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电力的稳定获取是影响近海和海岛地区生产生活品质的重要因素。虽然近海和海岛地区的太阳辐照资源丰富，对应的光伏发电技术也已得到广泛用，但是考虑到天气情况、昼夜交替和太阳辐射强度波动的影响，当前的光伏发电装置始终存在间歇性工作和光电效率低的瓶颈。

此外，海水淡化技术是满足近海和海岛地区淡水资源供应的重要途径。在传统的海水淡化工艺中，多级闪蒸工艺需要预热海水，再经低压闪蒸室蒸发，因此操作弹性小，泵耗能大；低温多效蒸馏工艺基于喷淋低温多级蒸汽管蒸发，设备体积大，管道易结垢；反渗透工艺利用高压力差驱动水跨膜渗透，对膜结构强度要求高。因此，需要开发一种低能耗、高寿命、易维护的海水淡化技术。

电渗析技术具有响应快、稳定性高和结构简单的优点，适用于海岛等中小型海水淡化工程。然而，当前的电渗析技术仍存在脱盐效果不彻底、输出水质较差、水回收率低的缺点，这归因于电渗析传质过程较慢、膜的离子选择性和离子通量较低。目前电渗析技术侧重于改进离子选择性膜，工艺复杂且造价昂贵，尚无有效的调控方式。

鉴于上述问题，本发明的目的是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于余热利用的光伏发电与海水淡化耦合系统及方法。将等离子激元太阳能电池用于聚光光伏发电，将掺纳米颗粒海水用于光分频，同时利用相变储热器收集光伏发电单元的热量，并对电渗析单元稳定持续供热，从而提高盐离子去除率并降低能耗。系统不间断电渗析过程所需电能来自光伏发电单元，无需外界供电；通过调节电渗析单元的串联或并联数量还可动态调整电能与淡水的产出比例，从而满足实际用电和用水需求。

本项目设计了一种基于余热利用的光伏发电与海水淡化耦合系统及方法，其中，光伏发电单元包括线性菲涅尔透镜、分频冷却管、太阳能电池和集热管，海水供应单元包括海水储罐和预处理储罐，储热与控温单元包括相变储热器和换热器，电渗析单元包括电极、离子选择性膜、淡化室和浓缩室、极室、浓缩液和淡化液储罐，储电与控制单元包括蓄电池组和电路控制器。入射太阳光通过先聚光后分频模式实现光伏发电，掺纳米颗粒海水吸收长波段光能并透过短波段光能，相变储热器收集储存光伏发电单元热量并向电渗析单元供热，提高盐去除率。所述系统通过余热回收与电能自供给，同时提高光伏发电和海水脱盐性能，可实现不间断运行并动态调节电能与淡水的产出比例。

本项目适用于太阳能利用和海水淡化等领域，特别是一种基于余热利用的光伏发电与海水淡化耦合系统及方法。

研究团队依托动力及工程热物理双一流“A+”学科，以及国家西部能源研究院、热科学与工程国际合作联合实验室、热流科学与工程教育部重点实验室、能源与环境中的热质传递国际联合研究中心和陕西省氢燃料电池性能提升中心等国家级和省部级科研平台，具备国内领先的科研条件。研究团队长期从事复杂热质输运过程调控与数值仿真、电子器件热管理、储能与节能技术、氢能与燃料电池技术以及新能源高效利用等领域的研究工作。研究成果曾获2009年国家技术发明二等奖1项，2015年国家技术发明二等奖1项，2015年国家科技进步二等奖1项，2017年国家科技进步奖（创新团队）1项，2020年陕西省自然科学一等奖1项。

与现有技术相比，本发明具备如下优点：

(1)不间断电渗析处理所需电能来自太阳能电池光伏发电，因此本系统可实现电能自供给。此外，调节电渗析单元的串联和并联数量可实现光伏发电量和淡水产量二者比例以及淡水含盐量的动态调整，满足不同时段不同条件下的用水和用电需求。

(2)利用金属纳米粒子促进太阳能电池的光俘获，利用掺纳米颗粒海水对聚焦太阳光进行分频冷却，利用载热工质带走光伏余热，所收集热量经相变储热器和换热器对电渗析室供热，既避免太阳能电池高温导致的性能衰退，又提高电渗析室温度，增大离子选择性膜的离子通量与选择性。因此，本发明可提高光伏发电效率，抑制电渗析的浓差极化并降低能耗。

(3)离子选择性膜内结构非对称的纳米通道可产生离子整流效应，抑制离子从浓缩室向淡化室的浓度差扩散过程，提高电渗析过程的盐去除率，降低淡化室和淡化液的含盐量；此外纳米通道的非对称结构可彼此相互支撑，具有更好的循环性能和更长的使用寿命。

(4)系统根据实时天气情况以两种工作模式不间断运行，即在太阳能充足时进行聚光分频光伏发电和电渗析海水淡化，而在太阳能不足时则依靠相变储热器释放的热量继续提升电渗析性能，在输出电能的同时可实现稳定持续的淡水产出，可应用于近海和海岛地区的光伏发电和海水淡化。

希望以技术许可、技术转让或共同研发等方式与企业合作