《Membranes》：A Review of Solar Photovoltaic–Thermal–Membrane Distillation Technology
光伏–热–膜蒸馏（PV/T-MD）系统通过高效利用太阳能实现电力与淡水的联产，已成为应对全球能源与水资源短缺的一种颇具前景的解决方案。本综述总结了PV/T-MD系统近年来的理论与实验研究进展。依照PRISMA-ScR指南，研究人员于Web of Science中开展了范围综述检索（截至2025年12月），最终纳入37项符合纳入标准的研究。鉴于纳入研究具有非临床的工程属性，未开展偏倚风险评估与荟萃分析，研究结果以叙述性方式综合。理论研究方面，已建立详细的数学模型以分析光热与光伏转换过程以及膜蒸馏（MD）中的传热传质机制，为系统优化提供了关键指导。实验研究涵盖从实验室尺度到大规模现场应用，验证了多种PV/T-MD构型的性能、效率与稳定性。多效膜蒸馏（MEMD）、高倍与低倍聚光光伏热（HCPV/T、LCPV/T）系统及先进热回收技术等创新设计，显著提升了热效率、产水量与整体能源利用率。尽管取得了上述进展，在动态环境条件下提升系统效率、放大模块化设计以及集成多功能部件等方面仍存在挑战。本综述展望了未来方向，包括智能控制系统、新型材料开发以及标准化的技术经济评估（TEA）与生命周期评估（LCA）。这些评估对于评价系统的放大潜力、进一步验证PV/T-MD系统的商业前景与低碳效益十分必要。
1 引言
1.1 背景与动机
全球人口增长与经济快速发展使淡水与能源需求日益加剧。据联合国预测，到2025年全球约70%的人口将面临淡水短缺，许多地区同时面临能源供应不足。海水淡化已成为缓解全球水资源短缺的关键策略。反渗透（RO）和多级闪蒸（MSF）等常规淡化技术已广泛应用于工业领域，二者合计占全球淡化产能的80%以上，这得益于其技术成熟度（TRL 9）、较高的热回收效率以及市政应用中的规模经济性。然而，这些优势高度依赖稳定的电网接入、大规模基础设施和持续的运维能力，因而限制了其在离网、分散或资源受限场景中的部署；对化石燃料的依赖还加剧了温室气体排放与环境退化。因此，开发高效、可持续的淡水生产与能源供应技术是一项关键的全球性挑战。太阳能因其清洁可再生特性而成为颇具前景的解决方案。光伏（PV）技术作为太阳能利用的主要方式已在全球广泛部署，但常规PV系统仅将15–20%的太阳能转化为电能，80–85%以热量形式耗散，导致整体能效偏低，既降低了系统性能，也未能利用太阳能的热潜力。为此，光伏–热（PV/T）技术将集热器与PV电池集成以回收余热，同时产生电能与热能，在特定构型与运行条件下可实现60–80%的电热综合效率，部分优化PVT系统可达76%。与此同时，膜蒸馏（MD）作为一种新兴淡化技术，利用疏水膜两侧蒸气压差产生淡水，可在低温（30–80 °C）下运行，能够利用废热与太阳能等低品位热能，并在处理高盐度水方面具有优势，但其广泛应用受制于持续热源依赖与系统集成复杂性，因此寻找稳定、经济的熱源是推进MD技术的关键。PV/T与MD的集成（PV/T-MD系统）为上述挑战提供了有前景的解决方案：PV/T模块中的PV电池发电，集热器回收电池余热为MD单元提供稳定的低品位热源，MD单元利用该热量使纯净水蒸气透过疏水膜蒸发并冷凝，从而生产高纯度淡水。该耦合设计在提高太阳能利用效率的同时降低了淡水生产的能耗与成本。PV/T-MD系统可灵活配置以满足多样化应用需求，例如聚光PV/T（CPV/T）系统利用光学聚光器提高太阳辐射强度，改善电转换效率并为MD提供高温热源，适用于高性能场景；非聚光（平板）PV/T系统结构简单、成本较低，适合太阳辐照度较低的资源受限地区。此外，直接接触膜蒸馏（DCMD）、真空膜蒸馏（VMD）、气隙膜蒸馏（AGMD）和吹扫气膜蒸馏（SGMD）等MD构型增强了系统对不同运行条件的适应性。需要指出的是，系统级PV/T-MD与新兴的光热膜蒸馏（P-MD）存在区别：前者依靠独立的PV/T集热器产生电能与热能驱动常规MD模块，后者则侧重材料级创新，将光热材料直接集成于膜或其表面，在太阳辐照下实现局部加热以缓解温度极化。为保持清晰的概念范围，本综述仅聚焦PV/T-MD系统的宏观系统设计、热力学评价与能量管理，而不涉及P-MD的微观材料工程。PV/T-MD技术的发展对缓解局部水能与能源挑战具有重要意义：在岛屿、沿海社区和干旱地区等偏远区域，PV/T-MD系统通过模块化设计和极低的基础设施需求提供自维持解决方案，减少对外部能源与复杂设备的依赖；同时，利用可再生能源可大幅降低碳排放，契合全球低碳发展目标。正在开展的研究探索将PV/T-MD系统与正渗透（FO）模块或有机朗肯循环（ORC）集成，以进一步提升水通量与能量回收效率。因此，持续开发与部署PV/T-MD技术为可持续资源管理提供了广阔前景。
1.2 文献检索与纳入标准
文献检索于2025年12月在Web of Science进行，检索式组合了（"photovoltaic thermal" OR "PV/T" OR "PVT"）AND（"membrane distillation" OR "MD"），以及（"solar desalination" OR "solar-driven desalination"）AND（"membrane distillation"），出版期为2010–2025年。纳入标准为：（1）聚焦耦合或混合PV/T-MD系统的研究；（2）涉及利用PV或PV/T模块发电并同时回收余热驱动MD过程的集成系统。排除标准为：与PV/T或MD技术完全无关的文献，以及缺乏足够技术细节的研究。经去重后对标题与摘要进行筛选，并以Google Scholar作为全文获取的辅助工具。本范围综述依照PRISMA-ScR指南开展，未注册综述方案。数据采用涵盖系统构型、性能指标与研究类型的标准化表格进行提取。鉴于纳入研究的异质性，研究结果以叙述性方式综合。
1.3 文献现状与研究空白
在太阳能驱动淡化技术中，PV/T与MD的集成日益受到关注，因为PV/T可同时产生电能与低品位热能，与MD的热驱动特性相匹配并支持离网运行。相关研究已从早期无PV/T的常规PV或太阳能热MD，发展到平板PV/T-MD系统、聚光PV/T-MD系统，以及近期的区域/全球尺度综述，反映了从单一热法或电法淡化向电热联产与系统级集成的转变。早期综述主要关注太阳能驱动MD或其他淡化技术，较少涉及PV/T与MD的耦合；Qtaishat等评述了太阳能驱动MD系统但仅间接提及PV/T在太阳能蒸馏中的应用；Manchanda在淡化综述中简要讨论了MD；Sansaniwal注意到PV模块为MD供电的作用但忽视了PV/T-MD组合的潜力；Verma等聚焦太阳能热用于水净化，讨论了MD与太阳能集热器的集成但未涉及PV/T。Giwa等首次详细分析了PV/T在多联产淡化（包括与MD耦合）中的应用并给出案例与性能数据，标志着对该集成系统的集中关注的开端。此后，Ma等强调该集成在小规模分布式太阳能MD系统中的潜力；Abdelaziz等在混合太阳能淡化综述中引用了组合系统的实验研究；Anand等比较了PV/T在不同淡化技术中的集成并详细分析了PV/T-MD的性能与经济可行性；Alsaman等通过将集成系统纳入太阳能淡化–制冷系统展示了其多联产能力；Sharon等提及PV/T用于给水预热但未涉及与MD的集成；El-Agouz等聚焦太阳能热技术与MD的耦合。近期综述进一步深化了分析：Shalaby等将PV/T-MD定位为集成太阳能淡化构型中的高效方案；Sayed等探讨了该系统在高辐照环境下的潜力；Tashtoush等强调其在小规模可再生能源–淡化集成系统中的优势；He等围绕PV/T与淡化技术的协同提供了性能分析与未来方向；Maqbool等综合评述了该集成系统的全球技术挑战与发展趋势。其他综述从模块化设计、热电协同与经济可行性等角度作了补充。这些研究一致强调集成系统在小规模、分布式和偏远应用中的优势（高能效、强可持续性），同时指出高初始投资、膜污染和太阳能间歇性等挑战，并提出系统设计优化、抗污染膜开发和储能集成等对策。尽管关注度不断上升，既有综述多聚焦太阳能驱动MD或PV/T在淡化中的广泛应用，PV/T-MD集成常作为子议题而非核心焦点，且分析多基于理论模型与模拟结果。因此，仍缺乏专门以PV/T-MD集成为中心、以实验为依据的系统综合。
1.4 目的与贡献
本综述旨在补充而非替代既有综述，将PV/T-MD集成置于核心，强调实验数据与真实案例，并对PV/T-MD性能进行系统的、以实验为依据的评估。通过综合评价PV/T-MD集成在可再生能源利用与海水淡化方面的最新进展、评估其技术与经济性能并探索未来发展路径，本综述对既有综述形成延伸而非重复。全文结构如下：第2节对创新性PV/T-MD设计进行分类与分析，聚焦解耦光伏–热模块和多效膜蒸馏（MEMD）等构型，并探讨与正渗透（FO）模块和有机朗肯循环（ORC）耦合以提升系统性能的潜力；第3节系统介绍PV/T的光伏与热转换模型以及MD的传热传质模型，评估PV/T-MD系统整体效率并分析聚光模块等附加因素的影响；第4节综述实验室尺度、中等尺度户外实验和大规模现场试验的研究成果，以实验数据验证理论模型并识别技术瓶颈与改进策略；第5节综合PV/T-MD技术现状，提出优化系统设计、开发先进吸光与膜材料以及建立混合可再生能源网络以提升技术成熟度（TRL）并促进商业化的建议。通过综合关键研究进展，本综述突出性能提升与创新机遇，特别关注系统集成、现场应用与经济可行性，评估PV/T-MD系统在实际太阳能利用与淡水生产场景中的可行性与可持续性，并为全球淡化行业脱碳提供理论洞见与实践参考。
2 PV/T-MD系统的分类
2.1 PV/T集热器的分类
既有综述已提供理解PV/T系统构型的综合框架：Ahmed等提出了融合设计参数与性能指标的混合PV/T系统分类方法；Al-Waeli等依据工质（空气基、水基、制冷剂基）系统分类了PV/T系统并详述其设计原理与热电权衡；Chow追溯了PV/T技术的历史演进并建立了持续影响当代系统设计与性能评价的基础分类框架。PV/T-MD系统的分类可分为PV/T系统类型与MD单元类型两类。依据光伏模块所受聚光程度，PV/T系统可分为CPVT系统与平板PV/T系统。CPVT系统利用透镜或反射器将太阳辐射汇聚到高效光伏电池上，显著提高太阳能向电能的转换效率，可达40%以上；同时采用主动冷却机制回收光伏电池产生的余热以驱动MD过程。按聚光比，CPVT系统可进一步分为低聚光、高聚光和超高聚光系统：低聚光系统通常适用于住宅或小型商业等小规模应用，高聚光与超高聚光系统更适合大规模工业应用，可提供更高的电热输出以满足严格的能效要求。相比之下，平板PV/T系统设计更简单，依靠平板集热器直接吸收太阳辐射，热效率略低于CPVT系统，但成本效益高、结构简单、易于维护，特别适合资源受限或低日照地区，且无需复杂光学部件，降低了维护需求。实际应用中，CPVT与平板PV/T系统可灵活组合以满足不同能源需求与环境条件。
2.2 MD构型的分类
作为PV/T-MD系统的核心淡化部件，MD单元按传质机制可分为DCMD、VMD、AGMD和SGMD。DCMD是最简单且应用最广的MD构型，进料液与渗透液在膜两侧直接接触，其简单性与低成本适合偏远或资源受限地区，但因透过膜的显著导热损失而热效率相对较低。VMD在膜一侧维持真空以增强蒸气传输并减少导热损失，适合需高产水率的工业应用，但需附加真空设备，增加了系统复杂性与成本。AGMD在膜与冷凝面之间引入空气隙，进一步减少导热损失并提高热效率，特别有利于注重能量回收的系统。SGMD利用流动惰性气体吹扫膜渗透侧的蒸气，可有效降低传质阻力并提高通量，但需额外冷凝单元分离蒸气与吹扫气，增加了系统复杂性。在上述四种传统构型之外，近期进展引入了若干新变体：渗透隙膜蒸馏（PGMD，亦称液隙MD）以液体渗透隙替代AGMD中的空气隙，进一步改善热能回收并减少热损失；材料隙MD（MGMD）通过在隙中填充固体或液体材料（如砂、石墨）有效降低传质阻力并维持高热梯度；多效MD（MEMD）将多个MD单元串联，实现热能的梯级利用，显著提高整体效率与淡水产量；近期研究还将VMD与MEMD耦合形成真空多效MD（V-MEMD），进一步提升MD效率。这些多效设计（如MEMD与V-MEMD）是PV/T-MD系统的关键淡化模块，尤其适用于需最大化单位能耗产水量的高需求场景。文献报道的代表性PV/T-MD系统涵盖其PV/T类型、MD构型、膜面积与应用场景，凸显了PV/T-MD系统的结构灵活性与功能多样性。
2.3 不同类型的PV/T-MD系统
2.3.1 解耦光伏–热模块
集成式PV/T系统在PV板背面安装流体通道以吸收多余热量，既冷却PV电池以提高发电效率，又将加热的流体输送至热驱动系统以额外获益（如MD系统产水）。与常规PV系统相比，PV/T系统前期成本较高，但实现了有效的热能利用，整体热效率超过50%，太阳能利用率提高。对MD系统而言，尽管可由低品位热源驱动，但给水温度是影响膜通量的首要因素，产水量随给水温度升高而增加；PV/T系统在峰值辐照下的出口温度一般在40–50 °C，足以驱动MD。为进一步提高给水温度与产水量，常加装聚光模块将阳光聚焦于PV电池，提高通道内流体温度。Li等开发了独立太阳能驱动MD淡化系统，分别利用太阳能集热器加热海水、PV阵列驱动辅助设备，集热器平均热效率为50%，PV模块平均电效率为15%，理论预测日产淡水9.98–23.26 kg（随太阳辐照度变化）。Al-Hrari等报道了CPV/T-DCMD系统，电效率18%、总效率71%、淡水通量3 kg/m2/h。Ding提出了纳流体过滤CPV/T与热泵膜蒸馏系统，电效率超过12.2%、总效率61%。Han等进一步发展了Ag/盐水纳流体过滤CPV/T-DCMD系统，在353 K下实现电效率12.2%、总效率71.3%、产水量26.4 kg/m2/h。与PV/T-MD系统相比，独立系统热效率更高、设计更灵活，可针对性优化光伏或热性能，但需要更大安装空间、空间利用率较低，且安装、维护与运行成本更高；PV/T-MD系统则再利用PV板余热提高能效，其MD产水量受PV模块材料与表面积限制，而解耦系统可提供更多热能以实现更高产水率与效率。
2.3.2 多级膜蒸馏（MSMD）
单级MD系统产水量有限，未能充分利用输入太阳能。为此，Wang等提出以多个MD单元串联替代单级MD的多级MD系统；Srivastava与Swaminathan开发了内部给水预热的渗透隙多效MD，产水量与能效提高80%，单程增益输出比（GOR）约1.3、回收率21%；Poredo?等提出太阳能MD的级间温度提升策略，8级装置在250 W/m2热注入下每级达1.13 L/m2h，较最先进10级系统高88%；Elbessomy等发现三级WGMD中螺旋中空纤维相对直纤维可将热能消耗（STEC）从6000降至1800 kWh/m3；Hassan等报道了40级太阳能HF-WGMD，STEC为424 kWh/m3，整体太阳能效率由2.6%提升至57.5%。该设计实现热能梯级利用，最大化热效率与产水量。MSMD系统与商用太阳能电池集成，利用其废热驱动膜蒸馏，在一倍太阳辐照下三级MD系统产水率达1.79 kg/m2h，为单级MD的三倍。PV/T-MSMD系统相对PV/T-MD系统有两大优势：一是通过多级蒸馏更有效利用热能从而实现更高热效率；二是显著提高产水量，多效MD产淡水多于单效MD。但耦合MSMD系统也存在设计复杂性增加与初始投资成本较高等缺点。
2.4 与其他过程的集成
2.4.1 添加FO与RO模块
PV/T集热器为MD淡化系统提供低品位热能，所发电能可为辅助设备供电，从而提高整体能效。尽管PV板背面流体通道可有效收集低品位热能，但热效率难以显著提高，因此最大化太阳能利用对提升系统效率至关重要。Ali等提出PV/T-FO-MD耦合系统，高效利用PV/T废热于FO与MD过程，并开发了耦合系统动态模型，分析温度变化、产水量与功率输出的动态性能。该系统由PV/T集热器、换热器、泵、FO单元和MD单元组成：FO单元中给水透过膜与汲取液混合实现淡水生产，稀释后的汲取液经电加热器加热后进入MD单元进一步产淡水。随后该团队对中试装置开展了成本与盈利分析，采用Pyomo建模框架求解质量与能量平衡方程以模拟系统年性能。结果表明，占地98 m2的PV/T系统年发电33,872 kWh、年产热65,846 kWh，平均淡水产量29.27 L/h、年产106.84 m3；敏感性分析显示太阳辐照度、给水流量与盐度显著影响性能，高辐照与低给水盐度下产水量最大；经济分析估算内部收益率（IRR）为11.84%，9年盈亏平衡，19年后净现值（NPV）转正；研究认为PV/T-FO-MD系统较聚光太阳能发电（CSP）系统降低了能量转换成本，适合离网地区并可处理多种水源，具有工业潜力，但尚需进一步优化以增强市场竞争力。Bourhan Tashtoush等通过集成PV/T集热器与相变材料（PCM）推进FO-MD混合淡化系统，为住宅建筑提供连续淡水生产：系统以FO预处理、MD产出高质量淡水，PCM与电池储能支持24小时运行；数学模型分析了不同环境条件与PCM厚度下FO与MD的传热传质，结果表明日产淡水192.03–213.25 L，6月在PCM厚度2 cm时产量最高；盐度变化对产量影响甚微，而较低汲取液浓度显著提高产水量；FO与MD通道高度影响泵功耗但对产量影响可忽略。该系统通过太阳能连续运行、对盐度变化低敏感并优化能量管理，成为小户型可靠淡水方案，其创新在于将PCM储热与FO-MD系统结合，通过热电储能实现夜间运行，克服常规太阳能淡化系统的昼夜限制。FO-MD混合构型有效缓解膜污染并提升水质，特别适合苦咸水淡化，优化汲取液浓度等运行条件可降低能耗并提高能效，这种与先进PV/T技术集成的分散式淡化方法为偏远地区水资源管理提供了新颖实用的方案。Javed Alam等采用MATLAB与Simulink对集成RO与VMD的太阳能驱动混合系统建模，处理淡化浓盐水以实现最小液体排放（MLD）或零液体排放（ZLD）：RO过程比电耗4.61–5.11 kWh/m3、回收率43.5–48.2%、年淡水产量7595–9611 m3；VMD处理RO浓缩盐水，比热耗152–202.4 kWh/m3、回收率11.22–13.64%、年淡水产量2149–2480 m3；RO-VMD系统总回收率54.7–61.9%、年淡水产量9744–12,091 m3。该方法为富太阳能地区的浓盐水管理提供了高效可持续方案，并为MLD/ZLD目标奠定基础，凸显了利用低品位废热驱动VMD的潜力。
2.4.2 添加有机朗肯循环（ORC）
除耦合FO模块外，还可引入热电联产系统以进一步提高热功效率。Anazi等在PV/T-MD系统中集成ORC与吸收式制冷循环模块，形成可发电、产淡水与制冷的混合光伏系统：CPV/T模块同时产生电能与热能并将热量传递给ORC，ORC利用有机工质在朗肯循环下发电，其废热传递给吸收式制冷循环再传递给MD淡化装置，产生冷负荷与淡水。该三联产系统中提高冷负荷供应可提升热能利用率，结果显示年产淡水约56.7 m3，组合系统整体热效率与?效率分别为75%和93.72%，较传统PV/T系统显著提高了能源利用率。Fahad Awjah Almehmadi等研究了结合太阳能集热器、PV/T系统、ORC与多效真空膜蒸馏（V-MEMD）的多联产系统，以高效太阳能与废热利用优化海水淡化：建立了涵盖蒸发器、透平与冷凝器等部件的ORC能量平衡方程，评估了渗透通量、GOR、比热耗（STEC）与比电耗（SEEC）等性能指标；最优条件下最大水通量13 kg/m2h、GOR为5.5、SEEC为49 kWh/m3、STEC为145 kWh/m3；热水温度与流量对V-MEMD效率至关重要，较高运行条件通常提升性能，但温度过高可能因热能失衡降低GOR；系统年产饮用水19.58 m3、成本22.48 USD/m3，同时减排二氧化碳136.82 kg，显示出解决小社区水资源短缺的潜力。
3 理论模型与系统评价
3.1 PV/T系统
建立数学模型以分析PV/T太阳能集热器的光热与光伏转换过程：光热建模考虑光伏电池实际吸收的太阳能及PV/T系统层间传热；光伏建模聚焦光伏电池将部分吸收太阳能转化为电输出的过程。Maqbool等对PV/T系统进行了详细研究，建立了各部件间能量传递的能量平衡方程以评估系统能效。
3.1.1 PV/T光热转换模型
PV/T集热器吸收太阳能并转化为热与电，热量用于加热流经换热通道的工质（海水）并部分散失到环境。光伏模块上的可用能量由能量平衡方程确定，其中涉及光伏电池温度、环境温度、背板温度、电池到环境与到背板的整体传热系数、光伏模块吸收率、填充因子（PV电池面积与集热器孔径面积之比）、玻璃层透过率、电效率与太阳辐照度等参数。工质吸收的热量采用Hottel-Whiller模型计算，涉及有用得热、集热器孔径面积、集热器热去除因子、有效透过–吸收乘积、总热损系数与进口水温。海水在换热通道中的温度变化由质量流量、比热容与进出口温度确定，加热后海水温度可由体积流量与密度表达。
3.1.2 PV/T光伏转换模型
光伏电池通常建模为二极管与恒流源并联的等效电路，其电行为由五个关键参数描述。太阳辐照度与PV电池温度是发电的关键决定因素。该电路可通过电流–电压（I-V）特性方程表达，输出电流曲线涉及负载电流、电压、光生电流、p-n结反向饱和电流、等效并联与串联电阻、玻尔兹曼常数（1.38×10?23 J/K）、电子电荷（1.6×10?19 C）、PV电池温度与二极管理想因子（通常为1.3）。开路电压、短路电流、最大功率、最大功率点电压与电流通常由制造商给出；电流与电压关系通过中间变量C1、C2表达，负载电流与电压为太阳辐照度与电池温度的函数，其变化由电流温度系数、电压温度系数、参考条件下负载电流与电压、参考电池温度、参考辐照度、参考短路电流以及负载电流偏差确定。
3.1.3 PV/T综合效率分析
评估系统性能是评价系统可行性的关键标准。对太阳能集热系统而言，通常关注PV模块的电效率；而PV/T系统在PV板后加装流体通道以耗散多余热量，既冷却PV电池提高发电效率，又实现热回收，热量被通道内流体吸收而升温，并以热效率量化该过程。集热器光热效率定义为稳态运行时换热通道内工质吸收的热量与集热器表面接收的太阳辐照度之比，代入模型方程后，对给定FR与(τα)恒定的集热器，热效率近似为(Tin?Ta)/G的线性函数。太阳能电池的光伏效率定义为最大输出功率与孔径面积和太阳辐照度乘积之比，最大输出功率为最大功率点电压与电流之积。基于太阳能电池的光伏特性，PV/T系统中PV电池的电功率输出由辐照度、覆盖层透过率、PV电池吸收率与电效率表达；电池效率ηc随电池温度变化，取决于标准条件下转换效率、效率温度系数、PV电池温度与参考温度，对于晶体硅电池，在1000 W/m2辐照度与298.15 K参考温度下，β通常为0.0045、ηr为0.2；PV电池温度取决于辐照度与环境温度，可由标称工作电池温度（NOCT，即800 W/m2辐照度、20 °C环境温度、1 m/s风速下的工作温度，塑料背板电池通常约47 °C）表达。根据热力学第一定律，PV/T集热器的总太阳能利用效率为热效率与电效率乘以覆盖率之和，覆盖率为光伏电池面积与集热器总孔径面积之比；该方法简单且常用。然而电能是相对热能更高品质的能量，为合理评估集热器的太阳能利用性能，应将电输出折算为标准条件下的等效热能，因此定义了等效综合效率，其中常规热电厂发电效率通常取0.38。
3.2 膜蒸馏系统
3.2.1 传质模型
在DCMD中，蒸气分子通过Knudsen扩散与分子扩散穿过疏水膜，相应阻力分别由Knudsen扩散阻力与分子扩散阻力表达：前者涉及PTFE疏水膜的曲折度、膜厚度、孔隙率、孔半径、平均绝对温度、水蒸气摩尔质量（0.018 kg/mol）与通用气体常数；后者涉及水蒸气在空气中的扩散系数、大气压（通常101,300 Pa）与膜孔内总压力。膜平均表面温度取给水侧与渗透侧膜表面温度的平均值。膜的总等效传质系数由膜孔内传质过程性质决定，表示为Knudsen扩散阻力与分子扩散阻力之和的倒数，因此膜通量可由给水侧与渗透侧蒸气压（按Antoine方程计算）表达。目前疏水微孔膜主要采用相转化法和拉伸法制备，膜曲折度由孔隙率决定并受制备方法影响：相转化法采用经验公式τm = (2 ? ε)/ε，拉伸法为τm = 1/ε。
3.2.2 传热模型
传热过程包括给水侧对流传热、透过膜的导热与渗透侧对流传热三部分，可由给水侧与渗透侧热流率、两侧对流传热系数以及两侧主体温度与膜表面温度表达。对流传热系数依据流动状态（层流或湍流）及雷诺数（Re）和普朗特数（Pr）等参数确定，涉及流体密度、流速、动力黏度、平均导热系数、流道水力直径与比热容；对平板膜蒸馏，层流（Re < 2100）下的努塞尔数由流道长度、主体流体动力黏度与膜表面温度下动力黏度计算。跨膜热流分为潜热传热与导热传热两部分，涉及总热流、导热热流、潜热热流、膜传热系数与汽化潜热，汽化潜热由经验方程表达，需注意该方程中膜表面温度须以°C表示。
3.2.3 MD系统性能分析
热效率是MD系统性能的关键指标，直接反映能源利用效率：MD中热能驱动水分子从给水溶液经疏水膜蒸发，热效率量化输入热能转化为有效蒸馏能力的比例，通常将跨膜传递的潜热视为有效热流、将透过膜的导热视为损失；提升热效率的策略包括优化给水温度、降低膜导热系数与实施热回收设计，DCMD的热效率由此计算。GOR是评估MD性能特别是热回收与经济性的另一重要参数，量化单位输入热能对应的淡水产量，定义为蒸气传递相关热量与MD过程总输入热量之比，即产水潜热与输入热能之比，GOR越高产水效率越高；实现高GOR通常需要梯级热复用或与节能技术耦合，但须与设备复杂性与成本增加相权衡，GOR为不同规模MD系统能耗比较提供了标准化基准，其中涉及膜有效面积与给水实际消耗热量（由给水质量流量、比热容与热侧给水通道进出口温度确定）。MD过程中温度极化系数（TPC）与浓度极化系数（CPC）是热效率的关键指标，反映传热传质边界层效应引起的内在现象，共同影响系统驱动力与长期运行稳定性：TPC量化因热阻导致的膜表面相对主体溶液的温度差衰减，接近1表示传热效率高，定义为膜界面有效温差与主体溶液温差之比；CPC表征因溶质积累形成浓度边界层导致膜表面溶质浓度偏离主体浓度的程度，显著大于1，定义为给水侧膜表面溶质浓度与给水主体浓度之比。缓解极化效应的策略包括优化通道设计以增强湍流、选用低导热高疏水性膜或采用多级能量回收过程。
3.3 系统能量评估
3.3.1 PV/T-MD系统综合效率分析
为评价PV/T-MD混合系统性能，可建立数学模型计算理论电热性能参数。鉴于热能相对电能品质较低，引入基于热力学第二定律的?效率以整体评估混合系统的热电性能，关键指标包括电?效率、热?效率与总?效率。热能的?取决于其温度，对在PV/T-MD系统中经历温度变化的工质，?效率与流体温度密切相关。电能是高品质、可完全利用的能量形式，其?等于所发电功率。热?取决于工质与环境之间的温差，对耦合系统，热?计算涵盖PV/T模块的余热利用与MD模块的热利用效率，涉及参考温度（通常298.15 K，即?为零的死态温度）与PV/T模块中工质平均温度（取进出口温度平均值）。耦合系统的总输入?由太阳辐照的?确定，基于相对太阳表面温度（通常5760 K）与环境温度的卡诺效率计算；耦合系统的总?效率则据此得出，该框架可综合考虑电与热相对于太阳能输入的贡献，全面评价PV/T-MD系统性能。
3.3.2 附加因素的影响
Zhao等将PV与DCMD模块集成为混合系统并加入太阳能选择性吸收器（SSA）以增强长波太阳辐射吸收，从而提高混合系统的能量转换效率；通过建立PV与DCMD模块的功率与能效表达式，研究了给水温度、渗透水温度以及给水与渗透水流量对系统性能的影响。结果表明给水温度与流量对系统性能影响最显著，混合系统最大功率密度与能效约为独立PV系统的4.44倍；混合系统总功率输出与能效由PV模块输出功率、DCMD模块有效膜面积与DCMD模块等效功率输出表达。类似地，也可通过引入流体增强太阳能吸收：Han等在PV板两侧循环银盐纳流体以有效吸收红外太阳辐射并提高PV/T装置出口温度，建立了CPV/T-DCMD集成系统的数值模型，研究了混合系统的电效率与最大产水率；发现提高流体质量流量可改善纳流体PV/T系统的输出功率、热效率与电效率，在质量流量0.015 kg/s时混合系统性能最优，DCMD产水量最大、系统总效率51.4%、等效热效率71.3%，电输出功率达608 W、产水率26.4 kg/m2h；纳流体的存在缓解了MD中的温度极化效应，进一步提高了产水量。所提混合系统的评价指标包括总效率与等效热效率，总效率表达涉及PV板上玻璃板面积、DCMD模块输出功率、光谱太阳辐照度、纳流体引起的聚光比（表征增强的太阳能吸收）与波长。在此纳流体系统基础上，该团队集成热泵以进一步提高DCMD模块给水温度，通过建立热泵增强纳流体CPV/T-DCMD系统模型，评估了有无热泵时混合系统的性能：结果表明带热泵的系统渗透通量与GOR分别提高84.1%和97.1%，MD效率与系统整体效率分别提高25.8%和18.4%，表明热泵的加入显著提升系统性能；采用响应面法（RSM）与人工神经网络（ANN）进行参数分析与多目标优化后，有效能效与渗透通量分别进一步提高9.9%和30.2%，STEC降低5.7%，其中STEC定义为单位体积产水的比热能消耗。
3.3.3 聚光模块的影响
平板PV板在弱光条件下发电能力有限，加装聚光模块可提高PV电池单位面积接收的太阳辐射，从而改善其对变化光照条件的适应性并提高光伏转换效率；但聚光导致PV板温度显著升高，可能降低光伏效率。为此在PV板背面加装流体通道冷却，形成CPV/T板，既实现更高的光伏转换效率，又为用户提供高温水。Al-Hrari等在平板PV板上引入聚光模块以提升系统效率，建立CPV/T-DCMD理论模型验证了太阳能淡化系统的性能与效率，结果显示电效率19.26%、总效率71%、DCMD产水率3 kg/m2h，与实验数据偏差极小。Huang等设计了与低倍聚光PV/T（LCPV/T）模块耦合的太阳能VMD系统，低倍聚光模块安装于PV板两侧将阳光汇聚到光伏电池上；其模型研究了不同太阳辐射强度与给水温度对产水量的影响并分析了季节变化，结果表明LCPV/T-VMD系统的膜通量受季节显著影响，夏季产水量最高、平均1.71 kg/m2h；各季节中冬季平均电效率高于夏秋，而夏季平均热效率与总能量效率最高、达11.29%。Rabie等研究了高倍聚光PV/T模块并建立了高倍聚光光伏/热膜蒸馏（HCPV/T-MD）系统的综合多物理场模型；聚光光伏（CPV）系统按聚光比（CR）分为低、高、超高聚光系统，主要区别在于太阳聚光比（孔径面积与接收器面积之比）；无主动冷却时高倍聚光可使PV电池温度超过最佳工作水平，因此在HCPV下游引入MD主动冷却可行；采用Fluent的CPV/T三维温度分布与二维MD产水模型模拟表明，CR = 1000时出口温度达49.85 °C、淡水产量约5.88 kg/m2h。聚光模块可一定程度提高工质温度，但受PV板材料特性限制，工质出口温度仍在一定范围内；为进一步提高流道内工质温度，Liu等将太阳能PV电池与太阳能集热器（STC）结合，系统由四个LCPV/T电池与四个太阳能集热器组成，STC对给水二次加热使温度超过60 °C，该构型使LCPV/T-MD系统实现GOR 0.69与电效率15.9%；LCPV/T系统中PV电池的传热公式涉及复合抛物聚光器反射率、聚光比与PV电池吸收率。增强的光收集与热吸收使通道内工质达到更高温度，提高了系统效率。
3.4 数值模拟与软件实现
在TRNSYS 17模拟方面，Ahmed Remlaoui团队提出了由平板太阳能集热器（FPC）驱动的DCMD系统，为偏远地区提供可持续苦咸水淡化；利用TRNSYS软件在阿尔及利亚Ain Témouchent气候条件下对系统进行10小时运行的建模与动态模拟：系统采用FPC捕获太阳能，通过换热器将热量传递给苦咸水后进入DCMD模块淡化；结果显示日产淡水42.86 L、单位面积FPC比产水率10.85 kg/m2，太阳能保证率（SF，即换热器提供热量的比例）在0–1之间，集热器效率最高74%，预测渗透通量与文献实验数据吻合良好、平均误差仅8%；该研究创新在于通过Fortran编程开发了新的TRNSYS部件（Type 223）以模拟DCMD系统的传热传质行为，填补了TRNSYS在太阳能驱动MD建模方面的空白。2024年该团队进一步集成PV/T-DCMD系统并用TRNSYS分析其动态性能，考察给水质量流量与温度对产量的影响：PV/T集热器通过换热器为淡化提供热能并由辅助加热器补充；模拟结果表明PV/T出口流体温度在20–85 °C波动、最大效率0.66，储罐内流体温度顶部最高（56–60 °C）并向中下部递减，DCMD系统最大渗透通量12 kg/m2h、月均5.556 kg/m2h、日均6.22 kg/m2·day，且随给水温度与流量升高而增加；研究认为PV/T-DCMD系统用于海水淡化可行且高效，未来需在浓盐水回收与热回收方面改进以提高产量，并进一步分析冷却温度与经济可行性。在CFD模拟方面，Zhang等提出了新型聚光光伏–膜蒸馏平板集成海水淡化结构（CPV-MDPTSD），通过集成CPV/T与MD单元高效利用PV模块余热实现电水联产；利用计算流体力学（CFD）模拟分析了CR与质量流量对系统性能的影响：结果表明无海水冷却时CR为10时PV电池温度超过150 °C，而有冷却时即使CR为100电池温度仍低于150 °C；低流量下海水温度达100 °C，较高流量确保更均匀的温度分布、平均电池温度低于100 °C；产水率随CR增加，CR = 1时达0.94 kg/m2h，但CR过高会增加能耗；系统在CR为100、质量流量0.0007–0.7 kg/s时实现高效海水淡化并确保PV安全运行；其创新在于CPV/T-MD平板集成设计，利用蛇形冷却通道与亲水涂层优化传热与蒸发效率。Mohammed Rabie团队利用CFD模拟研究了较高CR、雷诺数（Re）与通道纵横比（AR）对CPV/T-DCMD集成系统性能的影响：为防止通道内沸腾，最大给水温度设为99.85 °C；结果表明提高CR会提高给水温度与渗透通量，但须控制在安全限值内，例如Re = 175时CR为240可得最大通量16.5 kg/m2h；较高Re允许更高CR，但因功率输出增加而降低通量；增大AR改善传热，AR = 2400时通量达33.2 kg/m2h；研究表明高CR下优化通道设计可显著提高产水量并维持足够功率输出。在MATLAB模拟方面，Zhou等提出了用于液体除湿空调（LDAC）系统液体干燥剂再生的太阳能驱动VMD系统，建立了基于热质平衡的VMD再生与常规热（TH）再生数学模型，并用MATLAB在不同气候条件与运行参数下分析性能：结果表明VMD再生在能耗与稳定性方面优于TH再生，尤其在潮湿低温条件下；VMD再生性能不受空气温度与湿度等环境参数影响而保持稳定，而TH再生在高温高湿环境中性能显著下降；此外VMD再生在高浓度溶液再生中表现出色，较TH再生节能10–37%，在高湿环境下节能更多；研究认为VMD再生特别适合湿热地区与太阳能热应用，为LDAC系统提供了高效节能方案，该研究首次将太阳能驱动VMD应用于液体干燥剂再生。
4 实验研究
4.1 实验设计
4.1.1 户外柔性实验
在受控条件下开展的实验室尺度实验旨在阐明PV/T-MD系统的性能与特征，研究者探索了多种构型以考察PV/T与MD技术的耦合效应。Krnac等研究了集成CPV与DCMD的实验系统，膜面积0.0491 m2，采用K型热电偶多点测温，换热器将CPV热量传递给DCMD给水侧；结果表明膜温差18.82 °C时渗透通量为7.1 L/m2h，系统利用CPV低品位废热驱动DCMD，证实了其在干旱地区产淡水的可行性并显著提高了PV部件的热回收效率。Al-Hrari等研究了CPV/T-DCMD实验系统，实现电效率18%、总效率71%，最大淡水产量3 kg/m2h时比热耗为9200 kJ/kg，凸显了热效率与产水量之间的强相关性。Huang等设计了LCPV/T与VMD结合的实验装置，在特定太阳辐照度与环境温度下VMD系统膜通量2.73 L/m2h、脱盐率99.9%，工质两级加热设计使出口温度保持在65 °C以上，有效提升了MD运行效率。Hughes等测试了户外条件下与CPV/T集成的AGMD系统，采用带抛物聚光器的混合光伏–热集热器，聚光面积1 m2、集热器面积0.002 m2、聚光比高达500；结果表明波动太阳辐照下最大渗透通量3.4 L/m2h，渗透侧电导率测量显示实验过程中逐渐下降，可能因高流速减少了污染，系统持续产出符合安全饮用水标准的水。Farzaneh Mahmoudi等提出创新离网方案，设计并测试了同时产淡水与发电的PV/T-DCMD系统，通过室内与户外实验评估性能：室内受控条件下稳定性高、渗透通量22–30 kg/m2h；户外受太阳辐射强度、风速与环境温度等动态因素影响，通量较低、为8–16 kg/m2h，但电池储能使其在波动太阳能条件下稳定运行；能效方面PV/T单元最大功率输出280 W，系统总功耗约为PV/T额定功率的三分之一，PV/T单元热效率15–20%、电效率10–18%，冷却使板温降低1.5–2 °C、电效率提高0.8–1.2%；系统GOR为0.60–0.66，表明内部热回收仍有提升空间；结果表明尽管受户外条件影响，该系统在离网应用的能源利用与淡水生产方面具有稳健潜力。这些实验室尺度研究阐明了不同MD构型在能量回收与系统性能方面的特征，为优化系统设计提供了理论支持。在户外条件下，研究者开展了多种实验以验证中等尺度PV-MD系统的长期稳定性与性能。Guillén-Burrieza等测试了集成AGMD与复合抛物聚光器（CPC）的中试规模太阳能淡化系统，在进入MD模块前预热给水；系统由252个CPC太阳能集热器组成，每个面积500 m2，布置为84个并联回路、每回路三个集热器串联，与膜表面积2.8 m2的平板AGMD系统耦合，产高纯度蒸馏水40.2 L/h；但提高给水盐浓度使蒸馏水产量下降14%并降低脱盐率。Chen等在沙特阿拉伯真实条件下研究了分布式光伏–热真空多效膜蒸馏（V-MEMD）系统，采用微型CPV/T模块（120 mm × 120 mm）与由17个膜框（每个0.33 m × 0.48 m、总膜面积1.58 m2）组成的V-MEMD模块；系统整体能源利用效率约70%，年发电562 kWh/m2、年产淡水5.25 m3；太阳辐射的季节变化显著影响性能，优化储热与循环设计被确定为提高全年稳定性与经济可行性的关键。Mikah Inkawhich等探索了AGMD与CSP及PV系统的集成，为内陆与离网应用开发可持续淡化方案；研究聚焦于中试规模混合AGMD-CSP/PV系统，在亚利桑那大学太阳能淡化试验台开展为期九个月的实验：结果表明季节性变化显著，夏季因直接法向辐照度高，蒸馏水产量接近冬季的两倍，而夏季热能消耗约为冬季的三倍；预热储罐在冬季尤为有效，使蒸馏水产量提高61%；能效指标进一步凸显季节影响，10月STEC最低为192 kWh/m3、4月SEEC最低为1.26 kWh/m3，冬季因太阳能可用性降低而需更高能量；该研究是此类混合系统在真实环境中重要的中试规模评估，证明了其作为偏远地区独立淡化技术的潜力。这些实验表明中等尺度系统可有效应对户外环境挑战，为技术实际部署提供了关键过渡。
4.1.2 商业化分析
在大规模应用中，研究团队聚焦模块化系统设计与经济分析。J.A. Andrés-Ma?as等评估了西班牙阿尔梅里亚大学实施的结合静态集热器太阳能热场与V-MEMD技术的中试太阳能淡化系统：V-MEMD利用海水流冷凝蒸汽并预热给水以提高热效率；研究通过不同环境条件下的实验验证了储热系统在太阳辐射不稳定时维持膜模块给水温度的作用，结果表明高辐照日系统稳定运行、给水温度迅速达到设定值、产水通量最高7.2 L/m2h，辐射不足时储热系统提供持续热能、延长运行时间；研究还通过准动态模型模拟了不同给水温度下的年产水量与运行时间，结果表明年产水量41.7–70.5 m3，80 °C时产水量最高、平均通量5.5 L/m2h；研究发现较高给水温度显著提高产水量且系统全年产水均衡；结论表明太阳能V-MEMD系统技术可行，特别适合小型分散式淡化需求，储热系统对应对辐射波动至关重要。
4.2 长期系统运行与经济分析
实验室尺度系统在受控条件下运行稳定性高，但长期运行可能因盐结晶导致MD单元性能下降；户外系统则须应对太阳辐照度与温度的波动，高倍聚光系统通过冷却与热回收模块缓解这些挑战、增强适应性并确保长期稳定性。Elminshawy等开发了集成聚光光伏冷却与MD的新型系统用于电水联产，实验结果表明系统将83%的太阳辐射转化为可用能，年产淡水19.58 m3、成本22.48 USD/m3，同时减排二氧化碳136.82 kg，凸显了其在偏远地区可持续发展的潜力。Ong等在中东部署了HCPVT与MEMD混合系统以评估其在高太阳辐射条件下的性能，系统整体能源利用效率达85%、日产淡水24 L/m2，六个月的稳定运行证明了其在水资源密集型资源匮乏地区的适用性。
4.3 系统优化与新颖设计
4.3.1 新型集成系统设计
实验研究中涌现出若干创新设计。Wang等开发了多效太阳能PV-MD集成系统，在PV板背面集成多级MD单元以利用光伏转换过程中产生的废热；实验表明单倍太阳辐照下产水率1.79 kg/m2h，同时保持11%的光伏效率；通过多级蒸馏回收潜热，系统实现GOR 1.3，显著提高了能源利用效率，相对常规太阳能蒸馏系统产水率翻倍。Liang等提出新型被动式CPVT-MD集成系统，采用复合抛物面反射器汇聚太阳辐射并将蒸馏单元埋于地下，实现电水高效联产；在900 W/m2太阳辐射下系统整体效率42%，其中电效率10%、产水效率32%；其抗台风设计与高土地利用效率特别适合岛屿与偏远应用。值得注意的是，同一团队还提出了面向面临土地、电力与淡水短缺的沿海城市与岛屿的水下CPV-MD集成系统：系统采用可变形太阳能聚光器以适应水下运行，光学模拟优化了结构参数，变形比0.25、高度比0.35时性能最优；光伏电池将汇聚的太阳能转化为电能，其废热驱动MD过程产淡水；在真实天气条件下以半径50 mm的太阳能电池测试，平均太阳辐射514 W/m2时输出功率1.0–1.53 W，平均电效率3.1%、产水效率28.5%；系统在0°与10°入射角下性能相似，表明良好的角度适应性；研究认为该系统在水下太阳能利用方面潜力显著，为资源匮乏地区提供了无土地占用的解决方案；通过将PV电池浸入给水海水中，系统有效再利用废热驱动MD并维持电池冷却，克服了常规陆基系统的局限。此外，Giovanni Antonetto等将PV模块与被动式MD单元集成，利用PV模块废热驱动蒸馏过程实现淡水与电力联产；实验与数值模拟验证了系统性能，标准太阳辐照（1000 W/m2）下淡水产量达2 L/m2h；废热回收提高了PV模块电效率，蒸馏单元的冷却效应使PV电池温度降低9 °C，电效率相对提高4.5%，系统整体效率26.9%；多级蒸馏设计多次回收潜热，使能耗降至670 kWh/m3，较常规单级太阳能蒸馏系统低约40%；研究认为这种协同方法在能源利用效率与环境影响方面优势显著，特别适合水能与能源需求高的偏远地区。这些创新设计为系统集成提供了新视角，增强了PV/T-MD技术在不同应用中的可行性。
4.3.2 运行条件优化
研究还聚焦运行条件的优化。Liu等开发了LCPV/T-MD集成系统并开展了实验性能分析：结果表明进水温度60 °C时系统热效率56.2%、电效率15.9%、产水率0.579 L/m2h；研究进一步表明提高进水温度与降低盐度显著提升系统性能，同时大幅降低MD单元能耗，这些优化为系统高效运行奠定了基础。
4.4 实验结果的对比分析
上述实验表明PV/T-MD联产系统在不同尺度下均表现出优异性能，效率分析凸显了不同类别与尺度PV/T-MD系统在热效率、电效率与整体能效方面的显著差异。（1）热效率：实验室尺度LCPV/T-MD系统通常约55%，而聚光比较高的HCPVT-MD系统可达85%；引入MEMD单元进一步提高热效率，强太阳辐照下总能源利用率达70–85%。（2）电效率：受温升与散热优化影响，实验室尺度PV/T模块电效率一般为15–18%，而冷却改善的户外系统在稳定运行条件下可达19%。（3）系统能效：多级蒸馏与热回收设计显著提高GOR值，从实验室系统的0.69提高到大规模应用的2–3；产水率也显著提高，实验室系统为2–7 L/m2h，而户外中大规模系统日产数百升。（4）稳定性：实验室尺度系统因环境受控而运行稳定性高，但长期运行可能导致MD单元盐结晶；户外系统面临太阳辐照度与温度变化的挑战，高倍聚光系统的冷却与热回收模块增强了不同气候条件下的适应性、确保长期稳定性。（5）经济可行性：经济评价关注单位水成本、投资回收期与运行维护成本；小规模系统单位水成本较高，但优化设计使淡水生产成本降至4.2–7.5美元/m3，分布式系统投资回收期在五年以内，大规模项目可能进一步缩短。将实验结果与理论预测比较可见良好一致性，但因动态环境条件（如风速、温度波动）与散热限制而存在偏差：实验室实验因条件简化与理论模型吻合良好，而户外与大规模实验揭示了系统老化与能量损失等挑战。总之，小规模实验成本效益高、适合早期验证，中等规模实验填补了理论与应用之间的空白，大规模实验展示了PV/T-MD系统的实际潜力与经济效益但面临投资与维护挑战；未来研究应整合各尺度优势以优化理论精度、技术适应性与经济性能，推动太阳能光伏–热–膜蒸馏联产系统的广泛应用。
4.5 PV/T-MD系统的归一化比较框架
为实现有意义的跨研究比较，建立了归一化比较框架，统一了电效率、热效率、整体太阳能利用效率、产水率、比热耗与比电耗（STEC/SEEC）、GOR、水成本、系统规模与运行条件等关键性能指标的定义、单位与数据来源，数据分为实验测量（Exp）、模拟（Sim）或预测（Proj）。基于该框架可观察到若干一致趋势与显著数据空白：电效率是最常报告的指标，实验室尺度系统约10–18%、CPVT系统约24%；热效率因PV/T构型与运行条件而在15%–56%之间大幅变化；整体太阳能利用效率定义较不一致，报告值在37%–85%之间，反映了是否计入电能、热能或二者的差异；产水率跨度大，为0.017–26.4 L/m2h，主要因MD构型、给水温度与膜面积不同；STEC为42–1386 kWh/m3，GOR为0.6–4.1，多效MD倾向于通过内部热回收实现更高GOR与更低STEC；水成本为0.7–22.48 USD/m3，强烈依赖系统规模、地点与是否采用外部加热；值得注意的是SEEC数据鲜有报告，许多研究未提供足够信息以归一化所有指标，这些空白凸显了未来PV/T-MD研究中标准化报告系统边界、运行条件与数据来源的必要性。对关键参数效应的分析（受数据限制）表明：PV/T构型方面，CPVT系统因聚光通常提供更高热输入，可能实现更高给水温度与通量，但因电池温度升高其电效率常略低于平板PV/T系统，平板PV/T系统电效率更稳定但热输出有限，可能适合低温MD与小规模应用；MD构型方面，DCMD因给水与渗透液直接接触常实现更高渗透通量，但可能因较大导热损失而GOR较低，AGMD与VMD倾向于减少热损失并提高热效率，而多效MD（MEMD、V-MEMD）可内部回收潜热，在报道案例中可能带来更高GOR与更低STEC；运行温度方面，提高给水温度通常增大跨膜蒸气压差从而提高通量，但温度过高可能导致膜润湿、极化加剧与GOR降低，因此每个系统可能存在最优温度窗口；膜特性方面，孔径、孔隙率、厚度与导热系数可强烈影响通量、液体入口压力与长期稳定性，较小孔径倾向于提高液体入口压力但降低通量，较大孔径可能提高通量但增加润湿风险，膜材料还影响污染与寿命；系统尺度方面，实验室尺度系统因条件受控与热损失最小常报告更高通量，但这些数值可能无法直接放大，中试与现场系统因热损失、泵功耗与环境条件波动通常通量较低。该归一化框架还揭示了一个关键空白：环境与生命周期数据鲜有与这些指标一同报告，这一空白之所以重要，是因为PV/T-MD系统常被描述为可持续与低碳，但其生命周期影响仍未得到充分量化。从环境角度看，关键贡献者包括PV/T集热器（硅、铝、玻璃）、膜（PTFE、PVDF）、换热器、泵与储热系统的隐含能和材料，以及膜更换与报废管理；能源来源假设也强烈影响净排放：完全太阳能驱动的运行运行碳排放低，而依赖辅助电加热的系统间接排放可能相当高。与通常消耗3–4 kWh/m3的常规RO相比，PV/T-MD热需求更高，但可处理高盐度水且适合离网地区；然而PV/T-MD的标准化LCA数据仍然稀缺，多数研究关注能源性能而非全生命周期评估，因此这被确定为未来研究的关键空白。
5 结论与未来展望
5.1 主要发现与局限性总结
从所综述的PV/T-MD系统研究可见，理论研究、实验探索与实际应用均取得了显著进展。理论方面，研究者建立了详细的数学模型以分析PV/T系统的光热与光伏转换过程以及膜蒸馏的传热传质机制，为评价系统性能与优化设计参数提供了关键理论基础；MEMD与低倍/高倍聚光光伏热（LCPV/T、HCPV/T）模块的引入显著提高了整体热效率与产水量，凸显了PV/T-MD系统在高效利用太阳能方面的作用。实验方面，从小型实验室实验到中等规模户外系统和大规模现场应用的广泛测试验证了PV/T-MD系统的实际性能与适应性：实验室实验阐明了膜温差、盐水流量与进口温度等关键参数对系统性能的影响；中等规模户外实验进一步验证了真实条件下系统的稳定性，显示季节太阳辐照度与环境温度对系统性能的显著影响，具有改进冷却与热回收模块的高倍聚光系统在户外条件下表现出高效率与稳定性；大规模现场实验凸显了模块化设计与经济可行性的潜力，在能源与水资源匮乏地区显示出良好前景。总体而言，当前研究表明PV/T-MD系统有效利用太阳能实现电力与淡水联产，为全球水能与能源挑战提供了可持续解决方案；多效蒸馏、多功能耦合结构与高效热回收设计显著提高了整体效率与资源利用率，支持进一步优化与规模化部署。然而这些发现存在若干局限：纳入研究在系统构型、运行条件与报告指标方面高度异质，无法对结果进行定量合并；若干关键指标数据缺失限制了性能指标的归一化与跨研究比较，解读本综述发现时应考虑这些局限。
5.2 未解决的科学与工程挑战及未来方向
尽管理论与实验研究取得了显著成就，PV/T-MD系统仍面临若干未解决的科学与工程挑战，包括可扩展性、长期膜稳定性与污染/结垢、太阳能间歇运行、热电权衡、系统集成、标准化性能指标、技术经济不确定性与环境影响。应对这些挑战需要以下研究方向：（1）开发具有波长选择性吸收层的光谱分光光伏电池，在保持高电转换效率的同时为蒸馏过程提供优质热能；（2）工程设计集成微通道冷却架构与选择性吸收涂层的混合光伏–热集热器，实现电输出与热能品质的最佳平衡；（3）创建基于实时太阳光谱分析的机器学习增强跟踪系统，动态调整PV朝向与冷却剂流量；（4）开发抗污染与抗结垢膜并优化模块构型与流路，以提高长期运行中的水通量与脱盐率；（5）探索与PV/T-MD模块兼容的局部加热策略，以减少高盐度运行中的温度极化效应；（6）构建混合可再生能源网络，将PV/T-MD系统与风能、地热能等其他可再生能源集成以优化整体能量管理；（7）开发基于机器学习（如ANN）的算法以预测动态环境变量下的最优系统状态。总之，PV/T-MD系统是一种清洁高效的电力–水联产技术，在应对全球能源与水资源挑战方面具有广阔潜力；仍需进一步的理论创新、部件优化与中试规模验证以使该技术成熟，尤其需要系统的技术经济评估（TEA）与生命周期评估（LCA）以量化资本与运行成本、部件寿命与碳足迹，之后才能对大规模实际部署作出可靠判断。模块化设计与优化运行策略为发展可持续能源与水资源管理路径提供了有价值的参考。
