高松

（石家庄中大力诺太阳能工程有限公司 河北石家庄 050000）

太阳能储热材料选择及研发现状

高松

（石家庄中大力诺太阳能工程有限公司 河北石家庄 050000）

改革开放以来我国各行各业飞速发展，全国人民日常生活水平大幅度提高，同时造成的能源不足和环境污染等问题越发严重，如何解决能源问题，对于可再生能源进行合理的开发应用是研究的热点。本文对于太阳能储热材料选择及研发现状进行了深入的专业分析，为相关专业人士提供了参考。

太阳能；储热；材料；选择；研发

我国的太阳能开发前景非常广阔，合理的利用太阳能是日后改变传统能源应用的重要方式。储能材料的性质好坏直接影响了系统的经济投入和使用效果，科学合理的选择相变储热材料是太阳能应用技术中的关键。优质材料的应用将对社会效益和经济产生深远影响，对于材料的选择问题进行深入研究是保证行业稳定发展的前提。

1 相变储热材料的筛选原则

应用与储存潜热的相变材料，选择的时候需要考虑多种的因素，包括材料的性能、工作温度、存储容量、传热流体性能、换热器的设计等等。应用的材料各个方面的优劣将直接影响整个系统存储热量的高低多少。

1.1 满足热学性能要求

1.1.1 合适的相变温度

如此才能够让材料的理想工作温度和应用的温度达到匹配，进一步处在最佳的工作状态。

1.1.2 较大的相变潜热和高比热容

热容高意味着一样的温差下能够储存更多的显热，所以选择材料的时候必须总储热能大，储热密度高。

1.1.3 较高的导热系数

选择材料的导热性能比较好，吸收相同的热量或是释放相同的热量需要的温度梯度比较小，提热或是储热的速度快，工作效率更高。

1.1.4 一致熔融

材料相变前后不同相态的化学组成保持一致性，能够避免因为固液两相的密度不同二形成的分离现象。

1.2 满足物理性能需要

（1）材料的变相过程应该完全的可逆并且和温度相关，能够保持良好的相平衡。

（2）材料的蒸汽压比较低，工作温度下对应的蒸汽压力比较低，这样材料不容易挥发造成损失。

（3）密度大，相变潜热和比热容差不多的类似材料，密度大的单位体积面积内的储热量比较高，能够降低容器的成本。

（4）材料相变过程中的体积变化应该比较小，体积膨胀率比较小就是允许系统储热换热器的形式简单化，能够保证传热速率。

1.3 满足化学性能要求

凝固时候过冷度尽可能小，熔化时候无过饱和，并且结晶快。

1.4 满足化学性能要求

1.4.1 化学稳定性好

材料在经过反复多次的放热和吸热后不容易发生副反应或是熔析，不会轻易的发生化学分解，长期的使用后储热能力衰减小，应用的可靠性强、可行性高，整个系统的使用寿命有一定的保障。

1.4.2 腐蚀性小，抗氧化

在高温条件下材料的腐蚀性比较小，能够和多种材料具有相容性，容器材料的选择范围比较广，能够降低容器的成本。

1.4.3 满足绿色化学的要求，能够无毒害、无污染、不易燃烧、不易爆炸、使用安全。

1.5 满足经济性能

选择的材料应该容易获得，成本投入比较低，具有工业的效用性。

1.6 满足技能性要求

选择的材料应该在技术上尽可能的可靠、紧凑、高效、适用。

实际的研发过程中难以保证同时满足所有的要求，这种理想材料目前也是不存在的，所以在选择过程中应该先重视相变的温度、相变的潜热高、并且价格便宜，在此基础上考虑其他的影响因素，同时使用技术的手段进行一定的弥补，例如添加增稠剂或是成核剂改善过冷问题，使用强化传热方式改善传热不良问题。

2 高温相变储热材料

2.1 高温熔盐

高温熔盐具体是指碳酸盐、氯化物、硝酸盐、或是结合的共同晶体，它们的优势是比热容高、使用温度高、热稳定性高、对流传热系数高、价格低、饱和蒸汽压低、黏度低，同时具有变相潜热，所以储热性质或是传热形式都不错，适合应用在太阳能发电系统中。从经济发面来看一般的选择顺序是锂盐、钾盐、钠盐、钙盐。实际应用中单一类型的盐应用比较少，通常将二元或是三元的无机盐混合形成熔盐。如此处理优势是经过一定的调整既可以得到需要的熔点，使用范围更加的广泛，比较低的熔化温度下能够获得高的能量密度，或是将储热效果好的高价格物质和其他物质混合使用节约成本，整体的热容量还能够保持不变。

为了能够提升熔盐的导热系数，一种解决的方法是采用高温熔盐的符合型材料，其能够将高温熔盐的高相变潜热和添加剂材料的高导热系数更好的结合到一起，提升材料的储热性能。Acem对于膨胀石墨以及泡沫金属和高温熔盐复合提升对变储能可行性进行了研究；Shin等人对于二氧化硅纳米颗粒如何提升熔盐的比热进行了探索；虽然多年来在传热技术的强化方面已经取得了一定的成绩，但是目前的研究方向主要是中低温应用领域，高温相变材料热物性强化的研究力度明显不够，并且研究工作也缺乏系统性。

2.2 金属合金

金属合金材料的导热系统是其他相变储热材料的几十倍甚至是几百倍，并且其具有热循环稳定性好、储热密度大等多种优点，未来的发展潜力非常巨大。目前的合金材料中铝基合金材料的相变温度最为适合，其的腐蚀性也比较低，是金属合金相变储热材料研究中的焦点，未来的太阳能热发电高温储热中具有好的前景。多年来世界各国不断对于金属合金相变材料进行研究，已经取得了一定的成绩，然而在储热领域的研究还不足。金属合金的储热能力效果比较好、导热系数过大，可是由于其高温条件下液态的腐蚀性强，和容器材料的相容性非常差，是限制其在高温相变储热领域实际发展的重要因素。国内的研究相对规律性差、系统性不好，整体比较零散，未来加深对于其相容性问题的研究是必然趋势，努力找到更加合理的封装方式，实现金属合金材料的广泛应用。

总而言之，储热材料的选择和研究工作是发展太阳能技术的重点环节，结合国内的实际状况分析发现，目前的研究工作还不够合理，未来应该对于现有的常用材料进行分析比较，加大研究设计中材料选择的投入力度，结合考虑需要注意的问题，选择相对综合性能较高的材料，保证行业的长久发展。

[1]魏高.太阳能热发电系统相变储热材料选择及研究现状[J].湖南农机，2014.

[2]薛丽娜.太阳能热发电系统相变储热材料选择及研究现状[J].企业导报，2013.

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1004-7344（2016）12-0298-01

2016-4-10