光伏膜蒸馏将来自太阳能电池板的废热转化为能源，以驱动高效的水蒸馏过程。
图片：美国公共电力协会
地球上的生命取决于太阳，它是我们星球的能源，可以直接通过太阳能技术利用，也可以间接利用，因为它影响风、浪以及用作燃料的生物材料的生长。随着世界的目标是到年实现碳中和，充分利用这种可再生能源变得越来越重要。
现在，一组研究人员提出，使用当前的太阳能技术，太阳不仅可以提供电能，还可以做更多的事情。沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学（KAUST）的科学家研究了将太阳能电池与净水系统连接起来，以帮助在稀缺的地方生产饮用水。
海水淡化需要能源
如今，淡水的短缺已成为世界面临的主要挑战。尽管这不是普遍问题，但全球近一半的人口每年至少在缺水地区生活一个月，而数据显示，到年，这一数字可能会增加到约48-57亿。在有海水的地区，脱盐已成为生产饮用水的可行方法。由于其高生产率和高产能，传统的海水淡化技术为维持受到严重缺水挑战的人类社会做出了贡献。例如，中东占全球海水淡化产量的45％。但是，这些技术的前期成本非常高，并且在操作过程中需要消耗大量能源。在沙特阿拉伯，该国产生的大部分电力用于海水淡化。
有希望的光伏膜蒸馏
为了最大程度地减少必要过程中的能量消耗，KAUST的研究小组负责人王鹏教授和他的博士生萨拉·阿莱德（SaraAleid）和王文彬（WangWenbin）转向太阳能来应对这一挑战。他们报告了一种称为光伏膜蒸馏（PV-MD）的新技术。
通常，光伏系统转换太阳能以移动硅半导体中的自由电荷载流子（电子）以产生电能。在此过程中，电池中还会产生热量，这是能量的损失。但是，KAUST团队能够使用其新的PV-MD技术将来自太阳能收集器的废热转化为驱动水蒸馏的能源。王鹏教授说：“PV-MD非常适合，将具有商业竞争力，可以为遭受经济和自然水短缺的地区供应水和电。”
小组提出了一种策略，可以从同一块光伏面板同时生产电力和清洁水。这种称为光伏膜蒸馏（PV-MD）的策略将光伏面板的废热转化为动力，以驱动多级膜蒸馏工艺。膜蒸馏组件直接连接到商用光伏面板的背面，可以从海水、污染的河流、湖泊、地下水和工业废水等质量受损的各种水源中生产出新鲜、清洁的饮用水。
根据计算，在以预期的速率定期发电的同时，当使用海水作为自来水时，PV-MD能够以高达3.5kg/m^2·h的速率生产清洁水。以这样的速度，在一个典型的夏日，20m^2的光伏面板阵列（家庭屋顶的典型区域），会产生超过L的淡水，足以满足六口之家的需求。
PV-MD的其他优点包括低进入门槛，适用于任何规模。PV-MD可以设置为家庭的单个设备，也可以设置为大型的工业PV-MD农场。生产具有低总溶解固体（TDS）的淡水，具有广泛的应用，例如灌溉、饮水，并且可以满足一些工业过程的特殊需求。
这组作者说：“PV-MD的最有前途的应用是在消费水和电的地点（例如，离网社区和中小人口社区）进行水和电的分散式联合生产。通过常规方式进行水和电力的长距离传输将增加总成本。”
下一步将涉及扩大该技术的商业应用范围。该团队希望有一天他们的技术能够普及，从而创造一种更容易获得和负担得起的向所有人提供饮用水的方式。