太陽(yáng)能熱水器材料核心

太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)換材料是最重要的太陽(yáng)能材料。光熱利用領(lǐng)域的材料按用途可分為蓄熱材料、導(dǎo)熱材料、熱電材料、集熱材料等

蓄熱材料

蓄熱材料主要包括相變儲(chǔ)熱材料、顯熱儲(chǔ)熱材料等。利用相變材料的固-液或固-固相變潛熱來(lái)儲(chǔ)存熱能的潛熱蓄熱技術(shù),因具有蓄熱密度大、儲(chǔ)熱過(guò)程近似等溫、過(guò)程易控制等優(yōu)點(diǎn)而成為目前最具實(shí)際發(fā)展?jié)摿?、?yīng)用最多和最重要的蓄熱方式。許多物質(zhì)作為潛在的相變儲(chǔ)熱材料(PCM)已經(jīng)被研究過(guò),但只有部分物質(zhì)實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn),其中制冷與低溫范圍的技術(shù)與產(chǎn)品相對(duì)比較成熟,很多已實(shí)現(xiàn)商品化。法國(guó)Cristopia、澳大利亞TEAP、日本三菱化學(xué)(Mitsubishichemical)、瑞典Climator、美國(guó)陶氏化學(xué)(Dow chemical)、德國(guó)Rubitherm GmbH與MerckKgaA等公司生產(chǎn)的PCM產(chǎn)品類型主要是鹽溶液、水合鹽、石蠟類和脂肪酸類,其熔點(diǎn)為- 33～ 110℃。典型的有機(jī)類相變材料有石蠟、脂酸類、高分子化合物等。顯熱儲(chǔ)能通過(guò)物質(zhì)的溫度變化來(lái)儲(chǔ)存熱能,儲(chǔ)熱介質(zhì)必須具有較大的比熱容。可作為儲(chǔ)熱介質(zhì)的固態(tài)物質(zhì)有巖石、砂、金屬、水泥和磚等,液態(tài)物質(zhì)則包括水、導(dǎo)熱油以及融熔鹽。與液態(tài)儲(chǔ)熱材料相比,固態(tài)儲(chǔ)熱材料具有兩個(gè)特點(diǎn):①更大的熱能儲(chǔ)存溫度范圍,可以從室溫至1000℃以上的高溫段;②不產(chǎn)生介質(zhì)泄漏,對(duì)容器材料的要求低。這幾年主要研究的熱存儲(chǔ)材料有二醇二硬脂酸鹽(Diol-di-stearates)、十水合硫酸鈉(Na2SO4·10H2O)、聚乙二醇4,4二苯基甲烷二異氰酸鹽/季戊四醇共聚物(PEG/MDI/PE copolymer)、鋁鎂鋅合金(Al-34%Mg-6%Zn)、高密度聚乙烯/石蠟混合物等。

導(dǎo)熱材料

在太陽(yáng)能熱利用方面,大多數(shù)分散的集熱器與蓄熱器之間的距離相對(duì)較遠(yuǎn),因此導(dǎo)熱系統(tǒng)仍是不可或缺的。導(dǎo)熱材料主要有導(dǎo)熱流材料和導(dǎo)熱流管道材料,另外蓄熱材料在液相或氣相狀態(tài)下也可作為導(dǎo)熱流材料。國(guó)際研究?jī)A向于在蓄熱和導(dǎo)熱過(guò)程中采用相同的材料,以降低熱交換系統(tǒng)的復(fù)雜程度,從而達(dá)到降低系統(tǒng)成本的目的。未來(lái)的重點(diǎn)是新型熱傳導(dǎo)媒質(zhì)的研發(fā)如離子流體,以及新型熱循環(huán)管道材料如金屬化塑膠管等。

熱電材料

熱電材料(又稱溫差電材料)是一種利用固體內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)熱能和電能的直接相互轉(zhuǎn)化的功能材料,其工作原理是固體在不同溫度下具有不同的電子或空穴激發(fā)特征,當(dāng)熱電材料兩端存在溫差時(shí),材料兩端電子或空穴激發(fā)數(shù)量的差異將形成電勢(shì)差(電壓)。熱電材料主要分為半導(dǎo)體金屬合金型熱電材料、方鈷礦型熱電材料、金屬硅化物型熱電材料、氧化物型熱電材料4種。2007年日本在氧化物熱電材料的研究中走在世界前列。目前,已經(jīng)商業(yè)應(yīng)用的熱電材料有PbTe(工作溫度為230～ 530℃,主要用于發(fā)電)、Bi2Te3/Sb2Te(工作溫度為室溫～ 130℃,主要用于小規(guī)模發(fā)電以及制冷)、SiGe(工作溫度高于530℃,主要用于外太空發(fā)電)。