基于改性抛物面槽式太阳能集热器与纳米材料的太阳能蒸馏系统设计与性能优化：面向可持续能源获取的新型低成本设计

本文创新性地将抛物面槽式太阳能集热器（PTC）与纳米材料改性技术结合，开发了三种高效吸收管设计（MSD+SPTC/MSD+MPTC&FTs/MSD+MPTC&FTsNAl），显著提升蒸馏产量（最高达8.18 kg/m2day）和能量效率（119.85%）。通过经济性分析证实，纳米涂层设计（MSD+MPTC&FTsNAl）的产水成本最低（$0.0126），能源回收期仅0.43年，为可持续海水淡化提供了创新解决方案。

　　

Highlight

本研究通过整合抛物面槽式太阳能集热器（PTC）与纳米材料改性技术，开发了三种突破性设计：基础铜管玻璃罩结构（MSD+SPTC）、外置环形翅片结构（MSD+MPTC&FTs）以及纳米涂层翅片结构（MSD+MPTC&FTsNAl）。实验数据表明，纳米涂层设计实现每日8.18 kg/m²的蒸馏产量，较传统系统（TSD）提升124.03%，能量效率突破性达到119.85%。

Experimental setup and procedure

为实现环境可持续性目标，研究团队构建了包含蛇形热交换器的闭环系统，利用太阳能水泵驱动传热油循环。三种PTC接收管设计通过差异化热传导结构（铜管/翅片/纳米涂层）最大化能量捕获，实验在阿尔及利亚埃尔奥埃德地区标准气象条件下完成。

Energy and exergy assessment

能量效率（η_Ed）计算公式融合了产水量（?_pw）、汽化潜热（L_fh）与太阳辐射强度（It）参数。纳米涂层设计展现惊人的119.85%能量效率，其?平衡分析显示系统热损显著降低，印证了纳米材料对太阳光谱的选择性吸收优势。

Results and discussions

对比实验证实，纳米涂层设计（MSD+MPTC&FTsNAl）的产水成本较传统系统降低100.2%，碳信用收益达98.41美元。热成像显示翅片结构使热通量分布均匀化，而Al₂O₃纳米粒子将光热转换效率提升12.08%。

Conclusion

该研究为太阳能海水淡化领域提供了革命性解决方案，纳米改性PTC系统不仅突破产量瓶颈，更通过0.43年的超短能源回收期验证其经济可行性，为缺水地区可持续发展树立新标杆。