین سامانه‌هایی در مناطق مختلف با شرایط خاص است.
همچنین، طراحی آب‌شیرین‌کن پلکانی به تولید آب شیرین در مقیاس وسیع‌تری کمک کرد و تولید مقدار قابل‌توجهی آب شیرین در هر مترمربع نشان‌دهنده کارایی بالا و کاربردی بودن این طراحی است. استفاده از نمک گلوبر و نمد نیز موجب تولید مقادیر قابل‌توجهی آب مقطر شد که این روش‌ها نیز در مقایسه با روش‌های دیگر عملکرد مطلوبی داشتند.
