简单得难以相信，这是一种廉价地收集和贮藏能量的有效方法。虽然大多数化学工程师都很关心有关能源的价格和可用性，但是很少有人考虑以太阳能池塘作为一种能量的来源。问题在于，许多化学工程师很难相信它们。然而，它们确实在起作用。
建造太阳能池塘是简单的。你在地上挖一个大洞，里面放些盐水（氯化钠盐水、工业废物，无论哪一种只要最便宜就行），然后在顶部注入些清水。
这池塘变得热起来了。当然会这样——因为太阳正在它上面照耀着。但是，你能猜得出或计算出它有多热吗？
1960年前后，以色列的哈里 · 泰伯和鲁道夫看到它们曾经上升到约90℃的温度。因此，当我读到他们的报告时首先想到：这不是90°F，而是90°C。
1980年在新墨西哥大学，霍华德 · 布赖恩特使他的池塘以109℃的温度沸腾了几个星期，当然那是在一个炎热的夏季。在哥伦布的俄亥俄州立大学，布赖恩特和卡尔 · 尼尔森约从1975年以来就操作着太阳能池塘的示范模型。结果表明在美国的北方，甚至当冰覆盖的时它们也能全年递送有用的能量。
在1980年，一份设计研究打算用30，000平方英尺的池塘，来供应一个化工厂化工过程的热能。结论得出：这种热能的价格可与来自当地的1980年的天然气的价格相竞争。
太阳能池塘是怎样工作的？
怎样才能使如此简单可笑的，像一层清水漂浮在一层盐水上的东西成为一种有用的热源呢？为什么这种类型的池塘都会变热？如果仅仅根据理论，这种简单明了的解释也许是难以置信的。可是，这种理论被许多天然的和人造的太阳能池塘所证实。
清澈的水，无论有无盐味，对于太阳光的可见部分总是透明的。（这很明显，要不然水看上去就不清了）当太阳光落在并通过清澈的池塘时，大部分可见光在池塘底部附近被吸收，特别是如果池塘底部黑暗和池塘约8英尺深时。到达地球表面的太阳辐射能约有一半是可见的；其余大多是红外线，它们在池塘上部的3英尺内就被吸收了。
当一个太阳能池塘底部的盐水变热时，为什么它不上升到表面，将热能散发到大气中去呢？这种情况之所以不会发生，是因为含量足够高的盐分（典型的含盐为15-20%），使得甚至在沸腾的温度时，盐水仍保持比顶部较冷的清水浓。一个太阳能池塘是一个简单的热能捕捉器：既是太阳能收集器，又是太阳能贮藏器，而热对流却完全被制止了。
“太阳能池塘”这个词已被用来描述过一种有盖或无盖的收集太阳能的水塘。而在这篇文章中这个词仅仅是指非对流的盐——梯度的太阳能池塘。这种池塘没有盖，其贮藏热却像收集热的性能一样好。
普通的池塘决不会比它上面的空气热很多。因为当液体被加热时，它带着热量上升到表面，在表面把热量散发到大气中去了。
在太阳能池塘里，热的浓盐水在较冷的稀液体的下面，使热对流被制止了。由于辐射和传导而损失的热很少，所以在温度上升到有用的水平以前，总的热能损失小于从太阳得到的热能。在相当高的操作效率下，底部的温度能达到95°C（200°F）左右。通过设计，热量贮藏还可以随意控制，这种控制可以大到足以避免每天和每月阳光波动的影响。
能量可以通过从最底层泵出热的液体或通过浸没的热交换器（或其他方法）被回收。一些化学过程也能在太阳能池塘中进行。
盐分的梯度、浓度和温度能明显地稳定，梯度的维持不需要作进一步研究。
太阳能池塘的大小
建造在以色列的最早的太阳能池塘（它达到了90℃）只有3英尺深，除了在地下外，它不具有其它明显的热量贮藏能力。这种池塘应该在大多数季节都阳光充足的地方使用，并且只适用于在阳光的季节性变化期间能量的需求也能随之波动的场合。与此相反，有些人建议：为了达到巨大的贮热容量，大面积的池塘（用于冬季住宅区地区性供暖的），可以有20 ~ 30英尺那样深。
大部分全年使用的工业用太阳能池塘可能有8到10英尺深。理论研究还没有能令人信服地断定，有多少热能可以被有效地贮藏在太阳能池塘底下的泥土中。已经知道，当池塘冷到低于池塘底部的泥土温度（这个温度是由于在夏季太阳输入大大超过所需的能量时而达到的）时，重要的热能就能从泥土中被收回。同时也还知道，即使在池塘底下面三英尺深的地方，泥土也变得像池中的盐水一样热。
在操作池塘时，只要花很少的钱就可以观察池塘较深处泥土的实际温度波动。然而实验最终显示出了，当液体深度超过10英尺时，非但没有增加有用的能量输出，反而增加了盐水的费用。
最佳的池塘深度当然会随着地理位置，当地的气候和所需的能量样本而变化。一般说来，池塘的面积决定全年的能量输出大小，季节性贮藏容量主要是深度的一个功能。峰值温度取决于面积和深度的结合。
有用的温度
在不太高的温度下，热能就能被利用的场合，太阳能池塘的经济效益将会最大。温度过高就会增加池塘总的热量损失，从而减少了使用的有效输入百分比。可以肯定，在美国的北方，夏季末的操作温度能上升到至少180°F，冬季仍保持在120°F以上。如果在南方有阳光的地方，实际温度还可更高。
太阳能池塘的广泛应用必然要导致全年的工厂生产计划和操作温度的调整，因为如果生产过程的能量需求能和季节一起改变，来自池塘的热能才会价廉，还有太阳能池塘向一个温度不太高的生产过程提供热能才是有利的。
因为从太阳能池塘的顶部到底部，总是会存在一个宽广的温度范围，所以这些多用的贮热器还可以找到把生产过程的废热贮藏起来的附加用途。1975年伯劳费舍 · 尼勒森，在俄亥俄州首次建成太阳能池塘后，就一直在研究把热量贮藏在没有对流的盐水层下的方法；这个利用太阳热能的想法是后来产生的。
盐水层
盐水层所需的盐分由操作温度决定。较热的池塘需要更高的浓度梯度，因而在池塘的底部需要更多的盐。设计以120° ~ 180°F的温度操作的池塘。
大概要有15 ~ 20%的盐浓度。盐分太低会引起池塘不稳定、使较下层变得比它上面的液体更稀（所有不对流的盐 - 梯度的太阳能池塘表面需要清水），以致热的水流上升，把池塘贮藏的一部分重要的热能散发到大气中。
解决了不稳定的问题以后，可以看到池塘又恢复了稳定，并在不知不觉中收回了热能。足够高的盐分浓度梯度将避免这种不稳定。一般来说，盐水特殊的梯度将不超过1.2。用非常易溶解的盐来达到更高的浓度，以使温度逼近300°F是可能的，那样提供的热量输入大而损失小。
浓度和所需的盐分在理论上预言是困难的，因为公开发表的关于各种可能的温度下，所有易溶盐可能浓缩的浓度资料惊人的缺少。可是，实验室用一些想买的盐或废盐的混合物做试验，来研究所需的浓缩是不困难的。大部分太阳能池塘已用氯化钠或氯化镁建成，但是任何便宜的盐如果它充分溶解的话，都将适用。
盐层的扩散
已经有许多关于盐的向上扩散的理论研究，盐的扩散最终会危及盐分梯度。约在三十年以前，以色列的泰伯尔和其它的人就提议了这种“落差池塘”的概念。在落差池塘中，清水定期地加到池塘的顶部，盐水从底部被收回。在每次更换中，所涉及的盐水价值比它产生的热量价值小得多，所以抽出的盐水可以丢弃，另用盐来替换，如果这样做是便宜的话。或者，这收回的盐水在另一个辅助性的小的太阳能蒸发池塘中浓缩后再循环使用。
布赖恩特的证明显示，在一个太阳能池塘里，表面维持在大气温度附近，而较下层的沸腾是可能的。这时会由于内部的蒸馏而呈现出抵抗盐向上扩散的可能性。这种情况在每年夏末的一个短暂的周期中可能发生，这将从深部提出纯水到表面附近，而在底部附近留下了盐。
在实践中，操作池塘时稍微注意一下盐向上的扩散就行了。实际上，太阳能池塘在自然界也存在着。一张1902年的报纸记叙了特兰西利伐尼亚（译者注：“Transylvania”罗马尼亚的一个地名）的天然池塘，几个世纪以来，它每年夏天的温度都在71°C，从未冷到27°C以下。
美国南方的天然盐湖不是太阳能池塘。因为稀有的降雨，在所需的浓度梯度和温度形成以前就从表面蒸发了。在降雨量很高的地区，盐湖也不一定能成为太阳能池塘，如果地面轮廓使水面有很大的波动，则因奔流而会引起梯度层的分离。在其它的气候下，如果自然雨雪量约束在一定范围，天然太阳能池塘是可形成的。
如果设计和建造得好，太阳能池塘几乎不需要养护。高的盐分和缺乏溶解的氧气，保持了太阳能池塘视觉清澈并免除了微生物。空中来的碎物不是落到底部，就是浮在面上而被过剩的雨水带走。沉底的碎物通常变成了黑褐色的，而当一个典型的十分透明的池塘深于5英尺时，即使底部是反射的，也将吸收在液体视觉通路中的大部分阳光。
在某些操作条件下，把太阳能池塘底部设计成白色的，奇形怪状的，或有彩色碎块的，或能使盐沉淀的，都会产生梯度的不稳定。
用于化学工业的太阳能池塘
看来太阳能池塘已经具有商业的用途。化学工业用化学工程师开发和精炼这项技术的能力，用各种各样适用的廉价盐水，能够从对它的大规模开发和及早使用中受益。
化学工业能从建在厂址空闲地上（这些空地常常不适当地为其它用途所占）的太阳能池塘获得它们所需的大量的热能（从65°C ~ 95℃）。池塘的价格能通过利用以零或负的价格的废盐水而被减少。太阳能池塘还能在变化的温度下便利地贮藏从工厂得到的废热。
作为一项附加的益处，这些池塘还提供着用于防火的和紧急关头冷却的水源。还有，往往从原有的废池塘上改建成太阳能池塘将是很可能的。
太阳能池塘的价格
建造太阳能池塘，只需要当地的劳力和材料，使用工业池塘的标准建筑方法就行。整个系统的造价取决于池塘的尺寸和位置，而总能量的输出将随着地理位置和能量需求的不同而改变。
在美国的西南各州中，往往到处都有非常便宜的盐。对于每年可以递送100，000 Btu/ft2（译者注：Btu：英国热单位，ft2：平方英尺)，1 Btu（英热单位）=107.58公斤米=1.056×108焦耳的热量系统，如果是大池塘的话，其造价可低于1美元/ft2，在美国的北方，这种池塘甚至在阴天也能收集太阳的热能（与大部分其它的类型的太阳能取暖系统相比），全年的输出可达30，000 Btu/ft2左右。
用十年来偿还，其价格能被折合成最初的低于12美元/百万Btu的能量价格，时常还低于5美元。
无论是需要95℃左右温度的热能，还是在特殊技术上或许高达150℃的热能，太阳能池塘都将是合乎实际的。用合理的基本投资，它们就能年复一年地产生任何要求的连续“释放”的热量，而不用注意天气、季节、纬度和高度，操作损耗和养护费用非常少。具有正规的预防措施来阻止地下水的污染，对环境的影响可以不计，甚至是有益的。
太好了，真难以相信啊？
自从八十年以前发现了它们，并在1950年首次设计证明了以来，太阳能池塘好得真叫人难以相信，缺乏开发和利用是一个理由。缺少专门产品的出售也妨碍了它的发展，但在今天它们已能成为工业的一项特殊的利益，使企业能够为自己的用途而设计建造这些系统。
如果太阳能池塘的使用者能正确地规划，到1984年就可从最初的模型扩大到有实用价值的规模。到1990年工厂有可能从足够大的太阳能池塘里提取出可能达到的最大能量，因为一个模拟系统要两年或更多时间才能达到它的平衡温度。
在温度限于100℃以下时，太阳能池塘已经显示出，它的经济效益比目前其它最好的太阳能技术多三倍多。
在自然界中，它们被忽视地存在了不知多少年了。人造的示范模型已经操作了五年以上，还没有什么控制不了的困难。它们没有涉及到不熟悉的技术，也不需要新的金属器具或材料。
通过任何化学工程师都能理解的方法可以预言输出的大小。它的价格也像普通的工业池塘一样容易地被估计。在大小上没有限度，规模越大，能量价格越低。看来规模不大的试验工厂，就可以提供在价格上能与目前的传统燃料相竞争的热能，因此不用花很大的代价来研究和发展，就可以收集到建造大规模太阳能池塘的情报资料。
现在，在以色列的一个试验工厂里，一个大7500 m2，深2.5 m的池塘，为计划以太阳能为主要动力的发电站递送150 kW的能量，这个发电站将从一个5000平方公里的太阳能“湖”中最终输出2000 MW。在爱好者们和私人基金的合股下，一个类似的太阳能发电系统，正被考虑建造在加利福尼亚州的盐湖上。
（Chemistry Engineering，1982年3月）