بحث تجریبی لنظام مقطر شمسی- مجمع للتحلیة بالطاقة الشمسیة فی المجتمعات الریفیة والصحراویة

نوع المستند : Original Article

المؤلف

قسم الهندسة الزراعیة-کلیة الزراعة-جامعة عین شمس-القاهرة-مصر،

المستخلص

استخدمت الطاقة الشمسیة منذ عشرات السنین لتحلیة المیاه، کمصدر نظیف ومتجدد للطاقة، أسالیب فعالة متعددة نم تبنیها لتحسین إنتاجیة المقطر الشمسی ، ولکن معظم الأعمال البحثیة السابقة أجریت باستخدام تعزیز مباشر  direct augmentation بین المجمع  الشمسی ومیاه حوض المقطر الشمسی ، ولکن فی هذا البحث تم تصمیم وتصنیع وإختبار  نظام مقطر شمسی فعال یتکون من مقطر شمسی (غیر فعال) ذو اتجاه مائل فی اتجاه واحد یتصل بمجمع شمسی مسطح من خلال مبادل حراری فی قاعدة الحوض ومضخة صغیرة الحجم لضخ المائع الشغال (ماء مقطر) لیسری فی دائرة مغلقة ومنفصلة عن میاه حوض المقطر الشمسی بهدف نقل مزید من الطاقة الحراریة لمیاه حوض المقطر الشمسی وفى الوقت نفسه یمنع تأثیرات التآکل فی أنابیب المجمع الشمسی أو تکوین طبقة کلسیه تعمل على انسداد هذه الأنابیب نتیجة الکیماویات الطبیعیة الموجودة فی المیاه المراد تحلیتها (ماء بحر، أو ماء آبار،أو ماء ملوث) وهی مشکلة رئیسیة فی التعزیز المباشر.
تجارب عدیدة أجریت  عند 0.05 م ارتفاع ماء حوض المقطروباستخدام ماء مالح (28608ppm ، 2.5 جم ملح بحری لکل لتر ماء صنبور) و تم تسجیل متوسط درجات الحرارة للمقطر الشمسی ( درجة حرارة قاعدة حوض المقطر Tb ، درجة حرارة ماء قاعدة الحوضTw  ، درجة حرارة البخارTv ،درجتی حرارة غطاء المقطر الزجاجی الخارجی والداخلی Tgi , Tgo ،درجة حرارة دخول وخروج المائع الشغال إلى المبادل الحراری بقاعدة حوض المقطر Texi ,Texo) ، درجة حرارة الهواء وسرعته ورطوبته النسبیة ، وإنتاجیة المقطر ، لکل ساعة (من 7ص إلى 6م) لأیام متعددة خلال ثلاثة أشهر (یولیو،أغسطس،وسبتمبر 2011) وذلک لنظام المقطر الفعال والغیر فعال (بدون مجمع), کما تم تسجل الأنتاجیة خلال ساعات اللیل(من 7م إلى 6 ص) دفعة واحدة. وتم الحصول على متوسط الأشِعاع الشمسی الکلی من الهیئة العامة للأرصاد الجویة .
وقد بینت النتائج أن متوسط الأنتاجیة للمقطر الغیر فعال فى 16/8/2011 وللمقطر الفعال فی 17/8/2011 کان 2.29 لتر/م2. یوم ،و 4.18 لتر/م2. یوم على الترتیب. وهذا یعنی إن المقطر الفعال  أعطى 45.22% زیادة عن المقطر الغیر فعال، أی حوالی 1.83 مرة أکبر من الغیر فعال. بینما کانت الکفاءة الحراریة للمقطر الفعال  (19.2%) أقل من المقطر الغیر فعال (23.1%)  بمتوسط حوالی 3.9% .  وقد بینت النتائج أن متوسط الأنتاجیة للمقطر الفعال وللمقطر الغیر الفعال خلال شهریولیو 2011 کانت 3.850لتر/م2. یوم ،و 2.150 لتر/م2. یوم على الترتیب ( حوالی 44.16% زیادة )، وخلال شهر سبتمبر 2011 کانت 3.050 لتر/م2. یوم، و1.850 لتر/م2. یوم على الترتیب (حوالی 39.34%  زیادة) . وتم عمل تحلیل إقتصادى للنظام الفعال بناء على متوسط معدل الإنتاجیة فی الیوم من الماء المقطر خلال شهر یولیو، أغسطس وسبتمبر 2011، وکانت فترة استرداد راس المال حوالی 292 یوم, وهذه الفترة یجب أن تزید عن 292 یوم بسبب نقص الأنتاجیة خلال فصل الشتاء کما هو متوقع.  

الموضوعات الرئيسية


Abdel-Ghaffar, E. A. M., 1989. Development of a simple passive solar     still suitable for new village's houses at the northern western coast of Alexandria. Proceeding of the Egyptian-German Conference, Agric. Mechanization, 4-6 October, Mansura University : 295-310.
Aybar, H. S., 2007. A review of desalination by solar still. Solar            Desalination for the 21st Century, 207-214.
Badran, A. A.,  A. A. Al-Hallaq,  I. A. E. Salman and M. Z. Odat. 2005, A solar still augmented a flat-plate collector, Desalination, 172:227-234.
Badran, O. O. and H. A. Al-Tahaineh, 2005. The effect of coupling a flat-plate collector on the solar still productivity, Desalination, 183:137-142.
El-Shahat S. A., 1999. Utilization of solar energy in agricultural engineering purposes. M.Sc. th., Agric. Mech. Dept., Fac. Of Agric., Kafr El-Sheikh, Tanta Univ., Egypt.
El-Sayed, H.S., 1993. Solar drying of poultry manure for animal feed under simulated Egyptian conditions. Ph.D. th., Agric. Eng. Dept., Fac. Of Agric., Cairo Univ., Egypt.
Elsayed M. M., I. S. Taha  and J. A. Sabbagh, 1994. Design of solar thermal systems. Scientific Publishing Centre, King Abdulaziz University, Jeddah, Saudi Arabia. ISBN 9960-06-001-2.
El-Zahaby A.M., A. E. Kabeel, A.I. Bakery, E. Agouz and O.M. Hawam, 2009.Enhancement of solar desalination still productivity using flash evaporation.Thirteenth International Water Technology,IWTC 13, Hurghada, Egypt.
Fernandez, J. L. and N. Chargoy, 1990. Multi stage indirectly heated solar still. Solar Energy, Journal, 44(4): 215-223.  
Hamdan, M. A., A. M. Musa and B. A. Jubran, 1999. Performance of solar still under Jordanian climate. Energy Conservation and Management, 40:495-503.
Hou, S., S. Ye and H. Zhang, 2005. Performace optimization of solar humidification-dehumidification desalination process using Pinch technology. Desalination 183 : 143-149.
Howell J. R., R. B. Bannerot and G. C. Vliet , 1982. Solar-thermal energy systems. McGraw-Hill Book Company. ISBN 0-07-030603-6.
Kumar S. and A. Tiware, 2010. Design, fabrication and performance of a hybrid photovoltaic/thermal (PV/T) active solar still. Energy Conversion and Management, 51:1219-1229.
(*)Pure Water for the World. Water every where but not a clean drop to drink. Inf @ purewaterfortheworld.org. , Fax 802-773-8575.
Radwan, S. M., A. A. Hassanain and M. A. Abu-Zeid, 2009. Single slope solar still for sea water distillation. World Applied Sciences Journal, 7(4): 485-497.
Sayigh,A. A. M.,1977. Solar energy engineering. 1st. Ed., academic press.
Shukla, S. K. and V. P. S. Sorayan, 2005. Thermal modeling of solar still, an experimental validation. Renewable Energy, 30(5) :683-699.
Spencer, J. W.,1982. A comparison of methods for estimating hourly diffuse solar radiation from global solar radiation. Solar Energy 29:19-32.
Srithar, K. and A. Mani, 2003. Comparison between simulated and experimental performance of an open solar flat plate collector for treating tannery effluent. Int. Comm. Heat Mass Transfer, 30(4):505-514.
Srithar, K. and A. Mani, 2004. Analysis of a single cover FRE flat plate collector for treating tannery effluent. Applied Thermal Engineering, 24(5-6):873—883.    
 Tiwari, G. N. and A.A.M. Sayigh ,2002. Solar Energy. Narosa Publishing House, New Delhi, India.
Velmurugan V., S. Kumaran, V. N. Prabhu, and K. Srithar,2008. Productivity enhancement of stepped solar still – performance analysis. Thermal Science, 12(3):153-163.
Voropoulos, K., E. Mathioulakis and V.Belessiotis, 2001. Experimental investigation of a solar still coupled with solar collectors. Desalination, 138:103-110.
Zurigat, Y. H. and M. K. Abu-Arabi, 2004. Modeling and performance analysis of a regenerative solar desalination unit. Applied Thermal Engineering, 24(7):1061-1072