基本介紹
- 中文名：太陽池
- 外文名：solar pond
- 別稱：鹽田
- 性質：以太陽輻射為能源的人造的鹽水池
- 作用：集熱器和散熱器
- 優點：結構簡單、造價低、長期蓄熱
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定義
太陽池（solar pond，也稱鹽田）是一種以太陽輻射為能源的人造的鹽水池。它是利用具有一定鹽濃度梯度的池水作為集熱器和蓄熱器的一種太陽能熱利用系統。鹽水池中隨著深度的增加溫度也在增加，池底溫度高於池表面溫度，因此可以利用池底這部分熱能，使水分蒸發，滷水、海水或含鹽水濃縮到某一鹽分達到該溫度下條件下的飽和度，甚至過飽和時，該組分以固體鹽（或水和鹽，甚至水合復鹽）的形式析出，達到從多組分複雜滷水、海水或含鹽水相中分離某種鹽類的目的。這實際上可以看成是人們對自然界中鹽湖形成過程與地球化學成鹽過程的一種生產性模擬。
研究進展
1902年，匈牙利的Kalecsinsky偶然在位於Trmnsylvania的Medve湖內觀察到：夏末時，1.32m深的湖底溫度達到70°C；早春，湖底溫度也高達26°C。他提出了人工建造太陽池的構想。1979年，以色列建造的150kW太陽池發電廠投入了運行。當今世界能源短缺，開放新能源日益被人們重視，這樣就促使太陽池在廣泛套用領域的研究得到了飛速的發展。人們已從太陽池的結構、材質和溶解性質等方面進行了研究。太陽池主要分為對流型和非對流型池兩種：一種是具有一定鹽濃度梯度的非對流型；另一種是多種結構形式對流型。
鹽濃度梯度太陽池的研究進展
（1） 隔膜分層太陽池
為了減少鹽向上擴散降低對流，1980年，Hull提出了隔膜分層太陽池。
（2）帶漂浮環太陽池
減低風效應導致溶液混合對流。A.Karzateh等設計了用聚乙烯製成漂浮環放置於太陽池表面，它可以減少50%以上的風效應。
（3）凝膠太陽池
凝膠型太陽池。採用較好光學特性和隔熱性的透明聚合凝膠材料，通過凝膠效應作為太陽輻射體和隔熱體，是可替代鹽濃度梯度中的非對流層的一種太陽池。
（4）鹽飽和型太陽池
鹽飽和型太陽池。飽和型太陽池中，放入溶解度隨溫度的升降而大大增減的鹽類，池中溶液各層都處於飽和狀態，完全抑制和消除了鹽擴散，從而保證太陽池運行時的穩定性。由於難以選擇合適的鹽，至今尚未建立起飽和型太陽池。
新型太陽池研究進展
鹽梯度池是人們研究較多的領域，但是在運行中也存在許多不足，例如鹽水對周圍環境的污染，池中灰塵和碎屑的積累會降低池水透明度進而影響池效率、鹽梯度等。為了克服這些不利因素，人們相繼開展了新型太陽池的研究。
（1）淡水型太陽池
1976年，美國勞倫斯實驗室提出一種類似平板形的太陽能集熱器。採用聚氯乙烯薄膜製造成大水袋，底層採用0.5mm厚的黑色薄膜，袋中裝入淡水，塑膠袋上面覆蓋有0.3cm厚的透明蓋板，可不受灰塵、風力及大部分紫外線的影響，使用壽命可長達5年以上。淺太陽池的尺寸不受限制，一個水深為10cm，面積為5m×6m的淺太陽池，在夏季能使15°C30t的水吸收太陽能後，水溫升到60°C。
淡水型太陽池
淡水型太陽池（2）淡水漂浮式太陽池
一種在淡水表面安置漂浮式太陽能集熱器的新型太陽池，用淡水收集太陽能來進行長期的熱量儲存。
（3）蜂窩太陽池
（4）潛熱太陽池
由於太陽輻射強度隨季節發生變化，使得太陽池底部的溫度變化也很大，因此，需要尋找一種方法既能使太陽池充分蓄熱，又能使池底溫度達到提熱要求後保持近似恆溫的狀態。為此，有人提出利用水合相變材料提高太陽池蓄熱的能力，相變材料可直接投入太陽池而不需要另外容器 並形成巨大的單一體系，實現跨月、垮季貯存，這種方法蓄能密度高、蓄熱或提熱時溫度波動幅度小。
（5）全飽和型太陽池
常規鹽梯度太陽池由於底層和頂層之間的鹽濃度差會出現鹽向上擴散的現象，在飽和態太陽池裡，選用鹽的溶解度隨溫度的升降而大大增減，縱向各層都處於飽和狀態，同時可完全抑制和消除由於鹽濃度梯度的存在而形成的鹽擴散，從而保證太陽池運行的高度穩定性。 因此，飽和態太陽池中的鹽梯度是自持的，不過飽和型太陽池需要的鹽量比常規多得多，只有在能找到合適的鹽的情況下，此方案才有經濟可行性。
太陽池熱能
提取和套用
為了把太陽池中已收集的太陽熱能取出來以供使用，我們可以採取兩種方法：
第一種是在池底布置熱交換器，載熱劑在泵的作用下進入熱交換器，從太陽池底部吸收了熱量，使溫度提高后再流出。這種方法在小型太陽池中曾經採用過，熱交換器是用銅管，據某些研究者報導，也可以用鐵管子做熱交換器，且不易生鏽。因為池中溶液受熱後，其中氣體將逸出，而且池上部的無對流區使得大氣中的氣體很難到達池底，故池底基本上沒有自由氧。但是這種方法也存在著明顯的缺點，首先換熱器外側依靠池水的自然對流來傳熱，因而總的換熱係數很低，故需要很大的換熱面積。其次，這種交在池底的交換器一旦損壞是很難維修的。因此，這種方法很難在大型太陽池中套用。
第二種方法是利用池的密度梯度，實現分層流動，即從下層無對流區的一端抽取池中熱水，在池外交換器中放出熱能，溫度降低後，再從池中另一端返回池的底部。只要控制池水引出和注入的速度，同時使下層對流區具有一定的厚度，這種流動就不會破壞無對流區的穩定。分析表明，這些條件都是不難滿足的。這種方法看來更適用於大型實用性太陽池。
把太陽池的熱提取出來，套用的形式也有多種，已知可行的有如下三種：
（1）供暖
太陽池可以較低的成本提供大量的低溫熱能，又具有較長時間的貯熱能力。因此可以把太陽池收集到的熱能用於房屋供暖，既合理又經濟。因為，如果遇到幾天甚至幾周的陰雨天氣都不至於影響太陽池的供熱能力，故在太陽池供熱時，就可以免去輔助加熱設備，其他太陽能供熱系統很難做到這一點。如果加大下層對流的厚度，（例如加大到3m）太陽池可具有季節性貯熱能力。即把夏、秋季收集到的太陽能貯存到冬季使用。因為採暖能耗十分可觀，這種方式值得重視。
太陽池供暖
太陽池供暖同時也要說明，太陽池面積過小時，既不合理又不經濟。有人提出太陽池面積達到1萬㎡才有實用價值，因為增大面積，其單位面積的建造和運行成本還可以降低。因為這一因素，建太陽池首先考慮在土地廣闊的地點。還有一點就是太陽池不像太陽能集熱器可以傾斜甚至垂直放置，故其只能接受落到水平面上的陽光。因此，在高緯度地帶，太陽池的性能將顯著降低。
