基于太阳能中低温集热的相变储能研究文献综述

文献综述（或调研报告）：

摘要：太阳能是一种取之不尽用之不竭的可再生能源,但其本身的特点,如不稳定、不连续、能量密度低、受天气影响大等,给太阳能高效利用带来诸多挑战。利用相变材料储存太阳能集热产生的热能可以有效缓解上述问题。本文在对近期一些关于太阳能相变储热成果系统性总结的基础上，简要评析了总体研究现状,ensp;并指出当前亟待进行深入研究的问题,ensp;以期为该领域的进一步研究提供参考。

关键词：太阳能，相变储热器，储热，放热

前言：人类在21世纪面对的最大的困难就是不可再生能源的日益减少和环境污染的日益加剧。如何解决这一对难题已经成为经济社会发展的重要任务。太阳能可能会是解决这两个难题的一个方法。太阳时时刻刻都在向地球发送着能量，并且这种能量是取之不尽、用之不竭的。但太阳能间断性和不稳定性的特点让太阳能的利用并不简单。太阳能的利用有很多种，可以利用光的热效应，将太阳辐射转化为热能；也可以利用光的伏特效应，将太阳辐射转化为电能等。在所有的热能储存技术中，相变储能因储热密度高和输出温度近似恒定的特点越来越受到重视[1,2]。

相变材料在熔化或凝固过程中可以吸收或释放大量的能量，称为相变潜热，对应的温度称为相变温度。相变材料的相变潜热一般较大, 可达200～300 kJ/kg, 甚至更高, 相同条件下, 储热能力是同体积水箱的3～6倍, 因此利用相变材料储热可以大大减小储热装置的体积[3,4]。目前相变储能的研究大多集中在相变材料的研究, 主要关注改善相变材料的过冷度和相分离等缺陷, 获得可以进行实际应用的相变材料。在实际应用方面, 国内外已经开展了相变储能应用于建筑节能的研究，甚至还与更多领域的技术相结合以进一步增强节能的效果[5]。

文献的主要成果

1. 潜热储存材料的特性

作为潜热储存的相变材料，应具备下列特性[6]：

1. 具有合适的熔点温度，例如对于作为建筑供暖系统的储热材料，其熔点温度最好在30℃左右；
2. 具有较大的溶解潜热；
3. 在固态和液态中都具有较大的热导率、热扩散率和比热容；
4. 只有微小的或没有过冷现象；
5. 具有高度的化学稳定性，与容器壁面之间不发生化学反应；
6. 相变时体积变化很小，无论处于固态或液态，都能与容器壁面之间接触良好；
7. 具有较低的蒸气压；
8. 能快速结晶；
9. 不易燃和无毒性；
10. 价格低廉，来源丰富。

就目前来说，大体上符合上述各项要求且具有一定吸引力的相变储热材料，主要由无机盐的水合物（有时简称无机盐化合物），有机化合物和饱和盐水溶液。

1. 各类相变储热材料的优缺点[6]

无机盐水合物储热的优点在于很多水合物的熔点比较适宜于作为供暖和空调系统的相变储热材料，储能密度较大且价格便宜、来源丰富。其缺点主要有以下三个：难以泵送与热交换、晶液分离使储热能力持续减退、过冷现象。

有机化合物储热的主要优点有：具有较宽的熔点范围；物理和化学性能长期稳定，能反复溶解、结晶而不发生过冷或晶液分离现象；来源丰富，价格便宜；无毒且无腐蚀性。而其主要的缺点有：导热系数很低；易燃且易流动,故安全性和稳定性都较差；熔解和凝固时的体积变化较大等。