太阳池

以太阳辐射为能源的人造的盐水池

太阳池（solar pond，也称盐田）是一种以太阳辐射为能源的人造的盐水池。它具有一定盐浓度梯度的盐水池，并且兼作集热器和蓄热器的一种太阳能利用装置。由于它结构简单、造价低廉、能长时期(跨季度)蓄热，可以在全年内提供性能稳定的低温热源。

太阳池定义

太阳池（solar pond，也称盐田）是一种以太阳辐射为能源的人造的盐水池。它是利用具有一定盐浓度梯度的池水作为集热器和蓄热器的一种太阳能热利用系统。盐水池中随着深度的增加温度也在增加，池底温度高于池表面温度，因此可以利用池底这部分热能，使水分蒸发，卤水、海水或含盐水浓缩到某一盐分达到该温度下条件下的饱和度，甚至过饱和时，该组分以固体盐（或水和盐，甚至水合复盐）的形式析出，达到从多组分复杂卤水、海水或含盐水相中分离某种盐类的目的。这实际上可以看成是人们对自然界中盐湖形成过程与地球化学成盐过程的一种生产性模拟。

研究进展

1902年，匈牙利的Kalecsinsky偶然在位于Trmnsylvania的Medve湖内观察到：夏末时，1.32m深的湖底温度达到70°C；早春，湖底温度也高达26°C。他提出了人工建造太阳池的设想。1979年，以色列建造的150kW太阳池发电厂投入了运行。当今世界能源短缺，开放新能源日益被人们重视，这样就促使太阳池在广泛应用领域的研究得到了飞速的发展。人们已从太阳池的结构、材质和溶解性质等方面进行了研究。太阳池主要分为对流型和非对流型池两种：一种是具有一定盐浓度梯度的非对流型；另一种是多种结构形式对流型。

盐浓度梯度太阳池的研究进展

（1）隔膜分层太阳池

为了减少盐向上扩散降低对流，1980年，Hull提出了隔膜分层太阳池。

（2）带漂浮环太阳池

减低风效应导致溶液混合对流。A.Karzateh等设计了用聚乙烯制成漂浮环放置于太阳池表面，它可以减少50%以上的风效应。

（3）凝胶太阳池

凝胶型太阳池。采用较好光学特性和隔热性的透明聚合凝胶材料，通过凝胶效应作为太阳辐射体和隔热体，是可替代盐浓度梯度中的非对流层的一种太阳池。

（4）盐饱和型太阳池

盐饱和型太阳池。饱和型太阳池中，放入溶解度随温度的升降而大大增减的盐类，池中溶液各层都处于饱和状态，完全抑制和消除了盐扩散，从而保证太阳池运行时的稳定性。由于难以选择合适的盐，至今尚未建立起饱和型太阳池。

新型太阳池研究进展

盐梯度池是人们研究较多的领域，但是在运行中也存在许多不足，例如盐水对周围环境的污染，池中灰尘和碎屑的积累会降低池水透明度进而影响池效率、盐梯度等。为了克服这些不利因素，人们相继开展了新型太阳池的研究。

（1）淡水型太阳池

1976年，美国劳伦斯实验室提出一种类似平板形的太阳能集热器。采用聚氯乙烯薄膜制造成大水袋，底层采用0.5mm厚的黑色薄膜，袋中装入淡水，塑料袋上面覆盖有0.3cm厚的透明盖板，可不受灰尘、风力及大部分紫外线的影响，使用寿命可长达5年以上。浅太阳池的尺寸不受限制，一个水深为10cm，面积为5m×6m的浅太阳池，在夏季能使15°C30t的水吸收太阳能后，水温升到60°C。

（2）淡水漂浮式太阳池

一种在淡水表面安置漂浮式太阳能集热器的新型太阳池，用淡水收集太阳能来进行长期的热量储存。

（3）蜂窝太阳池

池子顶盖采用双层聚酯薄膜蜂窝结构，池内蒸发器采用覆盖黑色吸水布的聚酯薄膜蜂窝结构，可使用于建立大型太阳池海水淡化装置。

（4）潜热太阳池

由于太阳辐射强度随季节发生变化，使得太阳池底部的温度变化也很大，因此，需要寻找一种方法既能使太阳池充分蓄热，又能使池底温度达到提热要求后保持近似恒温的状态。为此，有人提出利用水合相变材料提高太阳池蓄热的能力，相变材料可直接投入太阳池而不需要另外容器并形成巨大的单一体系，实现跨月、垮季贮存，这种方法蓄能密度高、蓄热或提热时温度波动幅度小。

（5）全饱和型太阳池

常规盐梯度太阳池由于底层和顶层之间的盐浓度差会出现盐向上扩散的现象，在饱和态太阳池里，选用盐的溶解度随温度的升降而大大增减，纵向各层都处于饱和状态，同时可完全抑制和消除由于盐浓度梯度的存在而形成的盐扩散，从而保证太阳池运行的高度稳定性。因此，饱和态太阳池中的盐梯度是自持的，不过饱和型太阳池需要的盐量比常规多得多，只有在能找到合适的盐的情况下，此方案才有经济可行性。

太阳池热能

提取和应用

为了把太阳池中已收集的太阳热能取出来以供使用，我们可以采取两种方法：

第一种是在池底布置热交换器，载热剂在泵的作用下进入热交换器，从太阳池底部吸收了热量，使温度提高后再流出。这种方法在小型太阳池中曾经采用过，热交换器是用铜管，据某些研究者报道，也可以用铁管子做热交换器，且不易生锈。因为池中溶液受热后，其中气体将逸出，而且池上部的无对流区使得大气中的气体很难到达池底，故池底基本上没有自由氧。但是这种方法也存在着明显的缺点，首先换热器外侧依靠池水的自然对流来传热，因而总的换热系数很低，故需要很大的换热面积。其次，这种交在池底的交换器一旦损坏是很难维修的。因此，这种方法很难在大型太阳池中应用。

第二种方法是利用池的密度梯度，实现分层流动，即从下层无对流区的一端抽取池中热水，在池外交换器中放出热能，温度降低后，再从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，同时使下层对流区具有一定的厚度，这种流动就不会破坏无对流区的稳定。分析表明，这些条件都是不难满足的。这种方法看来更适用于大型实用性太阳池。

把太阳池的热提取出来，应用的形式也有多种，已知可行的有如下三种：

（1）供暖

太阳池可以较低的成本提供大量的低温热能，又具有较长时间的贮热能力。因此可以把太阳池收集到的热能用于房屋供暖，既合理又经济。因为，如果遇到几天甚至几周的阴雨天气都不至于影响太阳池的供热能力，故在太阳池供热时，就可以免去辅助加热设备，其他太阳能供热系统很难做到这一点。如果加大下层对流的厚度，（例如加大到3m）太阳池可具有季节性贮热能力。即把夏、秋季收集到的太阳能贮存到冬季使用。因为采暖能耗十分可观，这种方式值得重视。

同时也要说明，太阳池面积过小时，既不合理又不经济。有人提出太阳池面积达到1万㎡才有实用价值，因为增大面积，其单位面积的建造和运行成本还可以降低。因为这一因素，建太阳池首先考虑在土地广阔的地点。还有一点就是太阳池不像太阳能集热器可以倾斜甚至垂直放置，故其只能接受落到水平面上的阳光。因此，在高纬度地带，太阳池的性能将显著降低。

（2）海水或其它苦水淡化

有的地方缺少淡水却有海水或其它苦水，如果那里太阳能资源丰富，可以利用太阳池作为淡化装置的热源也是很有前途的。一般盘形蒸馏装置温度并不高，只有40℃－50℃，即使是结构十分复杂的多级蒸发海水淡化装置也可以在热源温度75℃时工作，并且使得产水热耗很低（大约是水汽化潜热的110），太阳池完全可以达到这一温度。

（3）制盐

利用太阳池为晒盐或制精盐供热有明显的优点：首先太阳池可就近获得廉价的盐或盐溶液，能大大降低太阳池的建造和运行成本。其次，通常海盐生产是在开式的浅池中利用太阳能使海水蒸发来进行，这样常受季节和气候的制约。如果采用太阳池和普通开式池相结合的方式，盐溶液先在开式池中浓缩，然后再用太阳池底70℃－90℃的温度把浓缩液加热，然后在一个低压容器中闪蒸脱水，从而使氯化钠结晶出来，利用这种生产方式，开式池生产季节可大大延长。同时，太阳池表层可对海水进行初蒸发，为开式池提供初浓缩的海水。同时用这种办法生产海盐，盐场的面积可减少到常规生产方法的一半，尤其是盐的质量还可以提高。

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