利用经济型储热材料与抛物面槽式聚光器增强太阳能蒸馏性能的实验研究

本研究针对传统太阳能蒸馏器(BSS)产水效率低的问题，创新性地将不锈钢球(SSBs)储热材料与抛物面槽式聚光器(PTC)结合，开发出改良单坡太阳能蒸馏系统(MSSSB)。实验表明15 mm直径SSBs为最佳储热尺寸，该系统日产水量达5.62 L/m2 ，较BSS提升76.75%，同时减少39.27% CO2 排放和30.77%成本(CPL)，为缺水地区提供了高效低碳的淡水解决方案。

　　

全球水资源短缺问题日益严峻，尤其在沿海和偏远地区，传统海水淡化技术依赖昂贵化石燃料且产生高碳排放。太阳能蒸馏技术虽环保，但基础太阳能蒸馏器(BSS)存在热效率低(通常不足40%)、日产水量有限等瓶颈。如何通过低成本改造提升性能，成为研究者关注的焦点。埃及Port Said大学团队在《Process Safety and Environmental Protection》发表研究，创新性地将不锈钢球(SSBs)储热材料与抛物面槽式聚光器(PTC)耦合，开发出改良单坡太阳能蒸馏系统(MSSSB)。

研究采用实验对比法，通过五组场景测试(包括不同直径SSBs及PTC组合)，结合热力学分析和环境经济评估。关键发现：15 mm直径SSBs储热效果最优，配合PTC可使系统日产水量达5.62 L/m²
，较BSS提升76.75%；热效率显著提高的同时，CO₂
减排量达62.32%，成本降低30.77%。研究首次证实SSBs与PTC协同增效机制，为经济型太阳能淡化技术提供新范式。

【系统描述】
团队构建包含铜蛇形翅片换热器的MSSSB系统，SSBs在强光照时储热，弱光照时释热维持水温。通过对比10/15/20 mm直径SSBs，发现15 mm球体储热表面积与体积比最佳，其热传导效率比10 mm球高21%，比20 mm球高33%。

【热力学特性】
PTC使盐水温度峰值提升14.8℃，SSBs将夜间水温维持在42℃以上。MSSSB+PTC组合的日均热效率达58.7%，较BSS(33.2%)提升77%。

【经济评估】
最优配置下每升水成本降至0.018美元，投资回收期仅2.3年。环境经济参数(Enviro-economic parameter)改善38.52%，全生命周期可减排CO₂
8.2吨。

【结论与展望】
该研究突破性地验证了SSBs作为经济型储热介质的可行性，其与PTC的协同作用使太阳能蒸馏系统实现"高效率-低成本-低碳"三重优化。未来需进一步研究SSBs体积占比优化、全年性能验证及数学模型开发。这项来自埃及海滨城市的研究，为发展中国家应对水资源危机提供了可推广的技术方案。