隨著水資源短缺的問題日趨嚴峻,如何從環境中穩定獲得珍貴水資源也愈發重要,有效收集空氣中的游離水分,似乎是解決缺水問題的一個途徑,也越來越多研究在探討從大氣中擷取可利用水資源之可行性,另外在災害發生時電力及水源的確保供應對於孤島地區是重要的防災課題,因此水利署(以下簡稱本署)研議由太陽能提供電力並由大氣擷取飲用水的研發計畫。
目前利用冷凝集水為大氣製水技術中較為成熟者,已有多家公司已推出相關產品,如以色列Watergen公司、日本MIZUHA公司、中國福能達公司、台灣元山科技公司等,產品規模小至家庭飲水機(20公升/天),大至社區型供水站(6,000公升/天)。但此技術因需用到壓縮機方能製造冷端冷凝空氣中水氣,故其耗電量皆相當可觀,平均單位產水耗電量約在15~300kWh/m3之間。考量到災害發生時受災地區可能有電力供應問題,若能以再生能源結合大氣製水技術,可有效降低能源消耗量,可作為偏遠無電力地區或是急難救助時緊急淨水之用。
本署於112年委託工研院團隊研發太陽能大氣製水設備,設備由大氣製水及淨水單元設備(如圖1)、太陽能及儲能單元設備(如圖2)兩個箱體組成,箱體外部設置有資訊顯示面板,可提供環境溫度、環境濕度、設備工作狀態、大氣製水量、儲能系統容量等相關資訊,易於現場工作人員操作及掌握設備狀態,皆設有自動化控制功能,可無人值守自動運轉。箱體並以輕量化材質製作,易於推送運輸,若遇到道路崎嶇或無法推行之狀況下,亦可由人力搬運。
大氣製水及淨水單元包含冷凝裝置、壓縮裝置、電壓轉換裝置、集水槽、過濾單元、抽水泵及排風扇等。而箱體內上層放置冷凝裝置,後方風扇有助散熱,而空氣中水氣經由壓縮裝置冷凝後收集於下方之集水槽,最終經由淨水單元後得到產水。太陽能及儲能單元包含儲能裝置、太陽能板、太陽能板轉換器、排風扇等。箱體內部側邊空間為收納太陽能板用途,層板設有軌道以利固定太陽能板,使其在運送過程中不易因震動、碰撞而損壞,應用時可把太陽能板取出,放置太陽照射合適位置進行發電作業。
太陽能大氣製水設備在氣溫25~30°C、相對濕度60~80%之環境條件下,其產水量可超過每小時1公升,整體能耗約為600W換算後能源效率約為1~2L/kWh,產水水質在濁度、總有機碳、總菌落數符合飲用水標準,但是設備效能和產水量取決於環境溫度、濕度等的影響,且若需以太陽能作為主要電力來源,則需考量地區等效日照時數、天氣條件,方能提供大氣製水設備足夠電力運作。