淡水短缺已成为一个日益严重的全球性挑战，特别是在干旱和半干旱地区，人口增长、工业化和气候变化加剧了水资源压力。海水及微咸水的淡化已成为缓解淡水短缺的有效且必不可少的解决方案，尤其是在缺乏传统水源的沿海和偏远地区[1],[2]。然而，传统的海水淡化技术通常能耗较高，并且严重依赖化石燃料发电，导致运营成本高昂且存在环境问题[3]。因此，开发可持续、低能耗和分散式的海水淡化系统仍然是重要的研究方向。
太阳能驱动的海水淡化技术因其能够直接利用丰富的可再生能源而受到关注，无需复杂的基础设施[4]。辅助组件辅助的太阳能蒸馏器被证明是提高生产力和经济性能的有效途径[5]。基于生物材料的蒸发和吸收技术也被认为是具有前景的低成本改进方法[6]。在这些技术中，被动式太阳能蒸馏器是最简单且最可靠的方法之一，几乎不需要外部能量输入和维护[7],[8]。它们的低成本、操作简便性和适应性使其特别适用于资源有限地区的小规模和分散式水处理应用[9]。
除了生产淡水外，海水淡化过程本身还会产生不同盐度级别的水流，包括浓缩盐水和稀释水。在大多数实际系统中，这些水流之间的盐度梯度被直接排放，而没有进一步利用，尽管它们代表了化学势能的来源[10],[11]。因此，回收盐度梯度能量已成为提高海水淡化系统整体资源效率的有前景策略。
反渗透（RED）是一种成熟的电化学技术，可以通过交替传输离子通过阳离子和阴离子交换膜将盐度梯度能量转化为电能[12]。过程建模和实验研究为RED的设计和性能评估提供了有力依据[13],[14]。RED已在自然盐度梯度（如海水与河水的混合）以及工业盐水和水淡化废液的处理系统中得到广泛研究[15],[16]。当与海水淡化过程结合使用时，RED为部分能量回收提供了额外途径，从而在不影响淡水产量的情况下提高水处理系统的可持续性。
尽管人们对混合海水淡化-能量回收系统的兴趣日益浓厚，但将被动式太阳能蒸馏器与RED结合的研究仍较少。以往的研究主要集中在大规模海水淡化过程[17],[18]或使用外部提供的盐水和盐水流体的RED系统[16],[19]上。尽管这些研究证明了海水淡化-RED结合的可行性，但它们的配置在规模、运行模式和盐度梯度来源方面与被动式太阳能蒸馏器系统有所不同。相比之下，被动式太阳能蒸馏器仅利用太阳能就能自然生成淡水和浓缩盐水，为再生盐度梯度提供了简单且可持续的手段，适合用于下游能量回收。
将太阳能蒸馏器与RED结合的主要目的不是最大化电力输出，而是探索一种协同系统，在这种系统中，淡水生产是主要功能，而盐度梯度能量的回收则是次要收益。从这个角度来看，单坡度被动式太阳能蒸馏器特别适用，因为它结构简单、资本成本低且运行稳定，能够实现可控的盐度生成，而不是追求峰值淡水产量[20],[21]。本研究提出了一种太阳能蒸馏器-RED结合系统，并通过系统级数学模型对其淡化性能和理论盐度梯度能量回收潜力进行了分析。
本研究的创新之处和贡献主要体现在三个方面：首先，将被动式单坡度太阳能蒸馏器与RED结合，在现场再生盐度梯度，而不是依赖于外部提供的盐水流或大规模的海水淡化装置；其次，从系统层面评估该结合系统，其中淡水生产是主要功能，而RED被视为辅助的能量回收模块；第三，分析了太阳辐射强度、环境温度、进料速率、终端电流和串联堆栈配置的影响，以明确太阳能驱动的浓缩过程与盐度梯度能量利用之间的耦合机制。
