太阳能光热转换-太阳能热存储
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美国华盛顿地区利用地下土壤储存太阳能用于供暖和提供 生活热水，在夏季结束时，土壤温度可以上升至80℃，而 在供暖季节结束时，温度降至40℃。
潜热储热
Ø 潜热储热：相变储存是利用储热材料在热作用下发 生相变而产生热量储存的过程。相变储存具有储能 密度高，放热过程温度波动范围小等优点。
一般具有单位重量（体积）蓄热量大、在相变温度 附近的温度范围内使用时可保持在一定温度下进行 吸热和放热、化学稳定性好和安全性好，但相变时 液固两相界面处的热传导效果较差。
选择化学储能材料的标准:
①对材料要求反应热效应大; ②反应温度合适; ③无毒、无腐蚀,不易燃易爆; ④价格低廉; ⑤反应不产生副产品; ⑥可逆化学反应速率要适当,以便于能量存入与取出; ⑦反应时材料的体积变化要小; ⑧对相关结构材料无腐蚀性。
化学储能材料的种类及其储能原理：
1. 结晶水合物
结晶水合物蓄热是在低于其熔点的温度下，使水 合盐全部或部分脱去其结晶水，利用在脱水过程中 吸收的水合热来实现热量的储存 当需要回收热量时， 把脱去的水与脱水盐接触即可实现
常用无机水合盐相变材料的热物性能
无机水合盐
KF·4H2O Na2CO3·10H2O Na2S2O3·5 H2O NaOAc·3 H2O NH4Al(SO4)2·12H2O Na2SO4·10H2O
CaCl2·6 H2O
熔点 潜热 密度（g/cm3） 比热(J/g﹒K)
（℃） （J/g）
固液
固
液
18.5 231 1.45 1.45 1.84 2.39
4.复合蓄热材料
将结晶水合盐填充到多孔材料中形成的复合材料. 如CaCl2.6H2O硅胶复合材料，在重量百分比为70% 时，仅水的蒸发就可以使储热材料提供1580 KJ/Kg 的储热量。材料的工作温度范围为20～80℃。
化学储能应用
1988年，美国太阳能研究中心将氢氧化物与氧化 物之间热化学反应作为太阳能储热的潜在对象。
0.886(40℃)
225.7－ 267.5
153
导热系数 (W/m.K) 0.012-0.016
0.149
棕榈酸
62.5 0.847(80℃) 187 0.165 (70℃)
硬脂酸
70.7 0.941(40℃) 203 0.172 (70℃)
多元醇的热性能
相变 分子中 转变温 比热容 材料 羟基数 度（℃） (J/g﹒K)
中国提出了中温太阳能裂解甲醇的动力系统，聚焦中温太阳 热能与碳氢燃料热解或重整的热化学反应相结合，将中低温 太阳能提升为高品位的燃料化学能，从而实现了低品位太阳 能的高效能量转换与储存。
总结：
1.热能储存的三种常用方式： 显热储热、潜热储热、化学储热。
2.太阳能热能储存主要材料： 显热（砾石、水） 潜热（结晶水合盐、有机材料） 化学（结晶水合盐CaCl2﹒6H2O等）
太阳能光热转换-太阳
能热存储
太阳能热储存
阳光充足时将太阳能储存起来，以供无阳光时使用 ——太阳能热储存要讨论的问题。
热能储存
显热储存 潜热储存 化学储存
储热方式-显热储热、潜热储热、化学储热
➢显热储热：利用储热材料的热容量,通过升高或降低材料 温度而实现热量储存或释放的过程。
水单位质量热容量高，1kg水可储存4.18kJ/℃的热能，金 属铜、铁、铝分别为3.73，3.64，2.64kJ/℃，固体岩石约 为1.7kJ/℃。
• Feldman将混合酯作为相变储热材料应用于石膏墙板， 和普通石膏墙板相比，储热能力增加了11倍，耐火能力也 明显提高。
化学储热
化学热储存：实际上就是利用与储热材料相接触时 发生化学反应，而通过化学能与热能的转换把热能 贮藏起来。
特点 化学反应储能是一种高能量高密度的储能方式，它 的储能密度一般都高于显热和潜热储存，而且此种 储能体系通过催化剂或产物分离方法极易用于长期 能量储存，但其在实际使用时存在技术复杂、一次 性投资大及整体效率不高等缺点。
相变材料
LiF NaF NaCl Na2SO4 KCl
熔点(℃) 密度
比热(固)
（g/cm3） (J/g﹒K)
848
2.295
995
2.558
891
2.165
884
2.779
776
1.984
1.536 1.114 0.839 0.958 0.681
潜热 （J/g）
1035 789 486 169.5 346
固－液复合定形相变储能材料的热物性
复合定形相变材料 石蜡/高密度聚乙烯
石蜡/SBS 硬脂酸/SiO2 月桂酸－硬脂/SiO2
PCM含量 （wt%）
75 40－80 9.8－47
56
相变温度 (℃) 58
56－58 49－62
33.27
相变焓(J/g)
160 81.63－165.2 25.68－196.8
33
247 1.46 － 1.88 3.34
~50 201 1.75 1.67 1.48 2.41
58.5 226 1.45 1.28 2.79 －
94.5 259 1.64 － 1.706 3.05
32.4 254 1.48 －
－
－
29.6 174 1.80 1.49 －
－
熔融无机盐相变储能材料的热物性能
共晶混合盐相变储能材料热物性能
相变材料（wt%） 32Li2CO3/33Na2CO3/35K2CO3
23.5Li2CO3/76.5CaCO3 47.8Na2CO3/52.2Ba2CO3
75NaF/25MgF2 67LiF/33MgF2 65NaF/23CaF2/12MgF2 33.4LiF/49.5NaF/17.1MgF2 46LiF/44NaF/10MgF2 44Li2CO3/56Na2CO3 50NaCl/50MgCl2 23NaCl/63MgCl2/14KCl
澳大利亚国立大学提出一种储存太阳能的方式叫做 “氨闭合回路热化学过程”，在这个系统里，氨吸 热太阳能分解成氢与氮，储存太阳能，然后在一定 条件下进行放热反应，重新生成氨，同时放出热量。
化学储能应用
以色列摩西•莱维教授领导的一个科研小组，利用水和甲烷 作为“太阳能仓库”来储存太阳能。他们在阳光充足的地方 建了一座高54米的高塔，在塔内装上甲烷和水，当塔内温度 升高时，塔中的甲烷和水蒸气开始发生化学反应，变为CO和 H2，同时吸收大量的热能，使其中所含的能量比甲烷高出 30%。
类似的化学储热体系还有MgCl2-H2O、H2SO4H2O、NH4Al(SO4) ·12H2O等，
2. 无机氢氧化物 无机氢氧化物的脱水反应也可用来储存热量 。
Mg(OH)2+热＝MgO+H2O 脱水温度375℃。
Ca(OH)2+热＝CaO+H2O 脱水温度550℃。
放热：只需加水就可取出储存的能量。 但由于无机氢氧化物和水合物相比有较强的腐蚀性， 并且和含CO2的空气相互作用，稳定性差。
3. 金属氧(氢）化物 如：4KO2 + 热＝2K2O + 3O2
反应温度范围为300～800℃，分解热为2.1MJ/kg。 如：2PbO2＋热＝2PbO + O2
反应温度范围为300～350℃，分解热为0.26MJ/kg。 氢化物： MHn + 热 ＝ M + n/2H2
如:LaNi5的氢化反应热约为210KJ/Kg,而镁氢化反应 热高到3182KJ/Kg。
缺点：相变时液固两相界面处的热传导效果较差。
潜热储热应用
• 太阳能热发电储热系统中的相变储热材料主要为高温水蒸 气和熔融盐，熔融盐作为储热介质具有温度使用范围宽， 热容量大，粘度低，化学稳定性好等优点，但盐类相变材 料在高温下对储热装置有较强的腐蚀性。
• 有机物相变材料具有相变温度适应性好、相变潜热大、理 化性能稳定等优点，在太阳能储热利用中受到普遍关注， 常用材料为一些醇、酸、高级烷烃等.
熔点Tm(℃)
397 498 686 832 746 745 650 632 496 450 385
潜热(J/g)
276.5 316.1
172 650 947 574 860 858 368 425 461
导热系数 （W/m.K）
4.66 1.15 1.2 2.11 0.96 0.95
金属及其合金相变储能材料的热物性能
显热储能特点
优点：具有化学和机械稳定性好、安全性好等特点。
缺点：单位体积储热量小；由于显热储存材料是依靠储热材 料温度变化来进行热量的储存，放热过程不能恒温；储热密 度小，使得储热装置体积庞大；与周围环境存在温度差，造 成热量损失,不适合长时间、大容量储存热量。
显热储能应用
德国航空航天研究中心在研究砂石混凝土和玄武岩混凝土 的基础上，研究开发耐高温混凝土和铸造陶瓷等固体储热 材料，在阿尔梅里亚太阳能实验基地进行联合试验，效果 好，正准备MW级的试验。
C10Co
351
H / kJ mol1 S / J mol1 K 1
42.28(C), 46.3(H)
3.75
19.32(C), 53.29(H)
33.98
36.17
129.30(C), 140.70(H)
11.40
57.33(C), 151.46(H)
94.13
118.20
38.49
109.66
相变材料 Al
熔点Tm(℃) 潜热(J/g)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
661
400
Al/Si
579
515
Al/Si/Mg
560
545
Mg
649
368
导热系数 (W/m.K)
204.2
180
200
131
有机相变储能材料的热物性
相变材料 石蜡 癸酸
熔点(℃) 密度（g/cm3） 潜热(J/g)
-12-75.9 31.5
0.750－ 0.782(70℃)
92.9
对固体显热蓄热材料来说，其单位质量储能密度计 算式：
Qs
Ts T0
Css
dT
对于潜热蓄热材料来说，其单位质量蓄热密度计算式：
Ql
Tsf T0
ClsdT
Hlf
C dT Ts
Tsf
ll
潜热储热特点
优点：具有单位重量（体积）蓄热量大、在相变温 度附近的温度范围内使用时可保持在一定温度下进 行吸热和放热、化学稳定性好和安全性好，
（个）
PE
4
188
2.84
转变焓 熔点 密度 (J/g) (℃) (g/cm3)
323 260 1.333
PG
3
81
2.75
193 198 1.193
NPG 2
43
1.76
131 126 1.046
层状钙钛矿的热物性
相变材料 转变温度(℃)
C12Mn
327
329
C12Co
337
361
C10Mn
306
相变储热（潜热储热）
相变材料按相变方式一般可分为以下四类： 1.固-固相变材料； 2.固-液相变（熔化、凝固）材料； 3.液-气相变（汽化、液化）材料； 4.固-气相变（升华、凝聚）材料。
从1到4相变潜热逐渐增大。但由于第3类和第4类 相变过程中有大量气体，相变时物质的体积变化大， 因此尽管这两类相变过程中相变潜热很大，但在实际 应用中很少被选用。
潜热储热
Ø 潜热储热：相变储存是利用储热材料在热作用下发 生相变而产生热量储存的过程。相变储存具有储能 密度高，放热过程温度波动范围小等优点。
一般具有单位重量（体积）蓄热量大、在相变温度 附近的温度范围内使用时可保持在一定温度下进行 吸热和放热、化学稳定性好和安全性好，但相变时 液固两相界面处的热传导效果较差。
选择化学储能材料的标准:
①对材料要求反应热效应大; ②反应温度合适; ③无毒、无腐蚀,不易燃易爆; ④价格低廉; ⑤反应不产生副产品; ⑥可逆化学反应速率要适当,以便于能量存入与取出; ⑦反应时材料的体积变化要小; ⑧对相关结构材料无腐蚀性。
化学储能材料的种类及其储能原理：
1. 结晶水合物
结晶水合物蓄热是在低于其熔点的温度下，使水 合盐全部或部分脱去其结晶水，利用在脱水过程中 吸收的水合热来实现热量的储存 当需要回收热量时， 把脱去的水与脱水盐接触即可实现
常用无机水合盐相变材料的热物性能
无机水合盐
KF·4H2O Na2CO3·10H2O Na2S2O3·5 H2O NaOAc·3 H2O NH4Al(SO4)2·12H2O Na2SO4·10H2O
CaCl2·6 H2O
熔点 潜热 密度（g/cm3） 比热(J/g﹒K)
（℃） （J/g）
固液
固
液
18.5 231 1.45 1.45 1.84 2.39
4.复合蓄热材料
将结晶水合盐填充到多孔材料中形成的复合材料. 如CaCl2.6H2O硅胶复合材料，在重量百分比为70% 时，仅水的蒸发就可以使储热材料提供1580 KJ/Kg 的储热量。材料的工作温度范围为20～80℃。
化学储能应用
1988年，美国太阳能研究中心将氢氧化物与氧化 物之间热化学反应作为太阳能储热的潜在对象。
0.886(40℃)
225.7－ 267.5
153
导热系数 (W/m.K) 0.012-0.016
0.149
棕榈酸
62.5 0.847(80℃) 187 0.165 (70℃)
硬脂酸
70.7 0.941(40℃) 203 0.172 (70℃)
多元醇的热性能
相变 分子中 转变温 比热容 材料 羟基数 度（℃） (J/g﹒K)
中国提出了中温太阳能裂解甲醇的动力系统，聚焦中温太阳 热能与碳氢燃料热解或重整的热化学反应相结合，将中低温 太阳能提升为高品位的燃料化学能，从而实现了低品位太阳 能的高效能量转换与储存。
总结：
1.热能储存的三种常用方式： 显热储热、潜热储热、化学储热。
2.太阳能热能储存主要材料： 显热（砾石、水） 潜热（结晶水合盐、有机材料） 化学（结晶水合盐CaCl2﹒6H2O等）
太阳能光热转换-太阳
能热存储
太阳能热储存
阳光充足时将太阳能储存起来，以供无阳光时使用 ——太阳能热储存要讨论的问题。
热能储存
显热储存 潜热储存 化学储存
储热方式-显热储热、潜热储热、化学储热
➢显热储热：利用储热材料的热容量,通过升高或降低材料 温度而实现热量储存或释放的过程。
水单位质量热容量高，1kg水可储存4.18kJ/℃的热能，金 属铜、铁、铝分别为3.73，3.64，2.64kJ/℃，固体岩石约 为1.7kJ/℃。
• Feldman将混合酯作为相变储热材料应用于石膏墙板， 和普通石膏墙板相比，储热能力增加了11倍，耐火能力也 明显提高。
化学储热
化学热储存：实际上就是利用与储热材料相接触时 发生化学反应，而通过化学能与热能的转换把热能 贮藏起来。
特点 化学反应储能是一种高能量高密度的储能方式，它 的储能密度一般都高于显热和潜热储存，而且此种 储能体系通过催化剂或产物分离方法极易用于长期 能量储存，但其在实际使用时存在技术复杂、一次 性投资大及整体效率不高等缺点。
相变材料
LiF NaF NaCl Na2SO4 KCl
熔点(℃) 密度
比热(固)
（g/cm3） (J/g﹒K)
848
2.295
995
2.558
891
2.165
884
2.779
776
1.984
1.536 1.114 0.839 0.958 0.681
潜热 （J/g）
1035 789 486 169.5 346
固－液复合定形相变储能材料的热物性
复合定形相变材料 石蜡/高密度聚乙烯
石蜡/SBS 硬脂酸/SiO2 月桂酸－硬脂/SiO2
PCM含量 （wt%）
75 40－80 9.8－47
56
相变温度 (℃) 58
56－58 49－62
33.27
相变焓(J/g)
160 81.63－165.2 25.68－196.8
33
247 1.46 － 1.88 3.34
~50 201 1.75 1.67 1.48 2.41
58.5 226 1.45 1.28 2.79 －
94.5 259 1.64 － 1.706 3.05
32.4 254 1.48 －
－
－
29.6 174 1.80 1.49 －
－
熔融无机盐相变储能材料的热物性能
共晶混合盐相变储能材料热物性能
相变材料（wt%） 32Li2CO3/33Na2CO3/35K2CO3
23.5Li2CO3/76.5CaCO3 47.8Na2CO3/52.2Ba2CO3
75NaF/25MgF2 67LiF/33MgF2 65NaF/23CaF2/12MgF2 33.4LiF/49.5NaF/17.1MgF2 46LiF/44NaF/10MgF2 44Li2CO3/56Na2CO3 50NaCl/50MgCl2 23NaCl/63MgCl2/14KCl
澳大利亚国立大学提出一种储存太阳能的方式叫做 “氨闭合回路热化学过程”，在这个系统里，氨吸 热太阳能分解成氢与氮，储存太阳能，然后在一定 条件下进行放热反应，重新生成氨，同时放出热量。
化学储能应用
以色列摩西•莱维教授领导的一个科研小组，利用水和甲烷 作为“太阳能仓库”来储存太阳能。他们在阳光充足的地方 建了一座高54米的高塔，在塔内装上甲烷和水，当塔内温度 升高时，塔中的甲烷和水蒸气开始发生化学反应，变为CO和 H2，同时吸收大量的热能，使其中所含的能量比甲烷高出 30%。
类似的化学储热体系还有MgCl2-H2O、H2SO4H2O、NH4Al(SO4) ·12H2O等，
2. 无机氢氧化物 无机氢氧化物的脱水反应也可用来储存热量 。
Mg(OH)2+热＝MgO+H2O 脱水温度375℃。
Ca(OH)2+热＝CaO+H2O 脱水温度550℃。
放热：只需加水就可取出储存的能量。 但由于无机氢氧化物和水合物相比有较强的腐蚀性， 并且和含CO2的空气相互作用，稳定性差。
3. 金属氧(氢）化物 如：4KO2 + 热＝2K2O + 3O2
反应温度范围为300～800℃，分解热为2.1MJ/kg。 如：2PbO2＋热＝2PbO + O2
反应温度范围为300～350℃，分解热为0.26MJ/kg。 氢化物： MHn + 热 ＝ M + n/2H2
如:LaNi5的氢化反应热约为210KJ/Kg,而镁氢化反应 热高到3182KJ/Kg。
缺点：相变时液固两相界面处的热传导效果较差。
潜热储热应用
• 太阳能热发电储热系统中的相变储热材料主要为高温水蒸 气和熔融盐，熔融盐作为储热介质具有温度使用范围宽， 热容量大，粘度低，化学稳定性好等优点，但盐类相变材 料在高温下对储热装置有较强的腐蚀性。
• 有机物相变材料具有相变温度适应性好、相变潜热大、理 化性能稳定等优点，在太阳能储热利用中受到普遍关注， 常用材料为一些醇、酸、高级烷烃等.
熔点Tm(℃)
397 498 686 832 746 745 650 632 496 450 385
潜热(J/g)
276.5 316.1
172 650 947 574 860 858 368 425 461
导热系数 （W/m.K）
4.66 1.15 1.2 2.11 0.96 0.95
金属及其合金相变储能材料的热物性能
显热储能特点
优点：具有化学和机械稳定性好、安全性好等特点。
缺点：单位体积储热量小；由于显热储存材料是依靠储热材 料温度变化来进行热量的储存，放热过程不能恒温；储热密 度小，使得储热装置体积庞大；与周围环境存在温度差，造 成热量损失,不适合长时间、大容量储存热量。
显热储能应用
德国航空航天研究中心在研究砂石混凝土和玄武岩混凝土 的基础上，研究开发耐高温混凝土和铸造陶瓷等固体储热 材料，在阿尔梅里亚太阳能实验基地进行联合试验，效果 好，正准备MW级的试验。
C10Co
351
H / kJ mol1 S / J mol1 K 1
42.28(C), 46.3(H)
3.75
19.32(C), 53.29(H)
33.98
36.17
129.30(C), 140.70(H)
11.40
57.33(C), 151.46(H)
94.13
118.20
38.49
109.66
相变材料 Al
熔点Tm(℃) 潜热(J/g)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
661
400
Al/Si
579
515
Al/Si/Mg
560
545
Mg
649
368
导热系数 (W/m.K)
204.2
180
200
131
有机相变储能材料的热物性
相变材料 石蜡 癸酸
熔点(℃) 密度（g/cm3） 潜热(J/g)
-12-75.9 31.5
0.750－ 0.782(70℃)
92.9
对固体显热蓄热材料来说，其单位质量储能密度计 算式：
Qs
Ts T0
Css
dT
对于潜热蓄热材料来说，其单位质量蓄热密度计算式：
Ql
Tsf T0
ClsdT
Hlf
C dT Ts
Tsf
ll
潜热储热特点
优点：具有单位重量（体积）蓄热量大、在相变温 度附近的温度范围内使用时可保持在一定温度下进 行吸热和放热、化学稳定性好和安全性好，
（个）
PE
4
188
2.84
转变焓 熔点 密度 (J/g) (℃) (g/cm3)
323 260 1.333
PG
3
81
2.75
193 198 1.193
NPG 2
43
1.76
131 126 1.046
层状钙钛矿的热物性
相变材料 转变温度(℃)
C12Mn
327
329
C12Co
337
361
C10Mn
306
相变储热（潜热储热）
相变材料按相变方式一般可分为以下四类： 1.固-固相变材料； 2.固-液相变（熔化、凝固）材料； 3.液-气相变（汽化、液化）材料； 4.固-气相变（升华、凝聚）材料。
从1到4相变潜热逐渐增大。但由于第3类和第4类 相变过程中有大量气体，相变时物质的体积变化大， 因此尽管这两类相变过程中相变潜热很大，但在实际 应用中很少被选用。