利用热电制冷器和光热/光伏(PV/T)辅助的干燥废弃物水回收

把干燥过程中浪费的水变成饮用水

在许多农村地区，农民面临两项并存的难题：如何在不燃烧昂贵燃料的情况下保存食物，以及如何获得足够的清洁水。本研究提出了一种新的太阳能驱动系统，同时应对这两项挑战。该系统利用太阳能干燥水果和蔬菜，同时回收从食物和周围空气中蒸发出的水，将“干燥废弃物”转化为可饮用水——本质上把被浪费的水资源变为有价值的资源。

一台太阳驱动的干燥与制水装置

装置的核心是一种混合太阳能板，称为光伏/热（PV/T）集热器。与只产生电能的标准太阳能板不同，这种装置还能捕获太阳热量。电能驱动小型风扇和制冷模块，而捕获的热量加热空气并将其吹入一台紧凑且良好隔热的干燥箱，箱内放有若干托盘的番茄片。当温暖、干燥的空气流过薄片时，它带走水分，从而无需化石燃料即可安全保存食物。

系统如何捕捉“看不见”的水分

在普通干燥器中，潮湿空气被直接排到室外，导致所有水分和用于蒸发的能量被浪费。此处，排出的潮湿空气被引导通过一条装有热电制冷器的特殊通道——热电器件通电时一侧发热、另一侧制冷。热侧的余热被回送用于干燥过程，而冷侧则将潮湿空气冷却到露点以下。随着空气冷却，水蒸气在冷表面上凝结成水滴并被收集到容器中。研究者将这种组合方法称为“从干燥到饮用”（D2D），因为没有能量或物质被特意丢弃。

试验内部：番茄、气流与阳光

团队在埃及地中海沿岸的新达米埃塔市建造并测试了该系统，该地区阳光适中且空气相对潮湿——有利于水回收。两块PV/T面板在其下方的浅通道中加热空气，并为四台小风扇供电。加热空气流入一个边长约40厘米的干燥箱，箱内放置三层番茄片。传感器在全天记录温度、湿度、风速和太阳辐照强度。在典型条件下，干燥箱的工作温度在约30至53 °C之间，平均约40–43 °C——既温和以保护食物品质，又能有效去除水分。

节省了多少能量和水

在八小时日照期间，系统将一公斤新鲜番茄的含水量从每公斤超过900克降至约每公斤100克——符合储存和运输的安全要求。与此同时，水回收单元回收了约3.9升的清水，这些水来自番茄释放的水分和从周围空气中抽取的水分。太阳能硬件表现良好：热效率（将阳光转化为有用热量的比例）达到约53%，电效率峰值接近17%，热电和电力合计效率超过70%。热电制冷器的单体效率适中，但通过智能布局同一设备既辅助干燥又凝结水分，最大限度地提高了每瓦太阳能的价值。

这对农民和社区意味着什么

对非专业人士来说，关键信息很简单：这项技术利用阳光同时干燥食物并制造水，几乎没有浪费。通过回收热量并捕捉本会随空气消散的水分，系统减少了对燃料的依赖、降低了温室气体排放，并提供了一种新的安全水源——这在干旱或离网地区尤为重要。尽管仍需进一步开发和扩展，这一“从干燥到饮用”的概念指向未来的农场和小型食品企业，能够仅凭太阳能保存收成、保障水源并减少污染。

引用: Elbrashy, A., El-fakharany, M.K., Al-Sood, M.A. et al. Water recovery of drying waste using a thermoelectric cooler and PV/T assisted. Sci Rep 16, 4087 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35137-w

关键词: 太阳能干燥, 水回收, 混合光热/光伏, 热电制冷, 可持续农业