استخدام الطاقة الشمسية لتحلية المياه في القطاع السكني
صمم باحثون من جامعة الملك عبد الله للعلوم والتكنولوجيا (KAUST) في المملكة العربية السعودية وجامعة دونغهوا في الصين نظام لامركزي لإنتاج الطاقة وتحلية المياه. والذي يجمع بين الخلايا الكهروضوئية المركزة و المجمعات الحرارية الشمسية مع غشاء متعدد التأثير. بالإضافة إلى نظام تقطير بتقنية -VMEMD والتي تعتمد على عملية فصل حراري للماء بأغشية مسامية صغيرة ما يمكن من تركيز السوائل التي تحتوي على تركيزات عالية من الملح.
يتكون النظام المقترح من عدد من المجمعات الكهروضوئية / الحرارية المركزة (CPV-T) ، وخزان الماء الساخن ، ووحدة V-MEMD ، وخزان تغذية مياة البحر ، وخزان نواتج التقطير.
يتم توفير الكهرباء الناتجة للمستخدم عند تركيب هذا النظام كما يتم الأستفادة من الحرارة المتولدة لإنتاج الماء الساخن لتشغيل نظام التحلية V-MEMD. حيث يعمل نظام التحلية كتالي:يتم تبخير مياه البحر التي يتم توفيرها من خزان التغذية ، ومن ثم يتم تكثيف البخار الناتج. في الخطوة التالية يتم إعادة استخدام حرارة التكثيف لتسخين مياة البحر والحث على التبخر مرة اخرى. إن تكرار هذه العملية لعدة مرات يساهم في تكثيف البخار بصورة فعالة في مكثف خارجي (تم استخدام أغشية البولي تترافلورو إيثيلين (PTFE) في المبخر وذلك لفصل الماء والبخار). واخيرا يتم تخزين المياه العذبة الناتجة عن هذه العملية في خزان خاص.
KAUST & Qian Chen, 2021, Energy, ScienceDirect ©
رسم تخطيطي لنظام المقترح التوليد الكهرباء وتحلية المياه بالطاقة الشمسية.
يتكون النظام من عدسات أو مرايا عاكسة Fresnel ، ومجانسات زجاجية ، وخلايا شمسية ثلاثية الوصلات تعتمد على فوسفيد الإنديوم غاليوم (InGaP) ، وزرنيخيد الإنديوم غاليوم (InGaAs) والجرمانيوم (Ge) ، ومشتت حراري للتبريد ، و متعقب للشمس لتتبع حركتها في السماء للأستفادة بأكبر قد ممكن من الأشعاع الشمسي. يساعد هذا النظام بتحويل جزء من الإشعاع الشمسي إلى كهرباء بواسطة الخلايا الشمسية بينما يتبدد الإشعاع المتبقي على شكل حرارة وهذا ما يميز الخلايا الشمسية الحرارية حيث يتم اكتساب الحرارة عن طريق تدوير سائل التبريد أسفل الخلايا الشمسية الحرارية لامتصاص الحرارة والتي تسخدم في تحلية المياة مما يخفض درجة حرارة الخلية ويحسن من كفائتها.
سجل النظام الشمسي كفاءة تحويل كهربائية بنسبة 25٪ وكفاءة حرارية بنسبة 45٪ طوال العام. وتراوحت تكلفة تحلية المتر مكعب بين 0.7 -4.3 دولار.
تلعب الظروف التصميمة والتشغيلة لمثل هذه المنظومات وكذلك المواد الحرارية والخلايا المستخدمة دورا مهما للوصول لكفاءة عالية للمنظومة بشكل عام. وهنا يكمن التحدي في البحث والتطوير لخفض التكلفة ورفع الكفاءة لهذه المنظومات التي يتوقع لها مستقبل خصوصا كونها تلعب دور كبير في تحلية المياه وتوليد الكهرباء في وقتا واحد.
الجدير بالذكر أن هذا المجال من المواضيع البحثية المهمة التي يجب أن يكون لها أولوية في العالم العربي كون المنطقة العربية تعاني من شحة المياه العذبة خصوصا منطقة الخليج العربي.
إذا كنت مهتم لتوسع في هذا المجال يمكنك قراءة البحث العلمي من خلال الرابط
