一种新型的太阳电能热水器

太阳电能热水器将太阳光能利用光伏电池板转化为电能，再经过导线输送到储水加热器转化为热能，将水从低温度加热到高温度，以满足人们在生活、生产中的热水使用。

一、太阳能利用

太阳能（Solar Energy）实际上是分两种：光热能和光电能。

太阳光热能一般是指太阳光的辐射能量，太阳能是一种可再生能源，广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，生物质能，潮汐能、水的势能等等。太阳能利用的基本方式可分为光—热利用、光—电利用、光—化学利用、光—生物利用四类。在四类太阳能利用方式中，光热能应用也即光—热转换的技术最成熟，产品也最多。如：太阳能热水器、干燥器、太阳灶、太阳能温室、太阳房、太阳能海水淡化装置以及太阳能采暖和制冷器等。

太阳光电能一般是指太阳光伏发电转化的电能。应用十分广泛，所有电能应用的领域都能见到它的身影，上到人造卫星用的电源，下到地面分布式太阳能电站，小到太阳能手表、计算器等，我们本文介绍的就是应用之一，太阳电能热水器。

二、太阳电能热水器

1、太阳电能热水器基本原理：

第一部分是太阳电能的接收装置，它是利用放在室外的自适应（能够自动寻找最佳太阳光入射角）太阳能接收装置，让光线照射产生伏特效应将太阳辐射能直接转换为电能，它的基本装置是太阳能电池。

第二部分是控制单元，主要作用是将远端送来的电能送往加热储水箱，并判断当加热储水箱中水的温度达到预设要求后，把多余的电能送往蓄能电池充电，在夜晚或者阴天的时候把蓄电池中的储能送往电加热储水箱加热，当夜晚以及储能电池中的电能释放完毕时，自动转换市电加热满足全天候用户热水的使用。

第三部分是电加热储水箱，它是由不锈钢内胆，保温层，外保护壳，电加热装置，显示控制面板等组成。

第四部分是蓄电池，它的作用是当电加热保温蓄水箱的设定温度到达后，把多余的电能存储起来，当没有日照时加以释放。

2、太阳电能热水器的特点

①太阳能接收装置重量轻，不易损坏屋面结构，安装简便，维护简单，出现故障时只需更换损坏的部分单元太阳能电池板。

②太阳能的利用效率较高，由于采用了自适应专线接收装置支架，使太阳能电池板在有阳光时都能以最佳角度接受太阳光，实现了最佳接受效果，提高了太阳能电池板的使用效率。

③不需要传统的太阳能热水器往屋面输送的水管，避免穿管的麻烦，以及冬天冻管的风险，当然也就不需要敷设在太阳能热水器室外管路上的“电热防冻带”，它也要消耗大量电能。

④节约用水，传统的太阳能热水器热水管路从十几米到几十米，每次使用都要浪费很多水。以典型的Φ12毫米水管计算，每1米长度存水为0.113公斤。若太阳能热水管长度平均为25米，则每次使用都要浪费大约2.8公斤水。若平均每天使用6次，则每天浪费17公斤水；每月浪费的500公斤左右的水节约了下来。

⑤使用舒适性较高，不需要传统的太阳能热水器定时上水，管路老化，真空管老化更换问题。

⑥节约能源，外加了储能电池的太阳电能热水器，可以吧多余的电能储存到蓄电池中，当没有阳光时加以使用。

⑦太阳电能热水器的特点是串联在热水管路里，是承压式结构，克服了传统太阳能热水器在市场99%以上都是使用不舒适的“非承压式”俗称“落水式”。落水式热水器是指将热水器的水利用大气压力自然落入用水管道，这种热水器出水压力较小，其进水、出水只有一根水管，水压低使用非常不方便。这种热水器出水压力较大，喷淋效果好，洗浴舒适度高。

二、为什么要发展太阳电能热水器

1、传统的太阳能热水器的工作原理

传统的太阳能热水器按结构形式分为 真空管式太阳能热水器和平板式太阳能热水器，真空管式太阳能热水器为主，占据国内95%的市场份额。真空管式家用太阳能热水器是由集热管、储水箱及支架等相关附件组成，把太阳能转换成热能主要依靠集热管。集热管利用热水上浮冷水下沉的原理，使水产生微循环而达到所需热水。

2、传统的太阳能热水器存在不足

①、理论上它是一次投资，使用不花钱，但实际上不可能。原因是无论任何地方，每年都有阴云雨雪天气以及冬季日照不足天气。在此气候下主要靠电加热制热水，每年平均有25%~50%以上的热水需要完全靠电加热（地区之间不尽相同，阴天多的地区实际耗电量还要大。上海地区近三年的统计数据表明，平均每年阴雨天高达67%，满负荷利用太阳能热水器其70%的热能来自电能）。这样一来太阳能热水器实际耗电量比热泵热水器大。此外，敷设在太阳能热水器室外管路上的“电热防冻带（只在北方结冰地区有）”，也要消耗大量电能。除此以外，太阳能热水器在结构上还存在多种难以解决的技术缺陷。

②、热水管路从十几米到几十米，每次使用都要浪费很多水。以典型的Φ12毫米水管计算，每1米长度存水为0.113公斤。若太阳能热水管长度平均为25米，则每次使用都要浪费大约2.8公斤水。若平均每天使用6次，则每天浪费17公斤水；每月浪费508公斤水；每年浪费6102公斤水；十年浪费61020公斤水！以浪费水为代价节省一些电，恐怕无论是政府还是老百姓若知道这些都不会认可。中国的660多个城市中，一半以上城市不同程度缺水，其中严重缺水的有111个，每年因缺水影响工业产值就达到2000多亿元。

③、需要一整天的日照才能把水晒热，天气好的时候也只能保证晚上有热水，白天和夜间很少有热水可用。不能保证使用者24小时热水供应，舒适性差。

④、太阳能热水器的采光板必须安装在屋顶上，既庞大笨重，又影响建筑美观（越是高档住宅区越明显），还容易损坏屋顶防水层。

⑤、光电互补，实际上没法恰当的实现。市场90%的太阳能热水器存在着难以克服的顽症：冬天水温达不到，或者只能产生少量热水；这些产品只能在夏秋季阳光充足的时候用，冬季日照弱时根本不能用，或者产生的热水太少，不好用，客户经常投诉；其实，真正的太阳能热水器必须是一年四季都能用的。热水使用量比较大的时间是集中在冬天，而冬天的集热效果又不能满足使用要求，基本上受气候条件的限制，摆脱不了普通太阳能热水器“靠天吃饭”的局限，很难保证冬天照样有充足的热水。很多太阳能经销商为弥补热水产量不足，需要增加电辅助，但是这样形成双重投资，增加客户的经济负担。消费者实际使用时候因此会白白浪费很多电能，并进一步减少使用的舒适度。太阳能热水器为了在日照不足天气也能有热水，基本都采用了所谓的“光电互补”技术，也就是在太阳能热水器上再增加一个电加热器。理论上说，只要热水不足就可以让该电热管加热。实际上由于消费者使用热水模式很复杂，一年365天日照情况也不是固定。所以根本没办法恰当的解决“何时启动电加热最合适”。采用温度控制、时间控制实际上都不行（因为在日照充足天气，刚注入的自来水温度也低于设定温度，若单纯采用温度控制，那么会在不需要电加热时候也通电）。使得这个看上去简单的“电加热控制”问题没有任何太阳能热水器厂家能够完善的解决。

⑥、在北方结冰地区碰见冬天下不来热水，由于上下水管路冻结，室外管路没有保温或保温材料连接处不严，没有启用电热带 ，防冻装置不严密，虹吸管漏气等都会导致无法正常使用。

⑦、还有一条严重缺点就是现在市场99%以上都是非常落后的“非承压式”（包括太阳能热水器领域几个强势品牌，销售的全部都是这种非承压式），俗称“落水式”。落水式热水器是指将热水器的水利用大气压力自然落入用水管道，这种热水器出水压力较小，其进水、出水只有一根水管，使用非常不方便，根本就谈不上舒适或者说舒适度低。

“顶水式”是指一边上水，一边用进来的冷水将热水顶出水箱进入管道。顶水式热水器亦称“承压热水器”，这种热水器出水压力较大，喷淋效果好，洗浴舒适度高，但产品价格较高。

⑧、使用不方便，注意事项多，真空管式太阳能热水器要注意上水时间，不能在中午上水。由于夏季光照强烈，真空管在太阳的照射下，管内空晒温度高达270℃~400℃，这时上水极易造成真空管炸裂。所以上水时，一定要选择早晨或晚上进行。其次要根据天气情况，决定上水量，保证洗浴时适当的水温。还要看天上水，根据天气预报决定上水量，整天有雨，保留原有的水不能上冷水。

⑨、检修维护麻烦，要定期检查热水器的管道，排气孔等元件是否正常工作。定期检查排气孔，保证畅通，以免胀坏或抽瘪水箱；清洗真空管时，注意不要碰坏真空管下端的尖端部位；有辅助电加热装置的太阳能热水器应特别注意上水，防止无水干烧。夏季更换太阳能热水器上下水管的用户特别多，专家提醒用户，检查一下太阳能热水器水管保温层有没有老化、开裂，如果上下水管裸露在外，在太阳的暴晒下，容易变硬变脆，开裂漏水，必须提前加装保温层及防紫外线胶带，全面保护水管。

                                    四川兴邦机电科技有限公司2013.10.13