什么叫太陽能熱水器及原理
文章出處：http://gdgmt.com 作者：鄭州興邦
太陽能熱水器 （Solar water heater）是指以太陽能作為能源進(jìn)行加熱的熱水器。是與燃?xì)鉄崴鳌㈦姛崴飨嗖⒘械娜鬅崴髦弧?/p>
太陽能（Solar Energy），一般是指太陽光的輻射能量，太陽能是一種可再生能源，廣義上的太陽能是地球上許多能量的來源，如風(fēng)能，生物質(zhì)能，潮汐能、水的勢能等等。太陽能利用的基本方式可分為光—熱利用、光—電利用、光—化學(xué)利用、光—生物利用四類。在四類太陽能利用方式中，光—熱轉(zhuǎn)換的技術(shù)最成熟，產(chǎn)品也最多，成本相對較低。如：太陽能熱水器、開水器、干燥器、太陽灶、太陽能溫室、太陽房、太陽能海水淡化裝置以及太陽能采暖和制冷器等。太陽能光熱發(fā)電比光伏發(fā)電的太陽能轉(zhuǎn)化效率較高，但應(yīng)用還不普遍。在光熱轉(zhuǎn)換中，當(dāng)前應(yīng)用范圍最廣、技術(shù)最成熟、經(jīng)濟(jì)性最好的是太陽能熱水器的應(yīng)用。主要有：
光熱利用：它是將太陽輻射能收集起來，通過與物質(zhì)的相互作用轉(zhuǎn)換成熱能加以利用。目前使用最多的太陽能收集裝置，主要有平板型集熱器、真空管集熱器和聚焦集熱器等3種。 太陽能發(fā)電：未來太陽能的大規(guī)模利用是用來發(fā)電。利用太陽能發(fā)電的方式主要有兩種：①光—熱—電轉(zhuǎn)換。即利用太陽輻射所產(chǎn)生的熱能發(fā)電。一般是用太陽能集熱器將所吸收的熱能轉(zhuǎn)換為工質(zhì)的蒸汽，然后由蒸汽驅(qū)動氣輪機(jī)帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電。前一過程為光—熱轉(zhuǎn)換，后一過程為熱—電轉(zhuǎn)換。②光—電轉(zhuǎn)換。其基本原理是利用光生伏打效應(yīng)將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換為電能，它的基本裝置是太陽能電池。
光化利用：這是一種利用太陽輻射能直接分解水制氫的光—化學(xué)轉(zhuǎn)換方式。
光生物利用：通過植物的光合作用來實(shí)現(xiàn)將太陽能轉(zhuǎn)換成為生物質(zhì)的過程。目前主要有速生植物（如薪炭林）、油料作物和巨型海藻。
太陽能熱水器把太陽光能轉(zhuǎn)化為熱能，將水從低溫度加熱到高溫度，以滿足人們在生活、生產(chǎn)中的熱水使用。太陽能熱水器按結(jié)構(gòu)形式分為真空管式太陽能熱水器和平板式太陽能熱水器，目前真空管式太陽能熱水器為主，占據(jù)國內(nèi)95%的市場份額。真空管式家用太陽能熱水器是由集熱管、儲水箱及相關(guān)附件組成，把太陽能轉(zhuǎn)換成熱能主要依靠集熱管。集熱管利用熱水上浮冷水下沉的原理，使水產(chǎn)生微循環(huán)而達(dá)到所需熱水。真空管工作原理圖：
一、吸熱過程
太陽輻射透過真空管的外管，被集熱鍍膜吸收后沿內(nèi)管壁傳遞到管內(nèi)的水。管內(nèi)的水吸熱后溫度升高，比重減小而上升，形成一個向上的動力，構(gòu)成一個熱虹吸系統(tǒng)。隨著熱水的不斷上移并儲存在儲水箱上部，同時溫度較低的水沿管的另一側(cè)不斷補(bǔ)充如此循環(huán)往復(fù)，最終整箱水都升高至一定的溫度。而平板式熱水器，一般為分體式熱水器，介質(zhì)在集熱板內(nèi)因熱虹吸自然循環(huán)，將太陽輻射在集熱板的熱量及時傳送到水箱內(nèi)，水箱內(nèi)通過熱交換（夾套或盤管）將熱量傳送給冷水。介質(zhì)也可通過泵循環(huán)實(shí)現(xiàn)熱量傳遞。
二、循環(huán)管路
家用太陽能熱水器通常按自然循環(huán)方式工作，沒有外在的動力。真空管式太陽能熱水器為直插式結(jié)構(gòu)，熱水通過重力作用提供動力。平板式太陽能熱水器通過自來水的壓力（稱為頂水）提供動力。而太陽能集中供熱系統(tǒng)均采用泵循環(huán)。由于太陽能熱水器集熱面積不大，考慮到熱能損失，一般不采用管道循環(huán)。
三、頂水式使用過程
平板式太陽能熱水器為頂水方式工作，真空管太陽能熱水器也可實(shí)行頂水工作的方式，水箱內(nèi)可以采用夾套或盤管方式。頂水工作的優(yōu)點(diǎn)是供水壓力為自來水壓力，比自然重力式壓力大，尤其是安裝高度不高時，其特點(diǎn)是使用過程中水溫先高后低，容易掌握，使用者容易適應(yīng)，但是要求自來水保持供水能力。頂水工作方式的太陽能熱水器比重力式熱水器成本大，價格高。
