[发明专利]一种太阳能热水器

说明书

技术领域

本发明涉及一种太阳能热水器。

背景技术

太阳能热水器把太阳光能转化为热能，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。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。真空管式热水器的吸热时，太阳辐射透过真空管的外管，被集热镀膜吸收后沿内管壁传递到管内的水。管内的水吸热后温度升高，比重减小而上升，形成一个向上的动力，构成一个热虹吸系统。随着热水的不断上移并储存在储水箱上部，同时温度较低的水沿管的另一侧不断补充如此循环往复，最终整箱水都升高至一定的温度。

太阳能热水器理论上是一次投资，使用不花钱。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(也有一些产品是靠燃气加热)，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％的热能来自电或者燃气)。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。

1、热水管路长达十几米，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15米，则每次使用都要浪费大约1.7公斤水。若平均每天使用6次，则每天浪费10.2公斤水；每月浪费360公斤水；每年浪费4320公斤水；十年浪费43200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。

2、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。

3、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，需要增加电辅助或者油锅炉，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。这听起来很美。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。使得这个初看上去简单的“电加热控制”问题没有任何太阳能厂家完善的解决——百分之百的太阳能厂家都算在内。清华阳光是清华大学电子系的三产公司，其强项就是电子控制。但是看一看清华阳光太阳能热水器就知道，它也没能妥善解决这个“光电互补加热控制”问题。这个电辅助加热控制问题没解决，使得太阳能热水器的实际耗电量远远大于其理论耗电量。

太阳能光伏发电系统由太阳能电池组、太阳能控制器、蓄电池(组)组成。如输出电源为交流220V或110V，还需要配置逆变器。各部分的作用为：1太阳能电池板：太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分，其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来。2太阳能控制器：太阳能控制器的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。3蓄电池：一般为铅酸电池，小微型系统中，也可用镍氢电池、镍镉电池或锂电池。其作用是在有光照时将太阳能电池板所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。4逆变器：太阳能的直接输出一般都是12VDC、24VDC、48VDC。为能向220VAC的电器提供电能，需要将太阳能发电系统所发出的直流电能转换成交流电能，因此需要使用DC-AC逆变器。