ถังสะสมไอน้ำประกอบด้วยถังแรงดันเหล็กหุ้มฉนวนที่บรรจุน้ำร้อนและไอน้ำภายใต้ความดัน ในฐานะอุปกรณ์เก็บความร้อน มันถูกใช้เพื่อควบคุมการผลิตความร้อนจากแหล่งความร้อนที่แปรผันหรือคงที่ เพื่อตอบสนองความต้องการความร้อนที่แปรผัน ถังสะสมไอน้ำอาจมีความสำคัญต่อการเก็บพลังงานในโครงการพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์

ถังเก็บความร้อนถูกนำมาใช้ทั่วโลก โดยเฉพาะในภูมิภาคที่มีเครือข่ายระบบทำความร้อนส่วนกลางที่จัดตั้งขึ้นแล้ว และในพื้นที่ที่มีแสงแดดส่องถึงเพื่อใช้ประโยชน์จากพลังงานแสงอาทิตย์แบบเข้มข้น ถังเหล่านี้ใช้ในที่อยู่อาศัย พาณิชย์ และอุตสาหกรรม ตั้งแต่การทำความร้อนตามฤดูกาลไปจนถึงการปรับสมดุลโครงข่ายพลังงานหมุนเวียน นี่เป็นตัวอย่างหนึ่งของอุปกรณ์เก็บความร้อนแบบสัมผัสที่มีทั้งข้อดีและข้อเสีย^{[ 10 ]}

น้ำมี ความจุความร้อนสูงที่สุดค่าหนึ่งที่ 4.2 kJ/(kg⋅K) แหล่งเก็บความร้อนขนาดใหญ่ ส่วนใหญ่เป็นถังเก็บน้ำร้อน ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในประเทศแถบสแกนดิเนเวียเพื่อเก็บความร้อนไว้หลายวัน เพื่อแยกการผลิตความร้อนและพลังงานออกจากกัน และเพื่อช่วยตอบสนองความต้องการสูงสุด บางเมืองใช้บ่อเก็บน้ำที่มีฉนวนกันความร้อนซึ่งได้รับความร้อนจากพลังงานแสงอาทิตย์เป็นแหล่งความร้อนสำหรับปั๊มความร้อนส่วนกลาง^{[ 11 ]}มีการศึกษาเกี่ยวกับการจัดเก็บความร้อนระหว่างฤดูกาลในถ้ำ และดูเหมือนว่าจะประหยัด^{[ 12 ]}และมีบทบาทสำคัญในการให้ความร้อนในฟินแลนด์ผู้ผลิตพลังงานHelen Oyประมาณการความจุ 11.6 GWh และผลผลิตความร้อน 120 MW สำหรับแหล่งเก็บความร้อนของตน อ่างเก็บน้ำขนาด260,000 ^{ลูกบาศก์}เมตร ใต้ Mustikkamaa (เต็มหรือระบายออกภายใน 4 วันเมื่อเต็มความจุ) เปิดใช้งานตั้งแต่ปี 2021 เพื่อชดเชยวันที่มีการผลิต/ความต้องการสูงสุด^{[ 13 ]}ในขณะที่ ถ้ำหิน ขนาด 300,000 ^{ลูกบาศก์}เมตร แหล่งเก็บความร้อนใต้ดินลึก50 เมตร ใน Kruunuvuorenranta (ใกล้Laajasalo ) ได้รับการกำหนดในปี 2018 เพื่อเก็บความร้อนในฤดูร้อนจากน้ำทะเลอุ่นและปล่อยออกมาในฤดูหนาวสำหรับระบบทำความร้อนส่วนกลาง^{[ 14 ]}ในปี 2024 มีการประกาศว่าผู้จัดหาพลังงานเทศบาลของVantaaได้ว่าจ้างให้สร้างโรงเก็บความร้อนใต้ดินขนาดกว่า1,100,000 ลูกบาศก์เมตร (39,000,000 ลูกบาศก์ฟุต)และมีความจุ 90 GWh ซึ่งคาดว่าจะเปิดใช้งานได้ในปี 2028 ^{[ 15 ]}  

ความร้อนสัมผัสของเกลือหลอมเหลวยังใช้สำหรับเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ที่อุณหภูมิสูง^{[ 16 ]}ซึ่งเรียกว่าเทคโนโลยีเกลือหลอมเหลวหรือการเก็บพลังงานด้วยเกลือหลอมเหลว (MSES) เกลือหลอมเหลวสามารถใช้เป็นวิธีการเก็บพลังงานความร้อนเพื่อกักเก็บพลังงานความร้อน ปัจจุบัน เทคโนโลยีนี้ถูกนำมาใช้ในเชิงพาณิชย์เพื่อเก็บความร้อนที่รวบรวมได้จากพลังงานแสงอาทิตย์แบบเข้มข้น (เช่น จากหอพลังงานแสงอาทิตย์หรือรางพลังงานแสงอาทิตย์ ) ความร้อนนี้สามารถแปลงเป็นไอน้ำร้อนยวดยิ่งเพื่อขับเคลื่อนกังหันไอน้ำแบบดั้งเดิมและผลิตไฟฟ้าในภายหลังได้ มีการสาธิตใน โครงการ Solar Twoตั้งแต่ปี 1995 ถึง 1999 การประมาณการในปี 2006 คาดการณ์ประสิทธิภาพประจำปีที่ 99% ซึ่งหมายถึงพลังงานที่กักเก็บไว้โดยการเก็บความร้อนก่อนที่จะแปลงเป็นไฟฟ้า เทียบกับการแปลงความร้อนเป็นไฟฟ้าโดยตรง^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]} มีการใช้ ส่วนผสมยูเทคติกต่างๆของเกลือที่แตกต่างกัน (เช่นโซเดียมไนเตรตโพแทสเซียมไนเตรตและแคลเซียมไนเตรต ) มีการนำระบบดังกล่าวมาใช้ประโยชน์ในด้านที่ไม่เกี่ยวข้องกับพลังงานแสงอาทิตย์อยู่แล้ว เช่น ในอุตสาหกรรมเคมีและโลหะ ในฐานะของเหลวนำความร้อน

เกลือจะหลอมเหลวที่อุณหภูมิ131 °C (268 °F)และคงสภาพเป็นของเหลวที่ อุณหภูมิ 288 °C (550 °F)ในถังเก็บ "เย็น" ที่มีฉนวนกันความร้อน เกลือเหลวจะถูกสูบผ่านแผงในเครื่องเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ โดยแสงอาทิตย์ที่รวมแสงจะทำให้เกลือร้อนขึ้นถึง566 °C (1,051 °F)จากนั้นจึงส่งไปยังถังเก็บความร้อน หากมีการหุ้มฉนวนถังอย่างเหมาะสม พลังงานความร้อนสามารถเก็บไว้ใช้ได้นานถึงหนึ่งสัปดาห์^{[ 20 ]}เมื่อต้องการใช้ไฟฟ้า เกลือหลอมเหลวร้อนจะถูกสูบไปยังเครื่องกำเนิดไอน้ำ แบบธรรมดา เพื่อผลิตไอน้ำร้อนยวดยิ่งสำหรับขับเคลื่อนชุดกังหัน/เครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบธรรมดาที่ใช้ในโรงไฟฟ้าถ่านหิน น้ำมัน หรือนิวเคลียร์ กังหันขนาด 100 เมกะวัตต์จะต้องใช้ถังที่มีความสูงประมาณ9.1 เมตร (30 ฟุต)และ เส้นผ่านศูนย์กลาง 24 เมตร (79 ฟุต)เพื่อขับเคลื่อนเป็นเวลาสี่ชั่วโมงตามการออกแบบนี้        

ถังเดี่ยวที่มีแผ่นกั้นเพื่อแยกเกลือหลอมเหลวเย็นและร้อนกำลังอยู่ระหว่างการพัฒนา^{[ 21 ]}ซึ่งประหยัดกว่าโดยสามารถเก็บความร้อนได้มากกว่า 100% ต่อหน่วยปริมาตรเมื่อเทียบกับระบบถังคู่ เนื่องจากถังเก็บเกลือหลอมเหลวมีราคาแพงเนื่องจากโครงสร้างที่ซับซ้อนวัสดุเปลี่ยนสถานะ (PCMs) ยังถูกนำมาใช้ในการเก็บพลังงานด้วยเกลือหลอมเหลว^{[ 22 ]}ในขณะที่การวิจัยเกี่ยวกับการได้มาซึ่ง PCMs ที่คงรูปทรงโดยใช้เมทริกซ์ที่มีรูพรุนสูงยังคงดำเนินอยู่^{[ 23 ]}

โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ความร้อนส่วนใหญ่ใช้แนวคิดการจัดเก็บพลังงานความร้อนนี้สถานีผลิตไฟฟ้าโซลานาในสหรัฐอเมริกาสามารถจัดเก็บกำลังการผลิตได้ 6 ชั่วโมงในเกลือหลอมเหลว ในช่วงฤดูร้อนปี 2013 โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์แบบหอคอย/เกลือหลอมเหลว Gemasolar Thermosolarในสเปนประสบความสำเร็จเป็นครั้งแรกในการผลิตไฟฟ้าอย่างต่อเนื่องตลอด 24 ชั่วโมงต่อวันเป็นเวลา 36 วัน^{[ 24 ]}โรงไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ความร้อน Cerro Dominadorซึ่งเปิดทำการในเดือนมิถุนายน 2021 มีการจัดเก็บความร้อนได้ 17.5 ชั่วโมง^{[ 25 ]}

ซิลิคอน ใน สถานะของแข็งหรือหลอมเหลวมีอุณหภูมิการจัดเก็บที่สูงกว่าเกลือมาก ส่งผลให้มีความจุและประสิทธิภาพที่สูงกว่า กำลังมีการวิจัยเกี่ยวกับเทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น ซิลิคอนสามารถจัดเก็บพลังงานได้มากกว่า 1 MWh ต่อลูกบาศก์เมตรที่อุณหภูมิ 1400  °C ข้อดีเพิ่มเติมคือซิลิคอนมีปริมาณมากเมื่อเทียบกับเกลือที่ใช้เพื่อวัตถุประสงค์เดียวกัน^{[ 26 ] [ 27 ]}

เทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานความร้อนซิลิคอนร้อนจะสามารถจัดเก็บพลังงานความร้อนได้มากที่อุณหภูมิสูงมาก (ประมาณ 1400-2000  °C) โดยจะใช้ซิลิคอนหลอมเหลวร้อนจัดเพื่อจัดเก็บไฟฟ้าส่วนเกินที่ผลิตจากแหล่งพลังงานหมุนเวียนโดยรอบ เช่น พลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลม ระบบนี้จะช่วยให้การจัดเก็บพลังงานมีประสิทธิภาพ ต้นทุนต่ำ และมีระยะเวลานานขึ้นเมื่อเทียบกับตัวเลือกการจัดเก็บความร้อนแบบอื่นๆ^{[ 28 ]}

อีกหนึ่งวัสดุที่สามารถกักเก็บพลังงานความร้อนได้คืออะลูมิเนียมหลอมเหลว (รีไซเคิล) เทคโนโลยีนี้ได้รับการพัฒนาโดยบริษัท Azelio จากประเทศสวีเดน โดยวัสดุจะถูกให้ความร้อนจนถึง 600  องศาเซลเซียส เมื่อต้องการใช้พลังงาน พลังงานจะถูกส่งไปยังเครื่องยนต์สเตอร์ลิงโดยใช้ของเหลวถ่ายเทความร้อน

อะลูมิเนียมหลอมเหลวไม่ได้ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับการจัดเก็บพลังงานเนื่องจากข้อเสียบางประการที่ยังต้องได้รับการแก้ไข ซึ่งรวมถึงปฏิกิริยาของอะลูมิเนียมหลอมเหลวและความท้าทายที่มาพร้อมกับการจัดการการแข็งตัวของอะลูมิเนียม อย่างไรก็ตาม การวิจัยยังคงดำเนินต่อไปเกี่ยวกับวิธีการใช้การจัดเก็บความร้อนของอะลูมิเนียมเนื่องจากมีความหนาแน่นของพลังงานสูง เทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานที่ใช้ฐานอะลูมิเนียมเหล่านี้มีศักยภาพที่จะเติบโตและบูรณาการแหล่งพลังงานหมุนเวียน เช่น พลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมเข้ากับโครงข่ายไฟฟ้า เทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานเหล่านี้เป็นตัวเลือกที่น่าสนใจสำหรับการจัดเก็บระยะยาวโดยมีการสูญเสียน้อยที่สุด^{[ 28 ]}

หิน ทราย และคอนกรีต มีความจุความร้อนประมาณหนึ่งในสามของน้ำ ในทางกลับกัน คอนกรีตสามารถถูกทำให้ร้อนได้ถึงอุณหภูมิที่สูงกว่ามาก (1200  °C) เช่น โดยใช้ความร้อนจากไฟฟ้า ดังนั้นจึงมีความจุต่อปริมาตรโดยรวมที่สูงกว่ามาก ดังนั้นในตัวอย่างด้านล่าง ลูกบาศก์หุ้มฉนวนขนาดประมาณปริมาตร 2.8 ^{ลูกบาศก์} เมตรดูเหมือนจะเพียงพอสำหรับการจัดเก็บพลังงานความร้อนสำหรับบ้านเดี่ยว เพื่อตอบสนองความต้องการความร้อนได้ 50% ในทางทฤษฎีแล้ว สามารถใช้เก็บความร้อนส่วนเกินจากพลังงานลมหรือพลังงานแสงอาทิตย์ได้ เนื่องจากระบบทำความร้อนด้วยไฟฟ้าสามารถทำอุณหภูมิได้สูง ในระดับชุมชน โครงการพัฒนาพลังงานแสงอาทิตย์ Wiggenhausen-Süd ที่เมืองฟรีดริชส์ฮาเฟนทางตอนใต้ของเยอรมนีได้รับความสนใจจากนานาชาติ โครงการนี้มีลักษณะเด่นคือ...12,000  ม. ³ ( คลังเก็บความร้อนคอนกรีตเสริมเหล็กขนาด420,000 ^{ลูกบาศก์}ฟุต ที่เชื่อมต่อกับ4,300  ตร.ม. ⁽​แผงรับพลังงานแสงอาทิตย์ขนาด 46,000  ตารางฟุต^ซึ่งจะจ่ายความร้อนและน้ำร้อนให้กับบ้าน 570 หลังได้ประมาณ 50% Siemens-Gamesa สร้างระบบ กักเก็บความร้อนขนาด 130 MWh ใกล้เมืองฮัมบูร์กด้วยอุณหภูมิ 750  °C ในหินบะซอลต์และ ผลิตไฟฟ้าได้ 1.5 MW ^{[ 29 ] [ 30 ]}ระบบที่คล้ายกันนี้มีแผนจะสร้างที่เมือง Sorøประเทศเดนมาร์ก โดย ความร้อนที่เก็บไว้ 18 MWh 41–58% จะถูกส่งกลับคืนสู่ระบบทำความร้อนส่วนกลางของเมือง และ 30–41% ถูกส่งกลับคืนเป็นไฟฟ้า^{[ 31 ]}แต่ไม่ได้เก็บไว้ใช้ต่อ

ข้อเสียของการใช้หินร้อนและคอนกรีตนั้นเกี่ยวข้องกับความจุความร้อนของวัสดุทั้งสองชนิดเมื่อเทียบกับน้ำ (ประมาณหนึ่งในสาม) ซึ่งหมายความว่าต้องใช้วัสดุแข็งในปริมาณที่มากกว่ามากเพื่อเก็บพลังงานในปริมาณเท่ากัน ทำให้ไม่เหมาะสมสำหรับพื้นที่จัดเก็บที่มีพื้นที่จำกัด ความท้าทายของวัสดุเหล่านี้ยังเกี่ยวข้องกับการใช้งานและการบำรุงรักษา การสูญเสียความร้อนเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้เมื่อเวลาผ่านไป การเสื่อมสภาพของวัสดุ และต้นทุนเริ่มต้นที่สูง ล้วนเป็นปัจจัยที่ต้องพิจารณาในการใช้งาน นอกจากนี้ ความยากลำบากในการบูรณาการยังต้องใช้การออกแบบที่ซับซ้อนในการเชื่อมต่อแหล่งเก็บความร้อนและแหล่งความร้อนเข้ากับระบบกระจาย^{[ 10 ]}

"เครื่องปิ้งขนมปังอิฐ" ที่ประกาศในปี 2022 เป็นแหล่งเก็บความร้อนที่เป็นนวัตกรรมใหม่ซึ่งทำงานได้ที่อุณหภูมิสูงถึง 1,500  °C (2,732  °F) ^{[ 32 ]}

บริษัท Polar Night Energy ได้ติดตั้งแบตเตอรี่ความร้อนในฟินแลนด์ ซึ่งเก็บความร้อนไว้ในมวลทราย คาดว่าจะช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนจากระบบทำความร้อนในพื้นที่ได้มากถึง 70% แบตเตอรี่นี้มี ความสูงประมาณ 42 ฟุต (13 เมตร) และ กว้าง 50 ฟุต (15 เมตร) สามารถเก็บพลังงานได้ 100 เมกะวัตต์ชั่วโมง (MWh) โดยมีประสิทธิภาพการแปลงพลังงานไปกลับ 90% อุณหภูมิสูงถึง 1,112  องศาฟาเรนไฮต์ (600  องศาเซลเซียส) ตัวกลางในการถ่ายเทความร้อนคืออากาศ ซึ่งสามารถมีอุณหภูมิสูงถึง 752  องศาฟาเรนไฮต์ (400  องศาเซลเซียส) สามารถผลิตไอน้ำสำหรับกระบวนการทางอุตสาหกรรม หรือใช้เป็นแหล่งพลังงานความร้อนส่วนกลางโดยใช้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนได้

งานวิจัยนี้กำลังประเมินสารค้ำยันบอกไซต์เผาผนึกเพื่อใช้เป็นแหล่งเก็บความร้อน โดยให้ความร้อนสูงถึง 1000  °C วัสดุนี้ได้รับการทดสอบเปรียบเทียบกับอะลูมินาและมัลไลต์ที่พ่นด้วยพลาสมา คอมโพสิตเสริมแรงด้วยเส้นใยอะลูมินา/เมทริกซ์อะลูมินา และคอมโพสิตเสริมแรงด้วยเส้นใยมัลไลต์/เมทริกซ์เซรามิกมัลไลต์ วัสดุทั้งสี่ชนิดนี้ได้รับการพิจารณาเนื่องจากมีประโยชน์ในการใช้เป็นตัวรับพลังงานแสงอาทิตย์ ท่อขนส่ง และถังเก็บ^{[ 33 ]}

โลหะผสมช่องว่างการผสม^{[ 35 ]}อาศัยการเปลี่ยนแปลงเฟสของวัสดุโลหะ (ดู: ความร้อนแฝง ) เพื่อเก็บพลังงานความร้อน^{[ 36 ]}

แทนที่จะสูบโลหะเหลวระหว่างถังเหมือนในระบบเกลือหลอมเหลว โลหะจะถูกห่อหุ้มด้วยวัสดุโลหะอีกชนิดหนึ่งที่ไม่สามารถผสมกันได้ (ไม่สามารถผสมเข้ากันได้  ) ความหนาแน่นในการจัดเก็บอาจอยู่ระหว่าง 0.2 ถึง 2 เมกะจูล ต่อลิตร ขึ้นอยู่กับวัสดุทั้งสองที่เลือกใช้ (วัสดุเปลี่ยนสถานะและวัสดุห่อหุ้ม)

โดยทั่วไปจะใช้ของเหลวทำงาน เช่น น้ำหรือไอน้ำ เพื่อถ่ายเทความร้อนเข้าและออกจากระบบค่าการนำความร้อนของโลหะผสมที่มีช่องว่างการผสมมักจะสูงกว่า (สูงถึง 400  W/(m⋅K)) เมื่อเทียบกับเทคโนโลยีคู่แข่ง^{[ 37 ]}ซึ่งหมายความว่าสามารถ "ชาร์จ" และ "คายประจุ" ของการจัดเก็บความร้อนได้เร็วขึ้น เทคโนโลยีนี้ยังไม่ได้ถูกนำไปใช้ในวงกว้าง

อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยีโลหะผสมช่องว่างการผสมกำลังถูกนำไปใช้เป็นหลักในออสเตรเลีย ซึ่งเป็นที่ที่นักวิจัยจากมหาวิทยาลัยนิวคาสเซิลพัฒนาขึ้น และบริษัท MGA Thermal กำลังนำออกสู่ตลาด^{[ 38 ]}การประยุกต์ใช้เทคโนโลยีนี้กำลังค่อยๆ ปรากฏขึ้นในส่วนอื่นๆ ของโลก เช่น โรงงานสาธิตที่วางแผนไว้ในยุโรปร่วมกับพันธมิตรทางการค้าชาวสวิส เพื่อจัดเก็บพลังงานหมุนเวียนและจัดหาพลังงานสะอาด^{[ 39 ]}

มีการพัฒนาแอปพลิเคชันหลายอย่างที่ผลิตน้ำแข็งในช่วงเวลานอกเวลาทำการและนำไปใช้ในการทำความเย็นในภายหลัง^{[ 40 ] [ 41 ]}ตัวอย่างเช่น การปรับอากาศสามารถทำได้อย่างประหยัดมากขึ้นโดยใช้ไฟฟ้าต้นทุนต่ำในเวลากลางคืนเพื่อแช่แข็งน้ำให้เป็นน้ำแข็ง จากนั้นใช้ความสามารถในการทำความเย็นของน้ำแข็งในตอนบ่ายเพื่อลดปริมาณไฟฟ้าที่จำเป็นในการจัดการความต้องการการปรับอากาศ การเก็บพลังงานความร้อนโดยใช้น้ำแข็งใช้ประโยชน์จากความร้อนแฝงของการหลอมเหลวของน้ำจำนวนมาก ในอดีต น้ำแข็งถูกขนส่งจากภูเขาไปยังเมืองต่างๆ เพื่อใช้เป็นสารทำความเย็นน้ำ หนึ่ง เมตริกตัน (= หนึ่งลูกบาศก์เมตร) สามารถเก็บพลังงานได้ 334 ล้าน จูล (MJ) หรือ 317,000 BTU (93 kWh) สถานที่จัดเก็บขนาดเล็กสามารถเก็บน้ำแข็งได้เพียงพอที่จะทำความเย็นอาคารขนาดใหญ่ได้หนึ่งวันหรือหนึ่งสัปดาห์  

ปัจจุบัน เครื่องปรับอากาศแบบเก็บความเย็นด้วยน้ำแข็งกำลังถูกใช้งานทั่วโลก โดยมีการใช้งานอย่างแพร่หลายในสหรัฐอเมริกา ส่วนใหญ่ในโรงแรม อาคารพาณิชย์ และมหาวิทยาลัย สถานที่ใช้งานอื่นๆ ได้แก่ ประเทศจีน โดยเฉพาะในสาธารณูปโภคในเมืองเซินเจิ้น สถานที่อื่นๆ ที่มีการใช้งานแต่ไม่โดดเด่นนัก ได้แก่ ญี่ปุ่น ตุรกี และมาเลเซีย (Song et al.) เทคโนโลยีนี้มีประสิทธิภาพในพื้นที่ที่มีความต้องการความเย็นสูง และพื้นที่ที่มีอัตราค่าไฟฟ้าต่ำในช่วงเวลาที่กำหนด ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้ราคาถูกลง สิ่งนี้ช่วยให้สามารถผลิตพลังงานความเย็นได้เป็นหลักในช่วงเวลาที่มีต้นทุนต่ำเพื่อใช้ในช่วงเวลาที่มีความต้องการสูง^{[ 42 ]}

ข้อเสียของเทคโนโลยีการจัดเก็บพลังงานความเย็นรูปแบบนี้ ได้แก่ ต้นทุนเริ่มต้นที่สูงและความต้องการพื้นที่ทางกายภาพจำนวนมากสำหรับถังเก็บขนาดใหญ่ นอกจากนี้ ประสิทธิภาพการใช้พลังงานอาจลดลงเนื่องจากเครื่องทำความเย็นทำงานที่อุณหภูมิต่ำกว่าเพื่อผลิตน้ำแข็ง^{[ 42 ]}

นอกจากการใช้น้ำแข็งในการทำความเย็นโดยตรงแล้ว ยังมีการใช้น้ำแข็งในระบบทำความร้อนแบบปั๊มความร้อนอีกด้วย ในการใช้งานเหล่านี้ พลังงานจากการเปลี่ยนสถานะของน้ำแข็งจะให้ความจุความร้อนสูงมาก ซึ่งอยู่ในช่วงอุณหภูมิต่ำสุดที่ปั๊มความร้อนแบบใช้น้ำสามารถทำงานได้ これにより ระบบจึงสามารถรับมือกับสภาวะที่มีภาระความร้อนสูงที่สุดได้ และยืดระยะเวลาที่แหล่งพลังงานสามารถส่งความร้อนกลับเข้าสู่ระบบได้

ระบบกักเก็บพลังงานแบบไครโอเจนิกใช้การทำให้ของเหลวสัมผัสกับอากาศหรือไนโตรเจนเพื่อเป็นแหล่งเก็บพลังงาน

ระบบพลังงานไครโอเจนิกนำร่อง ที่ใช้ อากาศเหลวเป็นแหล่งเก็บพลังงาน และใช้ความร้อนเหลือทิ้งระดับต่ำเพื่อขับเคลื่อนการขยายตัวทางความร้อนของอากาศ ดำเนินการที่โรงไฟฟ้าในเมืองสเลาสหราชอาณาจักร ในปี 2010 ^{[ 43 ]}

การจัดเก็บพลังงานแบบไครโอเจนิกเป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับการใช้พลังงาน เนื่องจากสามารถใช้งานได้ทุกที่ ตราบใดที่มีพื้นที่เพียงพอสำหรับการจัดเก็บภาชนะเหล่านี้ ก็สามารถสร้างได้ การจัดเก็บพลังงานแบบนี้ยังเป็นที่รู้จักกันดีว่ามีความสามารถในการจัดเก็บได้เป็นเวลานาน แม้ว่าจะมีต้นทุนสูงสำหรับระบบแบบสแตนด์อะโลนก็ตาม ซึ่งก็สมเหตุสมผลเพราะจำเป็นต้องใช้พลังงานสูงในการทำให้วัสดุที่ไม่เป็นพิษกลายเป็นของเหลว^{[ 44 ]}

กระบวนการดูดซับก็จัดอยู่ในประเภทนี้เช่นกัน สามารถนำมาใช้ไม่เพียงแต่ในการกักเก็บพลังงานความร้อนเท่านั้น แต่ยังใช้ควบคุมความชื้นในอากาศได้อีกด้วยซีโอไลต์ (อะลูมินาซิลิเกตผลึกที่มีรูพรุนขนาดเล็ก) และซิลิกาเจลนั้นเหมาะสมกับวัตถุประสงค์นี้ ในสภาพแวดล้อมที่ร้อนและชื้น เทคโนโลยีนี้มักใช้ร่วมกับลิเธียมคลอไรด์เพื่อทำความเย็นให้กับน้ำ

ต้นทุนต่ำ (200 ดอลลาร์สหรัฐต่อตัน) และอัตราการใช้งานสูง (2,000 ครั้ง) ของซีโอไลต์สังเคราะห์ เช่น Linde 13X ที่มีน้ำเป็นสารดูดซับ ได้รับความสนใจอย่างมากทั้งในแวดวงวิชาการและเชิงพาณิชย์ในช่วงไม่นานมานี้ สำหรับการใช้ในการกักเก็บพลังงานความร้อน (TES) โดยเฉพาะอย่างยิ่งพลังงานแสงอาทิตย์ระดับต่ำและความร้อนเหลือทิ้ง โครงการนำร่องหลายโครงการได้รับการสนับสนุนทางการเงินในสหภาพยุโรปตั้งแต่ปี 2000 จนถึงปัจจุบัน (2020) แนวคิดพื้นฐานคือการกักเก็บพลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ในรูปของพลังงานแฝงทางเคมีในซีโอไลต์ โดยทั่วไป อากาศแห้งร้อนจากแผงรับแสงอาทิตย์แบบแผ่นเรียบจะไหลผ่านชั้นของซีโอไลต์ เพื่อขับน้ำที่ดูดซับอยู่ออกไป การกักเก็บสามารถทำได้รายวัน รายสัปดาห์ รายเดือน หรือแม้แต่รายฤดูกาล ขึ้นอยู่กับปริมาตรของซีโอไลต์และพื้นที่ของแผงความร้อนจากแสงอาทิตย์ เมื่อต้องการความร้อนในเวลากลางคืน หรือช่วงเวลาที่ไม่มีแสงแดด หรือในฤดูหนาว อากาศชื้นจะไหลผ่านซีโอไลต์ เมื่อความชื้นถูกดูดซับโดยซีโอไลต์ ความร้อนจะถูกปล่อยสู่อากาศและต่อมาสู่พื้นที่อาคาร ระบบกักเก็บความร้อนแบบนี้ ซึ่งใช้ซีโอไลต์โดยเฉพาะ ได้รับการสอนครั้งแรกโดย Guerra ในปี 1978 ^{[ 45 ]}ข้อดีเหนือกว่าเกลือหลอมเหลวและระบบกักเก็บความร้อนอุณหภูมิสูงอื่นๆ ได้แก่ (1) อุณหภูมิที่ต้องการคืออุณหภูมิหยุดนิ่งทั่วไปของแผงรับความร้อนแบบแผ่นเรียบพลังงานแสงอาทิตย์ และ (2) ตราบใดที่ซีโอไลต์ยังคงแห้ง พลังงานจะถูกเก็บไว้อย่างไม่มีกำหนด เนื่องจากอุณหภูมิต่ำ และเนื่องจากพลังงานถูกเก็บไว้ในรูปของความร้อนแฝงของการดูดซับ จึงไม่จำเป็นต้องใช้ฉนวนเหมือนระบบกักเก็บความร้อนด้วยเกลือหลอมเหลว ทำให้ต้นทุนต่ำลงอย่างมาก

ข้อเสียของการทำความร้อนและการจัดเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ ได้แก่ ความหนาแน่นของพลังงานที่ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับระบบพลังงานความร้อนอื่นๆ และกระบวนการถ่ายโอนพลังงานที่ค่อนข้างช้าในระบบที่เรียกว่าเตียงดูดซับ นอกจากนี้ เพื่อรักษาประสิทธิภาพสูงสุด ระบบยังต้องการการบำรุงรักษาที่ยุ่งยากของระบบควบคุม ระบบควบคุมเหล่านี้จัดการปัจจัยต่างๆ เช่น ความชื้น อุณหภูมิ และการไหลของอากาศ ซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงสภาวะการทำงานได้^{[ 10 ]}

ตัวอย่างหนึ่งของระบบจัดเก็บพลังงานแบบทดลองที่ใช้พลังงานจากปฏิกิริยาเคมีคือเทคโนโลยีเกลือไฮเดรต ระบบนี้ใช้พลังงานปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเมื่อเกลือถูกไฮเดรตหรือดีไฮเดรต โดยทำงานด้วยการเก็บความร้อนไว้ในภาชนะที่บรรจุ สารละลาย โซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) 50% ความร้อน (เช่น จากการใช้แผงโซลาร์เซลล์) จะถูกเก็บไว้โดยการระเหยน้ำในปฏิกิริยาดูดความร้อน เมื่อเติมน้ำเข้าไปอีกครั้ง ความร้อนจะถูกปล่อยออกมาในปฏิกิริยาคายความร้อนที่อุณหภูมิ 50  °C (120  °F) ระบบปัจจุบันทำงานที่ประสิทธิภาพ 60% ระบบนี้มีข้อได้เปรียบอย่างยิ่งสำหรับการจัดเก็บพลังงานความร้อนตามฤดูกาล เนื่องจากเกลือแห้งสามารถเก็บไว้ที่อุณหภูมิห้องได้เป็นเวลานานโดยไม่สูญเสียพลังงาน ภาชนะบรรจุเกลือที่แห้งแล้วยังสามารถขนส่งไปยังสถานที่อื่นได้ ระบบนี้มีความหนาแน่นของพลังงาน สูง กว่าความร้อนที่เก็บไว้ในน้ำ และความจุของระบบสามารถออกแบบให้เก็บพลังงานได้ตั้งแต่ไม่กี่เดือนถึงหลายปี^{[ 46 ]}

ในปี 2013 บริษัทพัฒนาเทคโนโลยี TNO ของเนเธอร์แลนด์ได้นำเสนอผลลัพธ์ของโครงการ MERITS ในการเก็บความร้อนในภาชนะเกลือ ความร้อนซึ่งสามารถได้มาจากแผงรับแสงอาทิตย์บนหลังคาจะขับไล่น้ำที่อยู่ในเกลือ เมื่อเติมน้ำเข้าไปอีกครั้ง ความร้อนก็จะถูกปล่อยออกมาโดยแทบไม่มีการสูญเสียพลังงาน ภาชนะที่มีเกลือเพียงไม่กี่ลูกบาศก์เมตรก็สามารถเก็บพลังงานเทอร์โมเคมีนี้ได้เพียงพอที่จะให้ความร้อนแก่บ้านตลอดฤดูหนาว ในสภาพอากาศอบอุ่นเช่นของเนเธอร์แลนด์ ครัวเรือนที่ใช้พลังงานต่ำโดยเฉลี่ยต้องการพลังงานประมาณ 6.7 GJ/ฤดูหนาว หากต้องการเก็บพลังงานนี้ในน้ำ (ที่อุณหภูมิต่างกัน 70  °C) จะต้องใช้ถังเก็บน้ำที่มีฉนวนกันความร้อนขนาด 23 ^m³ ซึ่งเกินความสามารถในการเก็บน้ำของครัวเรือนส่วนใหญ่ การใช้เทคโนโลยีเกลือไฮเดรตที่มีความหนาแน่นในการเก็บประมาณ 1 GJ/m³ ^อาจใช้ เพียง 4–8 m³ ^{ก็ เพียงพอแล้ว [ 47 ]}  

ณ ปี 2016 นักวิจัยในหลายประเทศกำลังทำการทดลองเพื่อกำหนดชนิดของเกลือหรือส่วนผสมของเกลือที่ดีที่สุด ความดันต่ำภายในภาชนะดูเหมือนจะเอื้อต่อการขนส่งพลังงาน^{[ 48 ]}เกลืออินทรีย์หรือที่เรียกว่าของเหลวไอออนิก มีแนวโน้มที่ดีเป็นพิเศษ เมื่อเปรียบเทียบกับสารดูดซับที่ใช้ลิเธียมเฮไลด์ พวกมันมีปัญหาน้อยกว่าในแง่ของทรัพยากรโลกที่มีจำกัด และเมื่อเปรียบเทียบกับเฮไลด์อื่นๆ ส่วนใหญ่และโซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) พวกมันมีฤทธิ์กัดกร่อนน้อยกว่าและไม่ได้รับผลกระทบในทางลบจากการปนเปื้อนของ^{[ 49 ]}

แม้ว่าเกลือจะมีประโยชน์หลายประการ แต่เทคโนโลยีเกลือไฮเดรตก็มีข้อเสียหลายประการเช่นกัน เนื่องจากแม้ว่าการใช้เกลืออินทรีย์และของเหลวไอออนิกจะแสดงศักยภาพในด้านความเสถียรในระยะยาวและความคุ้มค่าในการใช้งานขนาดใหญ่ แต่ลักษณะการกัดกร่อนของเกลือที่ใช้ เช่น โพแทสเซียมคลอไรด์ ทำให้ต้องใช้วัสดุที่ทนต่อการกัดกร่อนเฉพาะและมีราคาแพง นอกจากนี้ เกลือยังตกผลึกในระหว่างขั้นตอนการไฮเดรชั่นและการดีไฮเดรชั่น ซึ่งลดปฏิกิริยาของเกลือและในที่สุดก็ส่งผลต่อระบบทั้งหมด นี่เป็นข้อเสียอีกประการหนึ่งของเทคโนโลยีนี้ เทคโนโลยีนี้ยังอยู่ระหว่างการประเมินเพิ่มเติมเพื่อนำไปใช้ในวงกว้างมากขึ้น^{[ 50 ]}

กำลังมีการศึกษาเกี่ยวกับการจัดเก็บพลังงานในพันธะโมเลกุล ความหนาแน่นของพลังงานที่เทียบเท่ากับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนได้รับการบรรลุแล้ว^{[ 51 ]}สิ่งนี้ทำได้โดยใช้ DSPEC (เซลล์โฟโตอิเล็กโทรซิสแบบไวต่อแสง) ซึ่งเป็นเซลล์ที่สามารถจัดเก็บพลังงานที่ได้รับจากแผงโซลาร์เซลล์ในระหว่างวันเพื่อใช้ในเวลากลางคืน (หรือแม้กระทั่งในเวลาต่อมา) เซลล์นี้ได้รับการออกแบบโดยอ้างอิงจากการสังเคราะห์แสงตามธรรมชาติที่เป็นที่รู้จักกันดี

เครื่อง DSPEC ผลิตเชื้อเพลิงไฮโดรเจนโดยใช้พลังงานแสงอาทิตย์ที่ได้รับมาในการแยกโมเลกุลของน้ำออกเป็นธาตุต่างๆ ผลจากการแยกนี้คือไฮโดรเจนถูกแยกออกมาและออกซิเจนถูกปล่อยสู่อากาศ กระบวนการนี้ฟังดูง่ายกว่าความเป็นจริงมาก อิเล็กตรอนสี่ตัวของโมเลกุลน้ำจำเป็นต้องถูกแยกและขนส่งไปยังที่อื่น อีกส่วนที่ยากคือกระบวนการรวมโมเลกุลไฮโดรเจนสองโมเลกุลที่แยกออกจากกัน

DSPEC ประกอบด้วยส่วนประกอบสองส่วน คือ โมเลกุลและอนุภาคนาโนโมเลกุลนี้เรียกว่าชุดโครโมฟอร์-ตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งดูดซับแสงแดดและเริ่มต้นตัวเร่งปฏิกิริยา ตัวเร่งปฏิกิริยานี้จะแยกอิเล็กตรอนและโมเลกุลของน้ำ อนุภาคนาโนถูกประกอบเป็นชั้นบางๆ และอนุภาคนาโนแต่ละอนุภาคจะมีโครโมฟอร์-ตัวเร่งปฏิกิริยาอยู่หลายตัว หน้าที่ของชั้นบางๆ ของอนุภาคนาโนนี้คือการถ่ายโอนอิเล็กตรอนที่แยกออกจากน้ำ ชั้นบางๆ ของอนุภาคนาโนนี้ถูกเคลือบด้วยชั้นของไทเทเนียมไดออกไซด์ ด้วยการเคลือบนี้ อิเล็กตรอนที่หลุดออกมาสามารถถ่ายโอนได้เร็วขึ้น ทำให้เกิดไฮโดรเจนได้ การเคลือบนี้ยังถูกเคลือบด้วยสารเคลือบป้องกันอีกชั้นหนึ่ง ซึ่งช่วยเสริมความแข็งแรงของการเชื่อมต่อระหว่างโครโมฟอร์-ตัวเร่งปฏิกิริยาและอนุภาคนาโน

ด้วยวิธีนี้ พลังงานแสงอาทิตย์ที่ได้รับจากแผงโซลาร์เซลล์จะถูกแปลงเป็นเชื้อเพลิง (ไฮโดรเจน) โดยไม่ปล่อยก๊าซเรือนกระจก เชื้อเพลิงนี้สามารถเก็บไว้ในเซลล์เชื้อเพลิงและนำไปใช้ผลิตไฟฟ้าในภายหลังได้^{[ 52 ]}

อีกวิธีหนึ่งที่น่าสนใจในการกักเก็บพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อผลิตไฟฟ้าและความร้อนคือ พลังงานความร้อนจากแสงอาทิตย์ระดับโมเลกุล (MOST) วิธีนี้จะเปลี่ยนโมเลกุลโดยกระบวนการโฟโตไอโซ เมอไรเซชันให้กลายเป็น ไอโซเมอร์ที่มีพลังงานสูงกว่าแสง (แสงแดด) จะเปลี่ยนไอโซเมอร์หนึ่งไปเป็นอีกไอโซเมอร์หนึ่ง ไอโซเมอร์ตัวที่สองนี้จะกักเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ไว้จนกว่าพลังงานจะถูกปล่อยออกมาโดยตัวกระตุ้นความร้อนหรือตัวเร่งปฏิกิริยา (ซึ่งจะเปลี่ยนไอโซเมอร์กลับไปเป็นไอโซเมอร์เดิม)

หนึ่งในตัวเลือกที่น่าสนใจสำหรับ MOST คือนอร์บอร์นาไดอีน (NBD) เนื่องจาก NBD มีความแตกต่างของพลังงานสูงระหว่างรูปแบบปกติและ ไอโซเมอร์แสงควอด ริไซเคลน (QC) ประมาณ 96  กิโลจูล/โมล สำหรับระบบดังกล่าว การแทนที่ตัวให้และตัวรับจะให้วิธีการที่มีประสิทธิภาพในการเลื่อนการดูดกลืนแสงที่ความยาวคลื่นยาวที่สุดไปทางสีแดง ซึ่งจะช่วยปรับปรุงการจับคู่กับสเปกตรัมของแสงอาทิตย์ ให้ดียิ่ง ขึ้น

ความท้าทายอย่างหนึ่งสำหรับระบบ MOST ที่มีประโยชน์คือการได้รับความหนาแน่นของการเก็บพลังงานที่เพียงพอ (สูงกว่า 300 kJ/kg) ความท้าทายอีกประการหนึ่งคือการเก็บเกี่ยวแสงในช่วงคลื่นแสงที่มองเห็นได้ การปรับแต่ง NBD ด้วยหน่วยผู้ให้และผู้รับใช้เพื่อปรับค่าการดูดกลืนแสงสูงสุดนี้ อย่างไรก็ตาม ผลดีต่อการดูดกลืนแสงนี้ถูกหักล้างด้วยน้ำหนักโมเลกุลที่สูงขึ้น ซึ่งลดความหนาแน่นของพลังงาน ผลดีต่อการดูดกลืนแสงอาทิตย์นี้จะลดเวลาในการเก็บพลังงานเมื่อการดูดกลืนแสงเลื่อนไปทางสีแดง วิธีแก้ปัญหาที่เป็นไปได้คือการเชื่อมต่อ หน่วย โครโมฟอร์ หนึ่งหน่วยเข้ากับสวิตช์แสงหลายตัว ในกรณีนี้ การสร้าง ไดเมอร์ หรือไตรเมอร์ จะเป็นประโยชน์ เนื่องจากNBD เหล่านี้ใช้ผู้ให้หรือผู้รับร่วมกัน

การศึกษาหนึ่งพยายามปรับปรุงเสถียรภาพของโฟโตไอโซเมอร์พลังงานสูงโดยใช้โฟโตสวิตช์ที่เชื่อมต่อทางอิเล็กทรอนิกส์สองตัวที่มีตัวกั้นแยกกันสำหรับการแปลงความร้อน^{[ 53 ]}ซึ่งทำให้เกิดการเลื่อนไปทางสีน้ำเงินหลังจากการไอโซเมอไรเซชันครั้งแรก (NBD-NBD เป็น QC-NBD) ส่งผลให้พลังงานของการไอโซเมอไรเซชันของเหตุการณ์การสลับครั้งที่สอง (QC-NBD เป็น QC-QC) สูงขึ้น ข้อดีอีกประการหนึ่งของการใช้ตัวให้ร่วมกันคือ น้ำหนักโมเลกุลต่อหน่วย NBD ลดลง ทำให้ความหนาแน่นของพลังงานเพิ่มขึ้น

ในที่สุด ระบบนี้สามารถบรรลุผลผลิตควอนตัมของการแปลงโฟตอนได้สูงถึง 94% ผลผลิตควอนตัมเป็นการวัดประสิทธิภาพของการปล่อยโฟตอน ด้วยระบบนี้ ความหนาแน่นของพลังงานสูงถึง 559  kJ/kg ^{[ 53 ]}

ในปี 2022 นักวิจัยรายงานว่าได้รวม MOST เข้ากับ เครื่องกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมอิเล็กทริกขนาดชิปเพื่อสร้างกระแสไฟฟ้าจากระบบดังกล่าว ระบบนี้สามารถเก็บพลังงานแสงอาทิตย์ได้นานถึง 18 ปี และอาจเป็นทางเลือก สำหรับการจัด เก็บพลังงานหมุนเวียน^{[ 54 ] [ 55 ]}

ในปี 2026 นักวิจัยรายงานว่า ระบบ MOST ที่ใช้ ไพริมิดอนโดยใช้ไพริมิดอนแบบ Dewar สามารถจัดเก็บได้นานหลายปีด้วยความหนาแน่นของพลังงาน 1.6 MJ/กก. (444 Wh/กก.) ^{[ 56 ] [ 57 ]}

วัสดุเปลี่ยนสถานะที่ใช้ในการกักเก็บความร้อนสามารถกักเก็บและปล่อยความร้อนได้ในปริมาณมากที่อุณหภูมิที่วัสดุเปลี่ยนสถานะ วัสดุเหล่านี้ถูกเลือกใช้ตามการใช้งานเฉพาะ เนื่องจากมีช่วงอุณหภูมิที่หลากหลายที่อาจเป็นประโยชน์ในการใช้งานที่แตกต่างกัน และมีวัสดุหลากหลายชนิดที่เปลี่ยนสถานะที่อุณหภูมิต่างกัน วัสดุเหล่านี้รวมถึงเกลือและแว็กซ์ที่ได้รับการออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับการใช้งานที่พวกมันใช้ นอกจากวัสดุที่ผลิตขึ้นแล้ว น้ำก็เป็นวัสดุเปลี่ยนสถานะเช่นกัน ความร้อนแฝงของน้ำคือ 334 จูล/กรัม การเปลี่ยนสถานะของน้ำเกิดขึ้นที่ 0  °C (32  °F)

บางแอปพลิเคชันใช้ความจุความร้อนของน้ำหรือน้ำแข็งในการเก็บความเย็น ในขณะที่บางแอปพลิเคชันใช้ในการเก็บความร้อน สามารถใช้ได้ทั้งสองอย่าง กล่าวคือ น้ำแข็งสามารถละลายเพื่อเก็บความร้อนแล้วนำไปแช่แข็งใหม่เพื่อทำให้สภาพแวดล้อมอบอุ่น ข้อดีของการใช้การเปลี่ยนสถานะในลักษณะนี้คือ วัสดุที่มีมวลที่กำหนดสามารถดูดซับพลังงานได้ในปริมาณมากโดยที่อุณหภูมิไม่เปลี่ยนแปลง ดังนั้น แบตเตอรี่ความร้อนที่ใช้การเปลี่ยนสถานะจึงสามารถทำให้มีน้ำหนักเบาขึ้น หรือสามารถใส่พลังงานเข้าไปได้มากขึ้นโดยไม่ทำให้อุณหภูมิภายในสูงขึ้นจนเกินไป

ข้อจำกัดทั่วไปของแบตเตอรี่เปลี่ยนเฟสคือค่าการนำความร้อนต่ำ ซึ่งจำกัดอัตราการชาร์จและการคายความร้อน อย่างไรก็ตาม ความก้าวหน้าล่าสุดในเทคโนโลยีนี้คือแบตเตอรี่เหล่านี้ได้รับการปรับปรุงเพื่อมุ่งเน้นการเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานและความเสถียรของวงจร เพื่อปรับปรุงการใช้งาน โดยทำได้โดยการบูรณาการวัสดุเปลี่ยนเฟสเข้ากับโครงสร้างรองรับของระบบแบตเตอรี่ แบตเตอรี่ความร้อนเปลี่ยนเฟสเป็นเทคโนโลยีที่มีศักยภาพและปรับใช้ได้สำหรับการจัดการพลังงานความร้อนอย่างมีประสิทธิภาพในการใช้งานหลายประเภท^{[ 59 ]}

แบตเตอรี่ความร้อนแบบห่อหุ้มมีลักษณะทางกายภาพคล้ายกับแบตเตอรี่ความร้อนแบบเปลี่ยนเฟสตรงที่เป็นวัสดุทางกายภาพในปริมาณที่จำกัดซึ่งถูกทำให้ร้อนหรือเย็นลงด้วยความร้อนเพื่อเก็บหรือดึงพลังงาน อย่างไรก็ตาม ในแบตเตอรี่ความร้อนแบบห่อหุ้มที่ไม่เปลี่ยนเฟส อุณหภูมิของสารจะเปลี่ยนแปลงโดยไม่ทำให้เกิดการเปลี่ยนเฟส เนื่องจากไม่จำเป็นต้องมีการเปลี่ยนเฟส จึงมีวัสดุให้เลือกใช้ในแบตเตอรี่ความร้อนแบบห่อหุ้มได้มากขึ้น คุณสมบัติที่สำคัญอย่างหนึ่งของแบตเตอรี่ความร้อนแบบห่อหุ้มคือความจุความร้อนเชิงปริมาตร (VHC) หรือเรียกอีกอย่าง ว่าความจุความร้อนจำเพาะต่อปริมาตรมีสารหลายชนิดที่ใช้สำหรับแบตเตอรี่ความร้อนเหล่านี้ เช่น น้ำ คอนกรีต และทรายเปียกหรือแห้ง^{[ 60 ] [ 61 ]}

ตัวอย่างของแบตเตอรี่ความร้อนแบบห่อหุ้มคือเครื่องทำน้ำอุ่นในบ้านที่มีถังเก็บน้ำ^{[ 62 ] [ 63 ]}แบตเตอรี่ความร้อนนี้มักจะชาร์จอย่างช้าๆ ในช่วงเวลาประมาณ 30–60 นาที เพื่อใช้งานได้อย่างรวดเร็วเมื่อจำเป็น (เช่น 10–15 นาที) บริษัทสาธารณูปโภคหลายแห่งเข้าใจถึงลักษณะ "แบตเตอรี่ความร้อน" ของเครื่องทำน้ำอุ่น จึงเริ่มนำมาใช้เพื่อดูดซับพลังงานหมุนเวียนส่วนเกินเมื่อมีให้ใช้ในภายหลังโดยเจ้าของบ้าน ตามบทความที่อ้างถึงข้างต้น^{[ 62 ]} "การประหยัดสุทธิสำหรับระบบไฟฟ้าโดยรวมอาจสูงถึง 200 ดอลลาร์ต่อปีต่อเครื่องทำน้ำอุ่น ซึ่งบางส่วนอาจส่งต่อให้กับเจ้าของได้"

ระบบกักเก็บความร้อนส่วนกลางที่ใช้ทรายหรือหินทำงานอยู่ในเมือง Pornainenประเทศฟินแลนด์ โดยระบบกักเก็บความร้อนขนาด 1 MW / 100 MWh (ใช้ เศษ หินสบู่ 2,000 ตัน ) จะถูกชาร์จด้วยไฟฟ้าส่วนเกิน และสามารถตอบสนองความต้องการความร้อนของพื้นที่ได้เป็นเวลาหนึ่งสัปดาห์^{[ 64 ]} ระบบนี้พัฒนาต่อยอดจากงานวิจัยต้นแบบ แบตเตอรี่ทรายขนาด 0.1 MW / 8 MWh ที่สร้างขึ้นในปี 2022 เพื่อกักเก็บพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมหมุนเวียนในรูปของความร้อน สำหรับใช้ในภายหลังเป็นระบบทำความร้อนส่วนกลาง และอาจใช้ในการผลิตไฟฟ้าในภายหลัง^{[ 65 ] [ 66 ]}ในประเทศแคนาดา ระบบกักเก็บความร้อนสำหรับอาคารเดี่ยวก็กักเก็บพลังงานแสงอาทิตย์และพลังงานลมหมุนเวียนในรูปของความร้อนเช่นกัน สำหรับใช้ในภายหลังเพื่อทำความร้อนในพื้นที่หรือน้ำสำหรับอาคารที่ติดตั้ง ระบบนี้แตกต่างจากระบบในฟินแลนด์ตรงที่มีขนาดกะทัดรัด ใช้ของเหลวที่สูบด้วยแรงดันต่ำ และสามารถให้ความร้อนได้เพียงอาคารเดียวแทนที่จะเป็นหลายอาคาร ระบบนี้สามารถรับความร้อนเหลือทิ้งจากแหล่งอื่น เช่น ห้องเซิร์ฟเวอร์คอมพิวเตอร์หรือกองปุ๋ยหมัก และกักเก็บไว้เพื่อนำไปใช้ในภายหลัง^{[ 67 ]}

ระบบแลกเปลี่ยนความร้อนใต้พิภพ (GHEX) คือพื้นที่บนพื้นดินที่ใช้เป็นแหล่งเก็บความร้อนแบบวงจรตามฤดูกาล/รายปี พื้นที่เหล่านี้เป็นบริเวณบนพื้นดินที่มีการวางท่อเพื่อถ่ายเทพลังงานความร้อน พลังงานจะถูกเพิ่มเข้าไปใน GHEX โดยการไหลของของเหลวที่มีอุณหภูมิสูงกว่าผ่านท่อ ทำให้เพิ่มอุณหภูมิของพื้นดินบริเวณนั้น และยังสามารถดึงพลังงานออกจาก GHEX ได้โดยการไหลของของเหลวที่มีอุณหภูมิต่ำกว่าผ่านท่อเดียวกันนั้น

โดยทั่วไปแล้ว GHEX จะถูกนำไปใช้ในสองรูปแบบ ภาพด้านบนแสดงให้เห็นถึงสิ่งที่เรียกว่า GHEX แบบ "แนวนอน" ซึ่งใช้วิธีการขุดร่องเพื่อวางท่อเป็นวงปิดในพื้นดิน นอกจากนี้ยังสามารถสร้าง GHEX ได้โดยการเจาะรูลงไปในพื้นดิน ไม่ว่าจะเป็นแนวตั้งหรือแนวนอน จากนั้นจึงใส่ท่อเข้าไปในลักษณะวงปิด โดยมีข้อต่อแบบ "ยูเบนด์" อยู่ที่ปลายอีกด้านของวง

พลังงานความร้อนสามารถเพิ่มหรือลดออกจาก GHEX ได้ตลอดเวลา อย่างไรก็ตาม GHEX มักใช้เป็นระบบจัดเก็บพลังงานความร้อนตามฤดูกาลที่ทำงานเป็นรอบปี โดยจะดึงพลังงานจากอาคารในช่วงฤดูร้อนเพื่อทำความเย็นให้กับอาคารและเพิ่มเข้าไปใน GHEX จากนั้นพลังงานเดียวกันนั้นจะถูกดึงออกจาก GHEX ในช่วงฤดูหนาวเพื่อทำความร้อนให้กับอาคาร รอบปีของการเพิ่มและลดพลังงานนี้สามารถคาดการณ์ได้อย่างแม่นยำโดยอาศัยแบบจำลองพลังงานของอาคารที่ใช้งาน แบตเตอรี่ความร้อนที่ใช้ในโหมดนี้เป็น แหล่ง พลังงานหมุนเวียนเนื่องจากพลังงานที่ดึงออกมาในฤดูหนาวจะถูกนำกลับเข้าสู่ GHEX ในฤดูร้อนถัดไปในรอบที่เกิดขึ้นซ้ำอย่างต่อเนื่อง ประเภทนี้ใช้พลังงานแสงอาทิตย์เพราะเป็นความร้อนจากดวงอาทิตย์ในฤดูร้อนที่ถูกดึงออกจากอาคารและเก็บไว้ในพื้นดินเพื่อใช้ในฤดูหนาวถัดไปสำหรับการทำความร้อน มีวิธีการทดสอบการตอบสนองทางความร้อนหลักสองวิธีที่ใช้ในการกำหนดลักษณะการนำความร้อนและความจุ/การแพร่กระจายความร้อนของแบตเตอรี่ความร้อน GHEX ได้แก่ การปรับเส้นโค้งแบบ 1 มิติแบบลอการิทึมตามเวลา^{[ 68 ]}และการทดสอบการตอบสนองทางความร้อนขั้นสูงที่เพิ่งเปิดตัว^{[ 69 ] [ 70 ]}

ตัวอย่างที่ดีของลักษณะวัฏจักรประจำปีของแบตเตอรี่ความร้อน GHEX สามารถเห็นได้ในการศึกษาอาคาร ASHRAE ^{[ 71 ]}ดังที่เห็นในกราฟ 'อุณหภูมิของวงจรใต้ดินและอากาศโดยรอบตามวันที่' (รูปที่ 2–7) จะเห็นรูปร่างไซน์ของวัฏจักรประจำปีของอุณหภูมิพื้นดินได้อย่างง่ายดาย เนื่องจากความร้อนถูกดึงออกจากพื้นดินตามฤดูกาลในฤดูหนาวและปล่อยกลับสู่พื้นดินในฤดูร้อน ทำให้เกิด "ประจุความร้อน" ของพื้นดินในฤดูหนึ่งซึ่งไม่ได้ถูกทำให้หมดประจุและถูกขับเคลื่อนไปในทิศทางตรงกันข้ามจากสถานะเป็นกลางจนกว่าจะถึงฤดูถัดไป ตัวอย่างขั้นสูงอื่นๆ ของแบตเตอรี่ความร้อนบนพื้นดินที่ใช้รูปแบบความร้อนของบ่อเจาะที่ตั้งใจไว้กำลังอยู่ในระหว่างการวิจัยและการใช้งานเบื้องต้นGHEX มักใช้ในเครือข่ายพลังงานความร้อนและเครือข่ายความร้อนใต้ พิภพ

แบตเตอรี่ความร้อนใต้ดินแนวตั้งเป็นรูปแบบใหม่ของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนใต้ดินแบบเจาะขนาดใหญ่ (GHEX) ที่รวมเข้ากับถังที่ฝังอยู่ใต้ดินอย่างสมบูรณ์ซึ่งขยายลงไปในพื้นดินในแนวตั้ง โดยเฉพาะอย่างยิ่งในพื้นที่เหนือชั้นหินแข็ง รูปแบบของแบตเตอรี่ความร้อนแนวตั้งถูกสร้างขึ้นครั้งแรกโดยกลุ่มวิจัยการจัดเก็บพลังงานความร้อนของ ORNL ^{[ 72 ]}รูปแบบของ TES นี้มีคุณค่าอย่างยิ่งในพื้นที่ที่มีระดับน้ำใต้ดินสูง การเชื่อมต่อถัง TES กับพื้นที่โดยรอบถังอย่างมีประสิทธิภาพจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการจัดเก็บความร้อน รูปแบบของแบตเตอรี่ความร้อนนี้คาดว่าจะเป็นประโยชน์สำหรับเครือข่ายพลังงานความร้อน

ในอุตสาหกรรมการป้องกันประเทศแบตเตอรี่เกลือหลอมเหลวหลัก เรียกว่า "แบตเตอรี่ความร้อน" เป็นแบตเตอรี่ไฟฟ้าที่ไม่สามารถชาร์จใหม่ได้ โดยใช้ ส่วนผสม ยูเทคติกที่ มีจุดหลอมเหลวต่ำ ของเกลือโลหะไอออนิก (โซเดียม โพแทสเซียม และลิเธียมคลอไรด์ โบรไมด์ ฯลฯ) เป็นอิเล็กโทรไลต์ ผลิตโดยใช้เกลือในรูปของแข็ง ตราบใดที่เกลือยังคงเป็นของแข็ง แบตเตอรี่จะมีอายุการใช้งานยาวนานถึง 50 ปี^{[ 73 ]}เมื่อเปิดใช้งาน (โดยปกติโดยแหล่งความร้อนแบบดอกไม้ไฟ ) และอิเล็กโทรไลต์ละลาย แบตเตอรี่จะมีความน่าเชื่อถือสูง มีพลังงานและความหนาแน่นของกำลังสูง มีการใช้งานอย่างแพร่หลายในด้านการทหาร เช่น ขีปนาวุธนำวิถีขนาดเล็กถึงขนาดใหญ่ และอาวุธนิวเคลียร์

นอกจากนี้ ยังมีสิ่งของอื่นๆ ที่ในอดีตเคยถูกเรียกว่า "แบตเตอรี่ความร้อน" เช่น ถุงให้ความร้อนที่เก็บพลังงานไว้ ซึ่งนักสกีใช้สำหรับให้ความอบอุ่นแก่ฝ่ามือและเท้า (ดูที่ ถุงให้ความร้อนมือ ) ถุงเหล่านี้ประกอบด้วยผงเหล็กที่ชุ่มด้วยน้ำเกลือที่ปราศจากออกซิเจน ซึ่งจะเกิดการกัดกร่อนอย่างรวดเร็วภายในเวลาไม่กี่ชั่วโมงและปล่อยความร้อนออกมาเมื่อสัมผัสกับอากาศส่วนถุงให้ความเย็นแบบทันทีจะดูดซับความร้อนโดยการเปลี่ยนแปลงสถานะที่ไม่ใช่ทางเคมี เช่น การดูดซับ ความร้อน ดูดความร้อนจากการละลายของสารประกอบบางชนิด

หลักการทั่วไปอย่างหนึ่งของแบตเตอรี่ความร้อนประเภทอื่นๆ เหล่านี้คือ ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นนั้นไม่สามารถย้อนกลับได้ ดังนั้น แบตเตอรี่เหล่านี้จึงไม่ได้ใช้สำหรับการจัดเก็บและนำพลังงานความร้อนกลับมาใช้ใหม่