热电模块增强型太阳能热法海水淡化系统：蒸发与冷凝过程的协同优化研究

为解决太阳能海水淡化系统受光照条件限制的问题，伊朗伊斯兰阿扎德大学研究人员创新性地将热电模块(TE)集成到系统中，通过五种运行场景对比实验证明：同时利用TE热端(蒸发)和冷端(冷凝)可使淡水产量提升89.04%，最高日产达14.11 L/m2，为离网地区提供了可靠的模块化解决方案。

　　

全球淡水危机日益严峻，而传统海水淡化技术依赖化石能源且碳排放高。太阳能热法海水淡化虽环保却受限于昼夜交替和天气变化，热储存系统又增加了成本复杂度。如何突破这一"看天吃饭"的困境？伊朗伊斯兰阿扎德大学环境与能源系的研究团队独辟蹊径，将半导体热电模块(TE)这一"温度魔术师"引入系统，通过精确控制热流方向实现全天候运行，相关成果发表在《Next Energy》。

研究团队采用模块化设计思路，构建了包含铝制腔体、盐水箱和六组TEC1-12706热电模块的实验系统。关键技术包括：1) 分场景对比测试（阳光/TE单独/联合作用）；2) 双通道冷凝设计（玻璃自然冷凝+TE强制冷凝）；3) 多点温度监测（T1-T7热电偶网络）；4) 能量平衡计算（量化太阳能与TE贡献）。通过五组对照实验，首次实现了蒸发与冷凝过程的解耦分析。

研究结果显示：

1. 热电模块的协同效应：仅用TE热端时产量提升41.56%，而同时启用冷热端时增幅达89.04%，证明冷凝速率是限制产能的关键因素。
2. 能量利用效率：室内纯TE模式（场景5）创下92.2%的热力学效率纪录，得益于封闭环境减少热损失；而户外混合模式（场景3）以14.11 L/m²·d的产量保持实用优势。
3. 温度梯度管理：TE冷热端温差维持在15-23°C时，系统达到最佳工作状态，盐水箱温度最高达76°C（场景2）。
4. 冷凝方式对比：阳光充足时玻璃冷凝占主导（场景3玻璃贡献10.106L vs TE 4.008L），而无光照时TE冷凝反超（场景5 TE 2.913L vs 玻璃1.985L）。

这项研究突破了传统太阳能淡化"重蒸发轻冷凝"的设计局限，通过TE模块实现热量的精准调度：热端加热盐水产生蒸汽，冷端则像"制冷捕手"快速凝结水珠。特别是采用市售标准件（每模块仅56.5W）的务实路线，使得系统在伊朗德黑兰的实地测试中展现出极强适应性。论文首次量化了TE对蒸发/冷凝的独立贡献，为后续模块化设计提供理论依据——当1m²集热面积搭配约0.1m²TE冷端时，系统即可实现昼夜不间断制水。对于缺乏电网的沿海干旱地区，这种"太阳能为主、TE调节"的混合模式，比纯光伏驱动方案节能37%（对比场景1与3的70.1% vs 88.5%效率），展现出显著的工程应用价值。