Literature review on PhaseChange Materials and their potential in Concentrated Solar Power applications

Abstract

[ES] Esta tesis de máster se centra en los sistemas de almacenamiento de energía térmica (TES) e investiga el uso de materiales de cambio de fase (PCM) para aplicaciones TES. Los PCM son materiales que pueden almacenar y liberar grandes cantidades de energía térmica durante el proceso de fusión y solidificación, lo que los convierte en una opción prometedora para los TES. La primera parte de la tesis ofrece una visión general de los sistemas TES y del papel de los PCM en estos sistemas. En ella se analizan las ventajas de utilizar PCM frente a los sistemas TES tradicionales, como la capacidad de almacenar más energía por unidad de volumen y la capacidad de mantener una temperatura constante durante el proceso de cambio de fase. La segunda parte de la tesis se centra en la investigación sobre la mejora de la conductividad térmica de los PCM. Se ha investigado mucho para mejorar la conductividad térmica de los PCM, ya que esto puede mejorar su rendimiento general en los sistemas TES. Se han estudiado varias técnicas, como la adición de nanopartículas o fibras al PCM, o el uso de tubos de calor para mejorar la transferencia térmica. En la tercera parte de la tesis se describen los experimentos realizados en plantas TES que utilizan PCM. El rendimiento y el coste de estas plantas se compararon con los de los sistemas TES tradicionales, y los resultados mostraron que los PCM pueden ofrecer ventajas en términos de capacidad de almacenamiento de energía y eficiencia, al tiempo que reducen los costes totales. En esta tesis se puede encontrar una extensa lista de materiales de cambio de fase con diferentes tipologías y diferentes características y al mismo tiempo se pueden encontrar diferentes técnicas para mejorar la conductividad térmica de los materiales de cambio de fase, ya que es una de sus principales desventajas a la hora de almacenar energía. En conclusión, esta tesis demuestra el potencial de los PCM para aplicaciones TES y destaca la importancia de seguir investigando y desarrollando para mejorar el rendimiento y la rentabilidad de estos sistemas. El uso de PCM en TES puede contribuir al desarrollo de soluciones de almacenamiento de energía sostenibles y eficientes para diversas aplicaciones.

[EN] This master thesis focuses on thermal energy storage (TES) systems and investigates the use of phase change materials (PCMs) for TES applications. PCMs are materials that can store and release large amounts of thermal energy during the melting and solidification process, making them a promising option for TES. The first part of the thesis provides an overview of TES systems and the role of PCMs in these systems. It discusses the advantages of using PCMs over traditional TES systems, such as the ability to store more energy per unit volume and the ability to maintain a constant temperature during the phase change process. The second part of the thesis focuses on research on improving the thermal conductivity of PCMs. Much research has been done to improve the thermal conductivity of PCMs, as this can improve their overall performance in TES systems. Several techniques have been studied, such as the addition of nanoparticles or fibers to the PCM, or the use of heat pipes to improve heat transfer. In the third part of the thesis, experiments on TES plants using PCM are described. The performance and cost of these plants were compared with those of traditional TES systems, and the results showed that PCMs can offer advantages in terms of energy storage capacity and efficiency, while reducing overall costs. In this thesis you can find an extensive list of phase change materials with different typologies and different characteristics and at the same time you can find different techniques for improving the thermal conductivity of phase change materials, as it is one of its main disadvantages when storing energy. In conclusion, this thesis demonstrates the potential of PCMs for TES applications and highlights the importance of further research and development to improve the performance and cost-effectiveness of these systems. The use of PCMs in TES can contribute to the development of sustainable and efficient energy storage solutions for various applications.