集成外部反射器与CuO纳米涂层的太阳能双坡蒸馏器性能评估

《Scientific Reports》：Experimental enhancement of a double-slope solar still using external reflectors and nano-coated absorber plates for solar desalination

　　

摘要

在干旱地区和离网地区，淡水资源的稀缺性要求开发高效且低成本的海水淡化技术。尽管太阳能蒸馏器提供了一种可持续的解决方案，但其低产率仍然是一个主要限制因素。关于外部反射器和纳米颗粒涂层吸收板在双坡太阳能蒸馏器中组合效果的研究很少，而且尚未在埃塞俄比亚贡德尔的气候条件下进行过此类研究。本研究通过实验评估了一种集成有四个外部安装铝反射器和可更换吸收板的双坡太阳能蒸馏器来填补这一空白。这些吸收板分别涂有黑色油漆、黑色油漆+ CuO纳米颗粒（0.443 wt%）以及黑色油漆+ Al₂O₃纳米颗粒（0.443 wt%）。实验于2023年12月和2024年5月在不同水深（2厘米、2.5厘米和3厘米）下进行，以优化系统性能。结果显示，在所有配置中，2厘米的水深始终能够产生最高的蒸馏液产量。涂有CuO纳米颗粒的吸收板结合反射器时，最高产率为4.95升/天（3.30升/平方米·天），热效率达到38.38%，远高于传统双坡蒸馏器的典型效率范围（25–34%）。仅使用反射器时，产率提高了130.7%（从1.37升/天提高到3.16升/天）；而反射器与CuO涂层共同使用后，产率提高了261.3%（从1.37升/天提高到4.95升/天），热效率提高了27.10%。经过光照强度变化的标准化处理后，CuO涂层的性能优于Al₂O₃涂层。理论预测与CuO涂层的实验结果非常吻合（差异小于0.5升/天），但模型对仅涂有黑色油漆的情况预测偏差高达49%，这强调了准确吸收率数据的重要性。所提出的系统为离网社区提供了一种被动、低成本的备用水生产方案，并显示出显著的效率提升潜力。建议在未来的研究中进行水质检测，以确保符合饮用水标准。