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太阳能驱动脱盐技术中，半球形太阳能蒸馏器（HSD）因其高效集光和增大冷凝面积的优势备受关注。本文系统综述了HSD的改进技术、经济性能及最新发展趋势，对比分析了内部添加剂（如PCM、纳米材料）与外部增强措施（光学反射器、真空管集成）对产水率（4.21-10.41 L/m2·d）和能源效率（41.20-87.94%）的提升效果，并探讨了0.003-0.0112美元/升的成本区间与产业化潜力。
阿卜杜勒-拉赫曼·阿拉内齐
机械工程系，朱拜勒工业学院，朱拜勒与延布皇家委员会，邮政信箱10074，朱拜勒工业城31961，沙特阿拉伯
摘要
获取可靠的淡水源和可持续能源仍然是联合国可持续发展目标的核心优先事项，尤其是在淡水短缺和能源需求不断上升的地区。近年来探索的太阳能驱动的海水淡化技术中，半球形太阳能蒸馏器（HSDs）作为一种仅使用阳光生产淡水的简单而有效的方法，引起了越来越多的关注。对这些有效系统的全面回顾对于确定提高太阳能蒸馏系统生产力的未来方向以及应对相关挑战具有重要意义。该回顾提供了HSD研究进展的全面、更新和详细的概述，同时概述了基本工作原理、经济效益，并讨论了为降低能耗而开发的不同改进技术。此外，还讨论了最新的发展、局限性和趋势。回顾还强调了几个创新和混合型的HSD配置，这些配置指向了新兴的设计趋势。为了确保分析和结果的全面性和一致性，之前的研究根据所使用技术的位置进行了分类：蒸馏器内部使用的技术和蒸馏器外部使用的技术。结果显示，改良型半球形蒸馏器的日产量在4.42至9.34升/平方米之间（对于内部添加剂），以及4.21至10.41升/平方米之间（对于外部添加剂）。能源效率通常在41.20％至87.94％之间（对于内部添加剂），以及42.12％至76.51％之间（对于外部添加剂）。经济分析表明，生产成本分别在0.0051至0.0112美元/升和0.003至0.189美元/升之间（对于内部和外部添加剂）。
引言
水和能源是塑造现代社会的两个最关键且相互依存的资源，它们的可用性对经济发展和人类福祉有着重要影响。近几十年来，由于人口增长和气候变化压力的增加，对淡水的需求不断增长，使水资源短缺成为二十一世纪的一个主要挑战。据估计，有超过20亿人生活在面临高至严重水资源压力的地区，随着气候和人口压力的持续加剧，这一数字预计还会大幅上升（Patel和Naresh，2026年）。淡水资源的地理分布不均，加上人口快速增长，进一步加剧了这种不平衡（Yang等人，2025年）。这个问题也与能源需求的增加密切相关，因为传统的水处理和海水淡化过程往往需要大量的能源输入（Mfarrej，2025年）。海水淡化是目前用于解决不同地区饮用水短缺问题的最重要技术之一，特别是在海湾国家（Ghorbani等人，2025年；Wang等人，2026年）。传统的海水淡化工艺如反渗透、多级闪蒸和多效蒸馏在全球范围内广泛应用，但它们需要较高的投资和维护成本，并且能耗较高（Harby等人，2021年）。太阳能驱动的海水淡化技术，如太阳能蒸馏器，可以为这一问题提供科学、经济和环保的解决方案，特别是在偏远地区（Abdullah等人，2024年；Alsaman等人，2025年）。在这些地区，太阳能潜力巨大，因此太阳能淡化技术是可行、可持续且经济的（Zolghadr-Asli等人，2023年）。太阳能是清洁和可再生的，可以替代化石燃料，从而有助于实现保护环境的可持续发展目标（Nasrollahi等人，2023年）。
在这种背景下，太阳能蒸馏技术是一个有吸引力的选择。通过利用免费的太阳辐射，太阳能蒸馏器再现了自然水循环的基本步骤——蒸发和冷凝——从而无需大量的外部能源或化学处理即可生成饮用水（Benghanem等人，2025a；Alahmadi等人，2025a）。它们的简单性、低维护成本以及分散式运行的能力使得它们在淡水供应和基础设施有限的农村或偏远社区中特别有价值（El Hadi Attia等人，2025a）。尽管有这些优势，与传统规模的海水淡化厂相比，传统太阳能蒸馏器产生的淡水量相对较少，这激发了人们对其性能改进的广泛研究（Boudhiaf等人，2025年）。
已经提出了多种太阳能蒸馏器设计，以提高蒸发和冷凝速率、改善热管理并增加总体淡水产量（Jamil等人，2023年；El-Sebaey等人，2024年）。这些系统通常分为传统设计，如单坡度、双坡度和多池蒸馏器，以及集成了几何变化、热能存储介质、纳米材料、吸液层、光学聚光器或结合太阳能热能和光伏技术的混合元件的先进或改良配置（Elsawy等人，2023a）。这些先进系统的例子包括单池蒸馏器（Karrarammoodi等人，2024年；El Hadi Attia等人，2024a）、双坡度太阳能蒸馏器（Dhivagar等人，2025a；Dhivagar等人，2026年）、半球形蒸馏器（Khasiya和Maiti，2026年）、圆锥形蒸馏器（Alahmadi等人，2026年）和金字塔形蒸馏器（Hammoodi等人，2023a），以及借助聚光器或混合加热组件的装置（Bait，2024年）。其中，半球形太阳能蒸馏器引起了极大的兴趣。其独特的几何形状增强了太阳能捕获能力，减少了白天的遮挡，并增加了可用的冷凝表面积，所有这些都有助于提高淡水产量（Dhivagar等人，2022a）。最近使用了一些技术来提高蒸馏器的性能，包括使用相变材料（PCM）（Dhivagar等人，2025a）、磁场（Dhivagar等人，2022b）、吸液材料（Dhivagar等人，2022b）以及结合光伏系统（Dhivagar等人，2025b）。
鉴于这种日益增长的研究活动，本回顾旨在提供对半球形太阳能蒸馏系统的综合和更新的研究。如上述调查所示，几项最近的回顾研究将不同设计的半球形太阳能蒸馏器视为高效的淡水蒸馏装置（Abdullah Fadl A. Essa等人，2026年）。它们的圆顶形状使其能够从广泛的角度捕获太阳辐射，并提供更大的冷凝表面，从而提高了蒸发和冷凝速率，优于传统的单坡度蒸馏器。其他研究人员探索了与半球形太阳能蒸馏器结合的现代技术以提高效率和生产率（Kadhim等人，2025年；Ali M. Ashour等人，2025年），还有一些研究探讨了将半球形太阳能蒸馏器与其他太阳能技术结合以最大化日性能（Abdelaziz Hanaa Salem Marie等人，2026年；Alqsair等人，2026年）。
本研究旨在提供半球形太阳能蒸馏器及其性能提升所用最新技术的全面、更新和详细的概述。了解这些发展及其有效性对于促进其更广泛的采用和支持太阳能驱动的蒸馏技术的可持续性至关重要。文章首先讨论了半球形蒸馏器的基本工作原理和常见的性能指标。接下来，它探讨了性能评估参数和热经济可行性。然后重点介绍了用于提高半球形太阳能蒸馏器性能的最新技术。为了确保分析和结果的全面性和一致性，回顾了先前研究中使用的改进技术，并根据所使用的内部和外部添加剂将其分为两种主要策略。在第一种策略中，审查并分析了蒸馏池内部使用的添加剂，如多孔介质、吸液结构、热材料和PCM、纳米材料、鳍片和波纹吸收器。在第二种策略中，介绍了放置在蒸馏池外部的添加剂，如冷却盖、光学反射器、太阳能聚光器和集成加热装置，并对其进行了分析。此外，本文概述了通常用于评估热经济性能的方法，并指出了需要进一步研究的研究空白。回顾强调了最新的发展、局限性和趋势，这些趋势指向了新兴的设计方向。最后，回顾提出了对未来工作的建议，以支持半球形太阳能蒸馏器的持续发展、优化和大规模采用。这项工作可以为希望使用半球形太阳能蒸馏器改进蒸馏技术的研究人员、工程师和利益相关者提供有价值的资源。
章节片段
太阳能蒸馏装置
太阳能蒸馏作为一种实用的方法，重新受到了关注，以应对许多传统海水淡化技术所面临的高能源需求（Harby等人，2026a；Hammoodi等人，2023b）。依靠丰富且可再生的太阳能，太阳能蒸馏器提供了一种可持续且通常在经济上具有竞争力的方式来生产饮用水，特别是在电力供应有限或不可靠的地区（Aghakhani等人，2025a）。典型的太阳能蒸馏器是
半球形太阳能蒸馏器（HSD）
近年来，半球形太阳能蒸馏器因其独特的形状而在光学和热学方面具有优势，吸引了广泛关注。透明的圆顶使其能够全天从广泛的角度拦截阳光，提高了总能量吸收率并支持更高的蒸发速率（Arunkumar等人，2012年）。半球形盖子还提供了更大且冷却更均匀的冷凝表面，
提高半球形太阳能蒸馏器的生产力
提高半球形太阳能蒸馏器（HSDs）生产力的努力导致了多种改进技术的出现，每种技术都针对热吸收、蒸发、冷凝或整个系统效率的不同方面（Sathyamurthy等人，2026年）。图4概述了这些改进途径。该图总结了文献中探讨的主要策略，包括直接应用于蒸馏池内的内部修改和外部
概述和局限性
关于半球形太阳能蒸馏器（HSDs）的已发表研究表明，与许多传统的被动海水淡化系统相比，它们提供了显著的改进。它们的几何形状使它们能够高效捕获阳光，并以最小的环境影响运行。尽管如此，仍有一些实际问题限制了它们的更广泛应用，在评估其实际可行性时需要认识到这些挑战。主要限制包括：
•虽然HSDs可以生产
结论
近年来探索的太阳能驱动的海水淡化技术中，半球形太阳能蒸馏器作为一种仅使用阳光生产淡水的简单而有效的方法，引起了越来越多的关注。本研究对这些有效的蒸馏系统进行了全面回顾，并结合了文献趋势、工作原理、性能指标、改进技术、数值建模努力和环境考虑。回顾强调了
伦理批准
作者声明提交的手稿是原创的。他们确认本回顾是按照伦理原则进行的，研究的最终形式已得到所有作者的同意。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能会影响本文报告的工作。
