Солнечный дистиллятор перегоняет воду с растворенными в ней веществами, используя тепло Солнца для испарения воды, чтобы ее можно было охладить и собрать, тем самым очищая ее. Они используются в районах, где питьевая вода недоступна, чтобы получить чистую воду из грязной воды или растений, подвергая их воздействию солнечного света.
Типы перегонных кубов включают крупномасштабные концентрированные солнечные перегонные кубы и ловушки для конденсации . В солнечном перегонном кубе нечистая вода содержится снаружи коллектора, где она испаряется под действием солнечного света, проникающего через прозрачный коллектор. Чистый водяной пар конденсируется на прохладной внутренней поверхности и капает в резервуар.
Дистилляция повторяет то, как природа вызывает дождь. Энергия Солнца нагревает воду до точки испарения. Когда вода испаряется, ее пар поднимается вверх, снова конденсируясь в воду по мере охлаждения. Этот процесс оставляет после себя примеси, такие как соли и тяжелые металлы, и уничтожает микробиологические организмы. Конечным результатом является чистая (питьевая) вода.
Конденсационные ловушки использовались с тех пор, как доинкские народы населяли Анды .
В 1952 году военные США разработали портативный солнечный аккумулятор для пилотов, оказавшихся в океане. Он представлял собой надувной плавающий пластиковый шар диаметром 610 миллиметров (24 дюйма) с гибкой трубкой сбоку. Внутренняя сумка подвешивается за точки крепления на внешней сумке. Морская вода заливается во внутренний мешок через отверстие в горловине шара. Свежая вода забирается через боковую трубку. Производительность варьировалась от 1,4 литра (1,5 кварты США) до 2,4 литра (2,5 кварты США) пресной воды в день. [1] Подобные перегонные кубы включены в некоторые наборы для выживания на спасательных плотах , хотя их в основном заменили ручные опреснители с обратным осмосом . [2]
Сегодня метод сбора воды во влагоуловителях изучается в аргентинской армии для использования специализированными подразделениями, которые, как ожидается, будут проводить расширенные патрули продолжительностью более недели в засушливых приграничных районах Анд.
На дне ямы размещается коллектор. Ветки размещают в яме вертикально. Ветви достаточно длинные, чтобы выходить за край ямы и образовывать воронку, направляющую воду в коллектор. Затем над этой воронкой накрывают крышку, используя ветки, листья, траву и т. д. Каждое утро набирают воду.
Этот метод основан на образовании росы или инея на сосуде, воронке и крышке. Образующаяся роса собирается и стекает по внешней стороне воронки в резервуар. Эта вода обычно испаряется с утренним солнцем и, таким образом, исчезает, но крышка задерживает испаряющуюся воду и повышает влажность внутри ловушки, уменьшая количество потерянной воды. Тень, создаваемая крышкой, также снижает температуру внутри ловушки, что еще больше снижает скорость потери воды на испарение.
Солнечный перегонный аппарат можно сконструировать из двух-четырех камней, пластиковой пленки или прозрачного стекла , центрального груза для изготовления воронки и контейнера для конденсата. [3] Более качественные материалы повышают эффективность. Один лист пластика может заменить ветки и листья. Повышение эффективности достигается за счет водонепроницаемости пластика, предотвращающей выход водяного пара. Лист прикрепляют к земле со всех сторон камнями или землей. Утяжеление центра листа образует воронку. Конденсат стекает по нему в резервуар. Одно исследование ямной дистилляции показало, что при наклоне крышки под углом 30 градусов улавливается больше всего воды. Оптимальная глубина воды составляла около 25 миллиметров (1 дюйм). [4]
Во время фотосинтеза растения выделяют воду посредством транспирации . Воду можно получить, поместив лиственную ветку дерева в прозрачный пластик, [5] улавливающий водяной пар, выделяемый деревом. [6] Пластик позволяет продолжать фотосинтез.
В исследовании 2009 года изменение угла пластика и увеличение внутренней температуры по сравнению с внешней температурой улучшили объемы выпускаемой продукции.
Если не снять давление пара вокруг ветки, оно может подняться настолько высоко, что листья больше не смогут испарять воду, что потребует частого удаления воды.
Альтернативно в мешок можно положить комочки травы или небольшие кусты. Листву необходимо регулярно заменять, особенно если листва выкорчевана.
Эффективность наиболее высока, когда сумка получает максимальное количество солнечного света. Мягкие, мясистые корни дают наибольшее количество жидкости при наименьших усилиях.
Солнечный дистиллятор фитильного типа представляет собой паронепроницаемый ящик со стеклянной крышкой и наклонной крышей. [7] Вода заливается сверху. Он нагревается солнечным светом и испаряется. Он конденсируется на нижней стороне стекла и попадает в соединительную трубку внизу. Фитили разделяют воду на банки, чтобы увеличить площадь поверхности. Чем больше фитилей, тем больше тепла достигает воды.
Чтобы лучше поглощать тепло, фитили можно зачернить. Стекло поглощает меньше тепла, чем пластик при более высоких температурах, хотя стекло не такое гибкое.
Пластиковая сетка может поймать воду до того, как она упадет в контейнер, и дать ей больше времени для нагрева.
При дистилляции рассола или другой загрязненной воды добавление красителя может увеличить количество поглощаемой солнечной радиации.
В обратном варианте используется разница температур между окружающим воздухом, нагретым солнечной энергией, и устройством для конденсации водяного пара из окружающей среды. Одно такое устройство производит воду без внешнего источника питания. Он имеет перевернутый конус сверху, чтобы отводить окружающее тепло в воздухе и не допускать попадания солнечного света на верхнюю поверхность коробки. Эта поверхность представляет собой лист стекла, покрытый несколькими слоями полимера и серебра. [8]
Он отражает солнечный свет, уменьшая нагрев поверхности. Остаточное тепло, которое не отражается, переизлучается на определенной ( инфракрасной ) длине волны и проходит через атмосферу в космос. Температура в коробке может быть на 15 °C (27 °F) ниже температуры окружающей среды. Это стимулирует образование конденсата, который собирается на потолке. Этот потолок покрыт супергидрофобным материалом , благодаря чему конденсат превращается в капли и попадает в коллектор. Тест-система давала 4,6 мл (0,16 жидких унций США) воды в день при использовании поверхности площадью 10 см (3,9 дюйма) или приблизительно 1,3 л/м 2 (0,28 галлона/фут 2) в день. [8]
Конденсационные ловушки являются источниками расширения или дополнения существующих источников или запасов воды. Ловушка диаметром 40 см (16 дюймов) и глубиной 30 см (12 дюймов) дает от 100 до 150 мл (от 3,4 до 5,1 жидких унций США) в день.
Мочеиспускание в яму перед добавлением емкости позволяет восстановить часть содержания воды в моче.
Яма-перегонный куб может оказаться слишком неэффективной для выживания из-за затрат энергии/воды, необходимых для строительства. [9] В условиях пустыни потребность в воде может превышать 3,8 литра (1 галлон США) в день для человека в состоянии покоя, в то время как производство воды может составлять в среднем только 240 миллилитров (8 жидких унций США). [9] [10] Может потребоваться несколько дней сбора воды, чтобы компенсировать потерю воды во время строительства. [10]
Солнечные дистилляторы используются в тех случаях, когда дождевая, водопроводная или колодезная вода непрактична, например, в отдаленных домах или во время перебоев в подаче электроэнергии. [11] В субтропических районах, пострадавших от ураганов , где электроэнергия может отключаться на несколько дней, солнечная дистилляция может стать альтернативным источником чистой воды.
Системы опреснения воды на солнечной энергии могут быть установлены в отдаленных местах, где практически отсутствует инфраструктура или энергосистема. Солнечная энергия по-прежнему доступна, экологична и считается эффективным методом среди других традиционных методов дистилляции. Солнечные дистилляторы очень эффективны, особенно для снабжения островитян пресной водой. Это делает их идеальными для использования в сельской местности или развивающихся странах, где доступ к чистой воде ограничен. [12] [13]
Солнечные дистилляторы использовались пилотами, оказавшимися в океане, и включались в аварийные комплекты спасательных плотов. [1]
Использование конденсационной ловушки для дистилляции мочи позволит удалить мочевину и соль, перерабатывая воду в организме. [14]
Солнечные дистилляторы также используются для очистки городских сточных вод , [15] обезвоживания осадка сточных вод [16] , а также для управления сточными водами оливковых заводов. [17]