太阳能相变贮能的研究应用

　　0　引言

　　太阳能能量密度低，特别是冬季，无法解决一天24h总可以利用太阳辐射获得的能量满足采暖、烘干等问题。科学家把目光集中到能量贮存的实用技术研究领域，并利用大量的实验数据解决相变贮能问题。

　　1相变贮能原理

　　相变贮能就是利用太阳能或低峰谷电能加热相变物质，使其吸收能量发生相变(如从固态变为液态)，把太阳能贮存起来。在没有太阳的时间里，又从液态回复到固态，并释放出热能，实

　　相变贮能是针对物质的潜热贮存提出来的，它不同于太阳热水器利用水介质的显热贮能，对于温度波动小的采暖循环过程，相变贮能非常高效。

　　2相变物质的选择

　　现采暖，这就把太阳能的供暖时间人为地延长，从而能够实现连续地使用廉价的太阳能量获得全天候采暖的目的。目前这个领域的研究和开发是太阳能利用的又一重点，不少厂家或研究单位都研制出了一些样机，整个趋势向着智能化控制的合理调配和高效能采暖的方向发展。对于所选择的相变物质要求非常严格，它要服从以下原则：相变温度适宜;相变潜热高;相变是可逆的，重复循环不变质;液相和固相的导热系数和导温系数高;密度大;比热容大;相变体积变化小;蒸汽压低，能在常温下操作;无毒;无腐蚀性;无过冷现象。这些条件中最主要的是相变温度合适，相变潜热高和价格便宜。通常要在选定好的相变物质中加入导温系数高的填料，可作填料的有金属、陶瓷和热解石墨。金属中以铝的综合性能最好。陶瓷中氧化铍和三氧化二铝为佳。热解石墨是一种极端各向异性的材料，纵向和横向的导温系数相差很大;纵向为10cm2/s，横向为0.04cm2/s，因此用它做填料时，应该使其纵向与热流方向平行，这将会极大地改善系统的导温性能。

　　现已开发的相变贮能物质分为水化盐类：如Na2SO4·10H2O(芒硝);熔盐类：如硝酸盐类。它们不但价格便宜，而且对金属材料没有腐蚀性，一般熔点在300℃左右，500℃以下不会分解，但其导热系数低，熔解热小。比较常用的还有60%碳酸钾和40%碳酸钠的混合物，熔点可达704℃，比热容0.92kJ/(kg·℃)，熔解热364 kJ/kg，但缺点是腐蚀性很大。另外还有有机相变材料和特殊性能的相变材料(如用于航天事业的相变材料)等。

　　3利用太阳能进行相变贮能的开发及应用

　　国内不少科研单位正在相变贮能课题上探讨，尤其是研究它在太阳能采暖方面的应用。天津洪帆环保新能源有限公司和青岛桑达利环保新能源设备有限公司已经利用其专有技术进行研制开发，具备了生产各种太阳能相变贮能设备的能力。目前公司正在开发一种全新概念的采暖模式，即利用太阳能和辅助低谷电能，通过相变贮能和智能化控制实现全新的采暖方式，这种采暖系统有望成为小区或独立用户最经济和环保的采暖形式。