【研究背景】
能源短缺和淡水短缺是社会可持续发展的关键挑战。光伏热（PVT）混合系统通过利用太阳能进行电力和水的热电联产，提供了一种有前景的策略。然而，由于太阳光谱利用不完全，现有系统的效率相对较低。为了解决这个问题，我们提出了一种新型的PVT集成系统，该系统结合了半透明太阳能电池和多级界面蒸馏器，以最大限度地利用太阳能光谱，实现高效的电力和淡水联合生产。实验结果表明，在一个太阳下，太阳能到蒸汽的效率达到创纪录的210%，生产率为3.17 L m−2 h−1，同时保持19.57%的电效率。采用了一个经过验证的理论框架，通过改善内部传热传质和有效减小级间气隙的厚度，为同时提高电水生产提供了优化策略。此外，引入了一种非接触式系统结构优化模型，以匹配太阳能电池的高透射率。这项工作实现了太阳能光谱的全利用，以实现电力和淡水的联产，为未来的研究提供了从热学角度的优化策略。目前，该文以“Synergistic solar electricity-water generation through an integration of semitransparent solar cells and multistage interfacial desalination”为题在《Renewable Energy》上发表。文章通讯作者为上海交通大学鲍华教授教授。该文通过耦合半透明太阳能电池和多级界面脱盐，提出了一种能够同时发电和淡水的太阳能光伏热系统，从而提高了全太阳光谱的利用率。通过实验证明，这种PVT系统可以实现创纪录的210%的太阳能到蒸汽效率，使用10级蒸馏器和半透明硅电池保持19.57%的电效率。此外，建立了一个理论模型，以确定太阳辐射、级数、气隙厚度和内部连接系数等主要参数对系统性能的影响。具体而言，建议通过增强内部传热传质和合理减小级间气隙厚度来同时提高电效率和热效率。优化了系统耦合结构，并为高透射率半透明电池提供了适当的策略。我们得出结论，如果电效率保持不变，两种模型之间的效率比较存在一个临界值。当电池的透射率高于该临界值时，应选择非接触式模型以有效提高热效率。基于该理论模型，使用一个典型的高透射率CIGS电池应用于十级非接触模型作为演示，通过模拟壁温来探索器件性能。
https://doi.org/10.1016/j.renene.2024.121837
