能源知識庫

重點摘述

以往利用太陽能淡化海水的做法有兩種：一是利用太陽能本身的熱能來促使海水進行相變化（即俗稱的蒸餾法）：令一種則是利用太陽能光電轉化後的電解法。太陽能蒸餾技術是指由太陽能採集的熱能，加熱海水，使海水蒸發產生相變過程形成水蒸氣型態，將鹽分與水蒸汽分離後，再使水蒸氣冷凝收集成為淡水。

圖一 太陽能海水淡化基本概念示意

世界上第一個大型的太陽能海水淡化裝置是由瑞典工程師Wilson於1872年建立在智利北部的頂棚式太陽能蒸餾裝置，總集熱面積為4700平方米。在天氣晴朗陽光正常下，每天可生產23頓的淡水。該裝置構造極為簡單，相似於一個溫室棚架，在大面積的日照下，日產水率約為2-4kg/m²，換算的熱效率約為35-45%。在開發頂棚式太陽海水淡化裝置後，諸多的改良隨之出現，例如傾斜幕芯式、傾斜盤式、充氣式、吸液芯式等多種基本淡化結構。其中人們研究最多，且技術上較為成熟的仍是盤式太陽能蒸發器。然而盤式太陽能蒸發器的產水率僅達1000kg/m²，仍屬效率較低的裝置。

圖二 各種聚焦型集熱器

近年來，對太陽能海水淡化系統的研究主要集中在對太陽能集熱器、蒸發器以及相對應海水淡化裝置的改進。以集熱器的種類而言，有平板集熱器、真空管集熱器、複合拋物面集熱器以及槽型拋物面集熱器等，他們主要是通過太陽能加熱吸熱管中的流體，以被加熱的流體儲存在隔熱容器內或用來加熱其他儲熱介質之用。目前中溫太陽能集熱器的應用逐漸普及，也使得未來在建立較高溫域的太陽能蒸餾系統逐漸成為發展的趨勢。國內外因之對於海水淡化太陽能蒸發的技術也隨之集中在探索提高太陽能蒸餾系統產水量的方法以及提高太陽能的利用率上。過去太陽能蒸餾氣產水量過低有三個較大的原因：一是水蒸汽的凝結濳熱未被重新利用，大多通過表面蓋板散失於大氣中;二是統太陽能蒸餾器採用自然對流換氣模式，限制了蒸餾器的性能;三是待蒸發的海水熱容量太大，限制了運行溫度的提高，而減少了蒸發的驅動力。故未來在蒸發器金屬表面的絕熱、控制的方式、與提高太陽能應用的溫度將會是突破海水淡化主要的議題。