通过膜蒸馏同时发电和生成淡水的太阳能的系统及方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年11月15日提交的标题为“DEVICE FOR ELECTRICITYGENERATION AND WATER DESALINATION BY SOLAR LIGHT”(用于通过太阳光来发电和水淡化的装置)的美国临时专利申请62/767,647和于2019年8月7日提交的标题为“METHOD ANDSOLAR-BASED SYSTEM FOR SIMULTANEOUS ELECTRICITY AND FRESH WATER GENERATION”(用于同时发电和生成淡水的基于太阳能的系统及方法)的美国临时专利申请62/883,878的优先权，这两个申请的全部公开内容通过引用并入本文。

背景技术

技术领域

本文所公开主题的实施例大体上涉及一种用于使用太阳能来发电和产生净水的方法和系统，并且更具体地涉及一种使用太阳能面板作为光热部件以同时生成净水和电力的系统。

水与能源之间有着千丝万缕的联系，并且全球都感受到了水与能源的紧密关系，因为水安全正在成为对能源安全的威胁，反之亦然。在美国和西欧，约50％的取水量都用于能源生产。另一方面，净水生产，尤其是海水淡化，会消耗大量的电力。例如，在阿拉伯国家，淡水生产行业消耗了全国总电力的15％以上。据报道，在电力驱动的海水淡化过程中所产生的净水的1～10％都反馈到发电厂，以生成在淡化过程期间消耗的电力。尤其是在干旱和半干旱地区，人们已经感觉到了水-能源关系的负面后果。

当前不可再生的化石燃料在全球能源结构中的份额仍然大于82％，并且燃烧化石燃料导致了大量的CO

在这方面应当注意，对于每MWh的发电量，PV技术仅消耗2加仑水，而使用煤或核燃料作为主要能源的常规火力发电厂则分别消耗692加仑和572加仑的水。然而，太阳辐射的能量强度非常低，对于世界上大多数地区而言，能量强度通常为每天4-8kW·m

最近，太阳能蒸馏已经引起了相当大的关注，并且在针对海水淡化、从质量受损的水源中生产饮用水、减少废水量、金属提取和回收、灭菌等的各种过程中都表现出了有前景的潜力。然而，类似于以上讨论的太阳能发电过程，太阳能辐射的固有的低能量强度导致了在常规太阳能蒸馏设备中的淡水产生速率较小，例如，全天产生0.5-4.0kg·m

这种低生产率需要大的土地面积并且需要安装用于支撑蒸馏装置的安装系统，这限制了其经济活力和收益，类似于以上讨论的基于PV的发电厂的情况。最近，已经报道了通过回收每级中的蒸气冷凝期间所释放的潜热作为下一级的热源，来实现净水生产率更高的太阳能驱动的多级膜蒸馏(MSMD)装置，例如，在一个太阳照度下的10级装置中，其净水生产率为3kg·m

最近已经由多个小组研究了从太阳能同时生产净水和电力的概念[1-3]。然而，在这些尝试中，将太阳能蒸馏用于净水产生，并将太阳能蒸馏的一些副效能用于发电，这导致太阳能发电的效率低(<1.3％)。这些策略的低发电效率使得将它们应用于商业发电厂是不经济的。

因此，需要基于太阳能的同时产生淡水并高效发电的新系统，以使得大规模应用在经济上是可行的。

发明内容

根据一个实施例，存在一种集成的太阳能PV面板-膜蒸馏系统，其包含太阳能光伏面板和膜蒸馏装置，该太阳能光伏面板具有用于接收太阳能的正面和与该正面相对的背面，该膜蒸馏装置直接附接到太阳能光伏面板的背面。太阳能光伏面板被配置为同时生成电能并将热量传递给用于从污染水中生成淡水的背部膜蒸馏装置。

根据另一实施例，存在一种用于同时生成电能和净水的方法。该方法包括：利用具有正面和与正面相对的背面的太阳能光伏面板来从太阳能生成电能，将热量从太阳能光伏面板传递给直接附接到太阳能光伏面板的背面的多级膜蒸馏装置，以及基于来自太阳能光伏面板的热量利用多级膜蒸馏装置来从污染水中生成淡水。

根据另一实施例，存在一种集成的太阳能PV面板-膜蒸馏系统，其包括太阳能光伏面板、膜蒸馏装置和蒸发结晶器层，该太阳能光伏面板具有用于接收太阳能的正面和与正面相对的背面，该膜蒸馏装置直接附接到太阳能光伏面板的背面，该蒸发结晶器层附接到膜蒸馏装置，并且被配置为冷却膜蒸馏装置的底层。太阳能光伏面板被配置为同时生成电能并将热量传递给用于从污染水中生成淡水的背部膜蒸馏装置。

附图说明

为了更全面地理解本发明，现在结合附图来参考以下描述，其中：

图1是集成的太阳能PV面板-膜蒸馏系统的示意图，其中太阳能面板直接附接到膜蒸馏装置；

图2是集成的太阳能PV面板-膜蒸馏系统的概览，其中太阳能面板直接附接到膜蒸馏装置；

图3是另一集成的太阳能PV面板-膜蒸馏系统的示意图，其中太阳能面板直接附接到膜蒸馏装置；

图4是另一集成的太阳能PV面板-膜蒸馏系统的示意图，其中太阳能面板直接附接到膜蒸馏装置；

图5是又一集成的太阳能PV面板-膜蒸馏系统的示意图，其中太阳能面板直接附接到膜蒸馏装置；

图6A是集成的太阳能PV面板-膜蒸馏系统的概览，其中太阳能面板直接附接到膜蒸馏装置，并且图6B示出了图6A的实施例的变型，其中将蒸发结晶器层添加到集成的太阳能PV面板-膜蒸馏系统的底部；

图7A至图8C示出了先前附图中所示的集成的太阳能PV面板-膜蒸馏系统的各种特性；

图9示出了集成的太阳能PV面板-膜蒸馏系统在多个周期中的净水生产速率；

图10示出了源水和利用集成的太阳能PV面板-膜蒸馏系统所生成的净水中的离子量；以及

图11是用于利用集成的太阳能PV面板-膜蒸馏系统来同时生成净水和电力的方法的流程图。

具体实施方式

实施例的以下描述参考附图。不同附图中的相同附图标记表示相同或相似的元件。以下详细描述不限制本发明。相反，本发明的范围由所附权利要求书所限定。为了简单起见，参照使用PV面板和基于膜的装置来同时生成电力和淡水的系统来讨论以下实施例。然而，接下来要讨论的实施例不限于这样的系统，而这些实施例也可以应用于使用另一类型的淡水生成装置的系统。

在整个说明书中提到的“一个实施例”或者“实施例”是指结合实施例所描述的特定特征、结构或者特性包括在所公开的主题的至少一个实施例中。因此，在整个说明书中多个地方出现的短语“在一个实施例中”或者“在实施例中”不一定都是指同一实施例。另外，特定特征、结构或者特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多个实施例中。

根据实施例，同时产生淡水和电力的系统是集成的太阳能PV面板-膜蒸馏(PV-MD)系统，其中PV面板既用作(1)用于发电的光伏部件，又用作(2)用于产生净水的光热部件。在典型的太阳能电池中，所吸收太阳能的80-90％会不期望地转化成热量，并且然后被动地且浪费地散发到周围空气中。在该实施例中，与现有装置不同，MSMD装置直接集成在PV面板的背侧上，以直接利用其废热作为热源来驱动水蒸馏。在一个太阳照度下，对于3级MSMD装置而言所测得的新型PV-MD系统的产水速率为1.79kg·m

这种新的集成的PV-MD系统的一个或更多个益处是：(1)发电效率远远高于文献中所报道的那些净水-电力联产装置；(2)净水生产速率远远高于文献中所报道的那些系统；(3)在一些情况下，因为从太阳能面板产生的热量用于水蒸馏，所以降低了太阳能面板的温度并因此提高了太阳能面板的能量效率；(4)因为能够利用相同的装置和相同的安装系统高效地产生电力和净水，所以这种新型的系统减少了土地成本和该系统的安装系统成本；以及(5)因为水蒸馏系统是物理密封和热密封的，所以该系统即使在恒定的大风条件下也可以运行。现在参照附图来更详细地讨论该新型系统。

根据图1所示的实施例，集成的太阳能PV面板-膜蒸馏系统100(在此为PV-MD系统)包含形成为彼此直接接触的太阳能PV面板110和多级膜蒸馏装置120。PV面板110具有接收来自太阳的太阳能的正面110A和与该正面110A相对的背面110B。在一个应用中，多级膜蒸馏装置120(在此称为膜蒸馏装置)直接附接到太阳能PV面板110的背面110B以使得在这两个元件之间没有空间。在另外一个应用中，膜蒸馏装置120直接连接到太阳能PV面板110的背部。膜蒸馏装置120可以包含彼此机械连接和热连接的一个或更多个单级膜蒸馏元件130，如图所示。如图1所示，如果将多个单级膜蒸馏元件130彼此进行机械附接和热附接，则形成了多级膜蒸馏装置120。

为了提高系统100的效率，在一个应用中，可以将透明盖112附接到太阳能PV面板110的顶部，以使得在太阳能PV面板110与透明盖112之间形成腔室114。在一个应用中，在腔室114中生成真空以消除传导热损失。透明盖112可以由具有高透射率和低热导率的材料制成，诸如玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯和/或聚氯乙烯。

用于减少系统到环境的热损失的系统100的另一可选特征是热绝缘体116，该热绝缘体能够布置在系统100的整体或仅一部分的周围。热绝缘体116可以包含低热导率材料，诸如玻璃纤维、硅胶、石棉、无机多孔绝缘材料、聚氨酯泡沫和/或聚苯乙烯泡沫。

该系统还包含用于每个单级膜蒸馏装置130的输入132和输出134。输入132向对应的单级膜蒸馏装置130提供污染水(例如，盐水)，而输出134将清洁的水供应到系统外部。污染水不仅能够包括海水，还能够包括湖水、河水、地下水、工业废水、盐水、半咸水等。这些水源的质量可能受到损害，并且可能受到重金属、有机物、放射性材料、农药或与健康和环境有关的任何其他化学物质的污染。

输入132流体连接到水蒸发层140，来供应污染水进行蒸发。在该实施例中，水蒸发层140定位为与热传导层142直接接触。热传导层142与太阳能PV面板110直接接触，并且被配置为将热量从太阳能PV面板110的背部热传递到水蒸发层140。

太阳能PV面板110能够是任何种类的商业或实验室太阳能电池(诸如非晶硅太阳能电池、多晶硅太阳能电池、单晶太阳能电池、碲化镉太阳能电池、硒化铜铟镓太阳能电池、染料敏化太阳能电池、砷化镓锗太阳能电池、薄膜太阳能电池等)。当使用透明太阳能电池时，可以在太阳能电池下布置黑色材料以增强对太阳光的吸收。热传导层142可以由具有良好热导率的材料制成，诸如例如铜(401W/mK)、锌(116W/mK)、铝(237W/mK)、黄铜(109W/mK)、青铜(110W/mK)、石墨(168W/mK)、Ag(429W/mK)、碳化硅(360-490W/mK)、铁(73W/mK)、不锈钢(12-45W/mK)或锡(62-68W/mK)。也可以使用其它材料。水蒸发层140可以包括应当具有亲水性和多孔结构的亲水材料。这种材料的示例可以是无纺布、石英纤维、玻璃纤维等。

如图所示，疏水层144布置在水蒸发层140下方。疏水层144包括疏水且多孔的材料，以使得来自水蒸发层140的液态水150不能通过该疏水层。然而，疏水层144被配置为允许水蒸气154通过。在一个应用中，为了增加温度梯度，疏水层也应当具有低热导率，或者它能够由两种或更多种材料组成，其中一些材料具有低热导率，诸如聚苯乙烯膜、聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯等。

冷凝层146布置在疏水层144下方，并且被配置为冷凝通过疏水层144的水蒸气154，以形成淡水156。冷凝层146可以包括具有亲水性和多孔结构的材料，诸如无纺布、石英纤维、玻璃纤维等。

下一单级膜蒸馏装置130具有相似的结构，并且为了简单起见，在图1中仅示出了该第二装置130的热传导层142。然而，可以将许多其他的单级膜蒸馏装置130添加到系统100。

应当注意，图1所示的配置针对每个装置130都具有输入132，但是连接到该输入的水蒸发层140没有输出。这意味着进入水蒸发层140的水不能够离开装置130，并且由于这个原因，该配置被称为闭端配置。进入水蒸发层140的水150只能蒸发，然后水蒸气154能够通过疏水层144逸出水蒸发层140。在该实施例中，对于冷凝层146实现了相同配置，即，用于该层的唯一水源来自通过疏水层144的水蒸气154。每个冷凝层146都具有收集淡水156的单个输出134。

系统100如现在所讨论地工作。源水或污染水150能够通过毛细效应和蒸腾效应或通过重力或泵驱动来从水源152吸附到水蒸发层140中。水源152能够是容器或天然水储存器。来自太阳能PV面板110的热量通过热传导层142传递到水蒸发层140。来自水蒸发层140的污染水150由于该热量而蒸发，从而留下了存在于污染水中的任何固体污染物。作为亲水性多孔膜的冷凝层146通过疏水层144与水蒸发层140隔离，这确保了高盐水或污染水150不会进入冷凝层146。

在水蒸发层140中形成的水蒸气154被迫向下流动并在冷凝层146中冷凝为冷凝净水156。然后，冷凝水156在重力作用下通过输出134传输到收集器158。在冷凝过程期间释放的蒸气154的潜热被下一单级膜蒸馏装置130用作热源。然后，针对每个单级膜蒸馏装置130来重复整个过程。

如上所述，整个系统100可以由热绝缘材料116密封以防止蒸气和热损失。水蒸发层与相应的冷凝层之间较大的温度梯度将导致较高的净水生产速率。

参照图1所讨论的系统100将太阳能PV面板110与膜蒸馏装置120集成为一体机构。这意味着，太阳能PV面板110直接附接到膜蒸馏装置120，并且当安装在例如支撑元件上时，它们实现为单个一体元件并且它们使用单个支撑机构。膜蒸馏装置120可以以各种方式(例如，焊接、胶合、螺钉等)来附接到PV面板的背部。集成的系统100不使用管道或其他热传递装置来实现太阳能PV面板110与膜蒸馏装置120之间的流体交换或热交换。太阳能PV面板110与膜蒸馏装置120之间的热交换是通过这两个元件之间的直接接触来实现的。在这方面，图2示出了集成的太阳能PV面板-膜蒸馏系统100的透视图，其示出了附接到太阳能PV面板110的背部并且被配置为闭端模式的多个膜蒸馏装置130。

集成的太阳能PV面板-膜蒸馏系统300的另一实施例在图3中示出。除了以下修改之外，系统300类似于系统100。利用气隙344来替代疏水层144。由于空气的低热导率，能够通过使用气隙344来减少热传导层之间的热传递。另外，在该实施例中，多级膜蒸馏装置120直接布置在水源352上方。

图4示出了集成的太阳能PV面板-膜蒸馏系统400的另一实施例。除了以下修改之外，系统400类似于系统100。包含亲水膜的冷凝层146被冷凝层446代替，该冷凝层是空的，即，内部没有膜。对于这种情况，水蒸气154在热传导层142的表面上得以冷凝，然后所形成的水156将从出口134滚出到收集容器158中。另外，在该实施例中，多级膜蒸馏装置120直接布置在水源152上方。在这方面，膜蒸馏装置120可以被配置为在水源152上漂浮，或者其可以机械地附接到该水源。应当注意，为了简单起见，在这些图中省略了盖112。然而，可以根据需要来添加盖112。

图5示出了集成的太阳能PV面板-膜蒸馏系统500的另一实施例。除了以下修改之外，系统500类似于系统100。水蒸发层540不包含亲水膜。替代地，在水蒸发层540内部存在气隙。然而，在一个应用中，可以在水蒸发层540内部布置亲水膜。对于不具有亲水膜的这种实现方式，水源152布置在高于系统最顶部的单级膜蒸馏装置130的上方，从而可以例如通过虹吸效应将水150传输到装置130。水蒸发层540中的水蒸发过程可能导致盐在该层中结晶。

为了能够去除所结晶的盐，在该实施例中，每个水蒸发层540都通过对应的连接管道560来流体连接到下一水蒸发层(即，水蒸发层为串联连接)，并且最后的水蒸发层540具有输出134，如图5所示。以这种方式，能够实现错流模式而非闭端模式，即污染水在输入132处进入系统并在输出134处离开系统。此外，该设计可以简化系统的清洁，因为当将低浓度的盐水150供应到源水容器152时，能够在夜间用低盐浓度的盐水来对系统进行清洁。低浓度的盐水将流过每个蒸发层540，溶解所结晶的盐，并在输出134处将该所结晶的盐带出。这在白天是不可能的，因为由太阳能PV面板110所生成的热量会将水蒸发掉。

此外，类似于系统400，系统500可以具有形成为不具有亲水膜而具有气隙的冷凝层546。然而，在一个应用中，可以在冷凝层546内部布置亲水膜。在该特定实施例中，冷凝层546也利用相应的管道562来彼此流体连接(并联)，以使得在它们的每个中所形成的净水156共同地到达容器158。

尽管该实施例示出了将水源容器152布置为高于最顶部的单级膜蒸馏装置130，但是本领域技术人员应当理解，替代于将水源容器布置在该位置，也能够将其布置为低于最顶部的单级膜蒸馏装置130，并且还可以使用用于将污染水150供应到系统的其他装置，例如泵。

在图6A中示出了类似于系统500的系统600的整体视图。应当注意，在该系统中，不同于系统500，污染水首先通过输入132提供到最底部的单级膜蒸馏装置130处，并且然后污染水通过连接管道560提供到下一单级膜蒸馏装置130，并且最终的污染水在输出134处离开最顶部的单级膜蒸馏装置130并然后被收集到废水容器602中。另外，对于该系统600而言，污染水流动层610被添加到膜蒸馏装置120的底部，以在污染水进入最底部的单级膜蒸馏装置130的第一蒸发层140之前对其进行加热，如图6A所示。

图6B中示出了系统600的变体，其中蒸发结晶器层614布置在系统600的底部处，其附加的头部传导层612将污染水流动层610与新的蒸发结晶器层614分开。蒸发结晶器层614通过导管616与废水容器602流体连接。导管616可以是附接到泵618的管道，以用于将废水603从废水容器602泵送到层614中。替代地，导管616可以由各种纤维制成，以促进流体从废水容器602中毛细移动到层614中。

蒸发结晶器层614能够用作冷却器以降低底部冷凝层146的温度。水能够通过毛细效应来芯吸或者通过泵来传输到蒸发结晶器层614，并且然后蒸发以消耗从底部冷凝层146所回收的热量。来自废水603的盐能够结晶，并且然后被收集在层614的外部。例如，形成在层614的外部上的结晶的盐615可能会由于其自身重力驱动而从层614掉落，或者能够从系统600将盐615与层614一起拿走并添加新的层614。在这种情况下所使用的水603能够是从系统600产生的浓缩水，如图6B所示，或者其可以是海水、半咸水、工业废水等。另外，一旦从系统600产生的浓缩水的产生速率低于或等于蒸发结晶器层614的蒸发速率，则能够实现零液体排放。

在一个实施例中，蒸发结晶器层614可以由多孔亲水材料制成，该材料可以是尼龙6、尼龙66、纤维素产品、聚乙烯醇、无纺布、石英纤维、玻璃纤维、聚乙酸乙烯酯等。

在一个实施例中，膜蒸馏装置120的每级都包含四个单独的层：热传导层142、作为水蒸发层140的亲水性多孔层、作为用于蒸气渗透的膜蒸馏144的疏水性多孔层、以及水蒸气冷凝层146。在一个实现方式中，氮化铝(AlN)板被用作热传导层142，这是因为它的热导率极高(>160109W·m

在膜蒸馏装置120的每级中，热量通过热传导层142来传导到下面的亲水性多孔层140。然后，将亲水性多孔层140内部的源水150加热以产生水蒸气154。水蒸气154通过疏水性多孔膜层144并最终在冷凝层146上冷凝以产生液体净水156。水蒸发和蒸气冷凝的驱动力是由蒸发层与冷凝层之间的温度梯度所导致的蒸气压差。

在每个级130中，在冷凝过程期间释放的水蒸气的潜热被用作热源以驱动下一级130中的水蒸发。多级设计120确保了热量能够重复地再使用以驱动多个水蒸发-冷凝循环。在传统的太阳能蒸馏器中，太阳光通过光热效应产生的热量仅驱动一个水蒸发-冷凝循环，这在一个太阳照度条件下，将净水生产速率的理论上限设定为约1.60kg·m

在本文所讨论的实施例中，提出了两种污染水流动模式，即，闭端模式(图1至图4)和错流模式(图5和图6)。在闭端模式下，可以通过亲水性石英玻璃纤维膜条经由毛细效应将源水被动地芯吸到蒸发层中。在这种情况下，蒸发层中的盐和其他非挥发性物质的浓度持续增加，直到最终达到饱和。对于该模式而言，必须进行清洗操作才能去除系统内部积聚的盐。然而，被动的水流降低了系统的复杂性，并且在此操作模式的早期阶段中产生了高的产水速率。

在图5和6所示的错流模式中，源水通过重力驱动或者通过机械泵驱动来流入到系统中，并在达到饱和之前流出系统。在这种情况下，流出的水流将带走少量的显热，从而导致早期阶段中的净水生产率略微下降。然而，这种方法解决了盐积聚的问题，并避免了需要频繁清洁和除盐的操作，这使得该配置适合于长期运行。

通过将太阳能PV面板连接到具有不同电阻的外部电路，来研究3级PV-MD系统(即，包含3个单级膜蒸馏装置130的系统)的产水性能。当该系统在一个太阳照度下利用纯水作为源水来工作时，太阳能PV面板110的温度(受外部电阻的轻微影响)被测量为约58℃。因为太阳能PV面板的性能受其工作状态温度的影响，所以在一个太阳照度条件下同时进行净水和电力产生的操作来测量工作状态(58℃)下的面板110的J-V曲线(其绘制了所产生的电流密度与电压的关系)，如图7A所示。基于J-V曲线，此面板的最大输出功率被确定为138mW，这是在1.3Ω的最佳负载、0.32A的电流和0.43V的输出电压下实现的。图7B示出了当PV面板连接到各种负载时所研究的系统的产水量。尽管所测试的PV-MD系统的有效工作面积(4.0cm×4.0cm)为16cm

当面板110连接到等于其最佳负载1.3Ω的电阻时，同一PV-MD系统显示出的产水速率为1.79kg·m

还研究了在具有不同光强的太阳照度下的三级闭端PV-MD系统的净水产生性能，其结果显示在图8A至8C中。所收集的水的质量变化速率如图8A所示，并且在0.6、0.8、1.0、1.2和1.4的太阳照度下，平均产水速率分别为0.92、1.39、1.82、2.31和2.65kg·m

PV-MD系统的一个目标应用是发电，并且同时从质量受损的各种源水(诸如海水、半咸水、污染的地表水和/或地下水)中产生净水。当使用3.5％NaCl水溶液作为海水替代物时，开路状态下的净水生产速率为1.77kg·m

在另一实验中，闭端模式下的PV-MD系统100用于从重金属污染的海水中产生净水。在一个太阳照度下，PV-MD系统显示出的净水生产速率为1.69kg·m

在以闭端模式来操作的PV-MD系统中，如上所述，来自源水的盐将在操作期间连续地积聚在蒸发层内部，如果盐晶体阻塞MD膜的孔隙，则可能会导致故障和损坏。尽管如前所述能够通过频繁的再生操作来将盐从系统中清洁出来，但对于长期操作和大规模应用而言这是不切实际的。

因此，能够以错流模式来操作的PV-MD系统500或600将解决盐积聚问题。对于系统600，为了在源水进入第一蒸发层140之前对其进行预加热的目的，在膜蒸馏装置120的底部处添加了污染水流动层610以回收热量。当3级错流型PV-MD系统600的出水口134已阻塞时，即，在没有水流出系统的闭端模式下操作时，在以纯水作为源水的情况下的净水生产速率为2.09kg·m

当打开3级错流型PV-MD装置的出水口134并且将污染水的流速控制为5g·h

然后评估了具有错流模式的3级PV-MD系统600的海水淡化性能。将污染水的流速控制在5g·h

现在参照图11来讨论用于利用集成的太阳能PV面板和膜蒸馏装置同时生成电能和净水的方法。该方法包括步骤1100：利用具有正面和与正面相对的背面的太阳能光伏面板来从太阳能生成电能；步骤1102：将来自太阳能光伏面板的热量传递给直接附接到太阳能光伏面板背面的多级膜蒸馏装置、以及步骤1104：基于来自太阳能光伏面板的热量利用多级膜蒸馏装置来从污染水中生成净水。

在一个应用中，多级膜蒸馏装置包含彼此连接的多个单级膜蒸馏装置，并且每个单级膜蒸馏装置都包含热传导层、水蒸发层、疏水层和冷凝层。该方法还可以包括利用来自热传导层的热量加热污染水的步骤、利用来自热传导层的热量蒸发水蒸发层中的污染水的步骤、允许水蒸气而非污染水通过疏水层到达冷凝层的步骤、以及在冷凝层中将水蒸气冷凝成净水的步骤。

在一个应用中，每个单级膜蒸馏装置都具有流体连接到水蒸发层的输入并且没有输出，以使得污染水不能通过水蒸发层。在另一应用中，每个单级膜蒸馏装置都具有流体连接到水蒸发层的输入和输出，以使得污染水通过水蒸发层。

所公开的实施例提供了集成的太阳能PV面板和膜蒸馏装置，其同时生成电能并使用所生成的热量来清洁污染水以产生净水。应当理解，该描述并非旨在限制本发明。相反，实施例旨在覆盖包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的替代、修改和等同形式。此外，在实施例的详细描述中，阐述了许多具体细节以便提供对所要求保护的发明的全面理解。然而，本领域技术人员应理解，可以在没有这种具体细节的情况下实践各种实施例。

尽管在实施例中以特定组合来描述了本实施例的特征和元件，但是每个特征或元件能够在没有实施例中的其他特征和元件的情况下单独使用，或者在具有或不具有本文所公开的其他特征和元件的各种组合中使用。

该书面描述使用了所公开的主题的示例，以使得本领域技术人员能够实践该主题，其包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何结合方法。该主题的可专利范围由权利要求限定，并且可以包括本领域技术人员可以想到的其他示例。这种其他示例旨在包括在权利要求的范围内。

参考文献

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