[논문 리뷰] Solar Still Coupled With Solar Collector and Storage Tank

A. Rajesh, K. N. Bharath|arXiv (Cornell University)|2010. 01. 30.

Solar Radiation and Photovoltaics참고 문헌 2인용 수 5

한 줄 요약

이 연구는 담수화된 빈티지, 브래킷시, 표면수에서의 담수 수확량을 향상시키기 위해 평판형 집열기(FPC)를 통합한 향상된 태양수정 시스템을 제안한다. FPC를 통해 배지수를 가열함으로써, 우거지, 강, 해수에서의 생산성이 각각 40–45% 향상되었으며, 안전한 식수 품질의 담수를 생산하여 소규모 이격된 공동체에 저비용이고 지속 가능한 해결책이 된다.

ABSTRACT

Acute shortage of good, clean drinking water is a major problem for most developing countries of the world. In most cases, ponds, streams, wells and rivers are often polluted that they are unsafe for direct use as drinking water >.Often water sources are brackish and or contain harmful bacteria. Therefore cannot be used for drinking .In addition there are many coastal locations where sea water is abundant but potable water is not available. Solar distillation is one of the important methods of utilizing solar energy for the supply of potable water to small communities where natural supply of fresh water is inadequate or of poor quality .In this direction an experimental performance analysis was carried out on a single basin still compared with FPC coupled one. Test were carried out for different water samples namely borewell water, sea water, river water for a water depth of 20 mm

연구 동기 및 목표

• 자연적 수원이 오염되거나 염분 농도가 높아 깨끗한 식수 부족 문제가 심각한 개발도상국 및 해안 지역에서의 식수 부족 문제를 해결하기 위해.
• 일반적인 단일 배지수정의 낮은 생산성(일반적으로 약 2.5 L/m²/일)을 향상시키기 위해.
• 실제 기후 조건에서 평판형 집열기(FPC)를 태양수정에 결합했을 때의 성능 향상 정도를 평가하기 위해.
• 다양한 저질 수원에서 생산된 담수의 식수 가능성과 순도를 평가하기 위해.
• 분산형 식수 공급을 위한 저기술, 태양열 기반 시스템의 실현 가능성을 검증하기 위해.

제안 방법

• 1 m² 단일 배지수정과 35° 기울기의 이중 유리 커버를 사용한 실험 장치를 구축하였다.
• 배지수를 사전에 가열하기 위해 평판형 집열기(1.15 m², 철판 기반, 8개의 구리 파이프)를 통합하였다.
• 배지수, 유리 커버, 외부 온도 및 FPC 입구/출구 온도를 측정하기 위해 10개의 위치에 열전대를 설치하였다.
• 시간별 측정을 위해 북측과 남측 기울기에서 별도로 증류수를 측정용 실린더에 수집하였다.
• 인도 다반제르(14.31°N, 75.58°E)에서 여러 일간의 실험을 수행하였으며, 배지수, 강수, 해수를 각각 20 mm 깊이로 사용하였다.
• 총 용존성 고형물(TDS), TDS, 경도, 염화물, 칼슘, 마그네슘, pH, 전기 전도도를 분석하기 위해 증류 전후 수질을 분석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 평판형 집열기(FPC)를 결합함으로써 단일 배지수정의 증류수 수확량에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ2 FPC를 사용할 경우, 우거지, 강, 해수 등 다양한 수원에서의 생산성 향상 정도는 어느 정도인가?
• RQ3 배지수 온도와 일조 강도의 변동이 증류수 수확량과 어떤 상관관계를 가지는가?
• RQ4 하이브리드 시스템이 수질을 얼마나 향상시켜 식수로 적합하게 만들 수 있는가?
• RQ5 FPC를 결합한 태양수정은 소규모 고립 지역 공동체에 실현 가능하고 저비용의 해결책인가?

주요 결과

• FPC를 결합한 태양수정은 단일 수정 대비 우거지수에서 42% 향상된 생산성, 강수에서 45%, 해수에서 40% 향상된 생산성을 기록하였다.
• FPC 결합 시 배지수 온도는 66–72°C로 상승하였으며(비결합 시 62–65°C), 이는 증발과 수확량 증가에 직접 기여하였다.
• 북측 기울기에서 남측 기울기보다 더 많은 증류수를 수집한 것은 더 우수한 일조 조건과 응축 효율성 덕분이었다.
• 증류 후 수질은 BIS 식수 기준을 충족하였으며, TDS는 해수의 9.11 ppt에서 45 ppm으로 감소하였고, 경도 역시 크게 감소하였다.
• 전기 전도도, 염화물, 칼슘, 마그네슘 농도가 크게 감소하여 효과적인 담수화가 이루어졌음을 확인하였다.
• 고염도 및 오염된 수원에서부터도 안전하고 식용 가능한 담수를 생산하여, 이 시스템이 원격지 및 저기술 환경에 적합함을 입증하였다.