[论文解读] Solar Still Coupled With Solar Collector and Storage Tank

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

Solar Radiation and Photovoltaics参考文献 2被引用 5

一句话总结

本研究提出了一种集成平板集热器（FPC）的增强型太阳能蒸馏系统，以提升对盐水、苦咸水和地表水的产水量。通过FPC对水池水进行预热，该系统在 borewell、河流和海水条件下均使产水量提高40–45%，产出符合安全标准的饮用水，为小型离网社区提供低成本、可持续的解决方案。

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

研究动机与目标

• 解决发展中国家和沿海地区因天然水源受污染或含盐而造成的清洁饮用水严重短缺问题。
• 改善传统单池太阳能蒸馏器产量低的问题，后者通常仅产出约 2.5 L/m²/day。
• 在真实气候条件下，评估太阳能蒸馏器与平板集热器（FPC）耦合后的性能提升效果。
• 评估从多种劣质水源产出的蒸馏水的可饮用性和纯度。
• 验证一种低技术、太阳能驱动的系统在分散式饮用水供应中的可行性。

提出的方法

• 构建了一个 1 m² 的单池太阳能蒸馏器实验装置，采用 35° 倾角的双层玻璃盖。
• 集成了一台 1.15 m² 的平板集热器（采用 MS 板与 8 根铜管），用于预热水池水。
• 在 10 个关键位置安装热电偶，以监测水池水、玻璃盖、环境以及 FPC 进出口的温度。
• 将蒸馏水分别从南北两侧的斜面收集于量筒中，进行每小时测量。
• 在印度达万杰（14.31°N, 75.58°E）进行了数天的实验，使用 20 mm 深度的 borewell 水、河水和海水。
• 在蒸馏前后对水质进行了分析，检测项目包括 TDS、TDS、硬度、氯化物、钙、镁、pH 和电导率。

实验结果

研究问题

• RQ1 将平板集热器（FPC）与单池太阳能蒸馏器耦合后，对蒸馏水产量有何影响？
• RQ2 在使用 FPC 耦合系统时，不同水源（borewell、河流、海水）的产水量提升程度如何？
• RQ3 水池水温与太阳辐射强度的变化如何与蒸馏水产量相关？
• RQ4 该混合系统在多大程度上改善了水质，使其达到可饮用标准？
• RQ5 FPC 耦合的太阳能蒸馏器是否是一种适用于小型孤立社区的可行、低成本解决方案？

主要发现

• 与独立运行的蒸馏器相比，FPC 耦合系统使 borewell 水的蒸馏水产量提高了 42%，河水提高了 45%，海水提高了 40%。
• 在 FPC 耦合下，水池水温升至 66–72°C（无 FPC 时为 62–65°C），直接促进了蒸发和产水量提升。
• 由于太阳辐射接收更优且冷凝效率更高，蒸馏器北侧斜面的产水量高于南侧斜面。
• 蒸馏后水质符合 BIS 饮用水标准：TDS 从海水的 9.11 ppt 降低至 45 ppm，硬度显著下降。
• 电导率、氯化物、钙和镁含量大幅降低，证实了有效的脱盐过程。
• 该系统能从高度盐碱和受污染的水源中产出安全、可饮用的水，验证了其在偏远地区低技术应用中的适用性。