太阳能热水系统在寒冷地区的应用
一、前言
随着国民经济的发展，能源需求量日益增加，能源利用情况紧张，而常规能源的大量使用必将对环境造成不利影响。太阳能作为可再生能源的一种，取之不尽，用之不竭，同时又不会增加环境负荷，将成为未来能源结构中的重要组成部分。我国属太阳能资源丰富的国家之一，年辐射总量大约在3300-8300MJ/（m2.a），全国2/3以上面积地区年日照小时数大于2000h，每年陆地接收的太阳辐射能相当于2.4万亿吨标准煤，具有太阳能利用的良好条件。在建筑能耗中，生活热水、供暖能耗占了相当的比例，利用太阳能来满足生活热水、供暖这些低品位能耗的要求具有巨大的节能效益，因此，太阳能采暖技术越来越受到人们的重视。
二、太阳能资源利用的国际市场
欧洲各国由于重视节能和利用可再生能源，加上城镇和郊区基础设施完善，多年来积累了对供热基础设施进行节能改造、兴建可再生能源供热（生活热水和采暖）设施的大量经验。
欧洲各国的城镇基础供热（basicheating）大多是由区域供热（districtheating）设施提供的。而中欧、北欧国家的供热设施最为完善，传统上多采用建设大型热力站的方式为住户供热，这就使得大型太阳能热力站（Large－scale Solar Heating Plant）技术在欧洲得到了大量的工程应用。
欧洲大规模太阳能热水技术的工程应用普遍具有以下特点：
统一规划设计
新建和供热系统节能改造并存，系统类型多样
太阳能热水系统作为辅助系统与区域供热系统结合
全天候运行
既提供生活热水，也提供采暖
整合供热先进技术和设备，系统效率高
多元化组合能源系统（燃气、燃油、燃木屑、生物质能、电等）。
平板式集热器为主，安装部位有屋面、墙面、地面，可替代屋面板（德国、
挪威）、与屋顶窗合（丹麦）等。
丹麦Marstal太阳能热力站为供热系统节能改造项目，利用太阳能和生物燃料替代废油为当地居民2700人提供区域供热。丹麦的另一座AEroskobing太阳能热力站，总集热面积4900m2，为550户居民供热，相当于每户平均安装太阳能集热面积9m2，年供热能力2．1GWh，相当于全年热负荷16～18％，夏季可提供相当于全部需求75％以上的热水，其余用热需求由燃秸秆锅炉完成。上述两座热力站均通过新建太阳能供热系统，与原有区域供热设施相连，并采用热泵技术进行蓄热，以提高太阳能供热的比例。
瑞典Kungalv太阳能热力站，是城镇供热系统的组成部分，总投资273万欧元（273欧元m2集热器），邻Munkgarde区域热力站而建。该区域热力站由设计能力为5MW的太阳能热力站与一个12MW的燃木屑锅炉、两个12MW的燃油锅炉相连，配备了1000m3的蓄热水箱，800个面积为12．5m2的平板集热器按阵列布置在一块废弃的农田上。2002年，太阳能供热系统的产能已接近4GWh，整个热力站的年供热能力接近90GWh。
芬兰赫尔辛基北部的维埃基新城，2002年建成“生态维埃基（Ekoviikki）”居住宅区大型太阳能热力站系统，系统由8个多层住宅系统复合而成，每个多层住宅系统有80～250m2的集热面积，总集热面积共1248m2。集热器安装在坡屋面上，每块集热器面积特制为10m2。太阳能热力站与居住宅区低温循环供暖系统联合使用，为368户、35625m2的住宅提供生活热水和供暖。目前，50％以上的采暖和生活热水可由太阳能提供。太阳能热力站建设费用80万欧元，而太阳能热水系统所增造价，仅使住宅销售价格提高了0.5％。
大型太阳能热力站的优势在于整合能源资源结构、整合优势供热技术和设备，提高区域供热效率。但是，由于一次性投资大、回报时间长等原因，造成大型太阳能热力站在欧洲市场上缺乏经济竞争力，但从技术的层面来讲，欧洲的工程技术经验值得我们研究和借鉴。另外，开发和利用太阳能，在我国小城镇建设住宅区级太阳能供热系统，不仅仅是解决对于某些国家和地区来说的能源绿不绿或用不用的问题，而是要解决能源有无的问题。
我国近10年来太阳热水器行业发展迅速，目前已拥有世界上独一无二的不靠政府补贴的巨大市场。但是，尽管我国太阳能热水市场的总量在世界上居于首位，但人均却只有中等水平。加强太阳能热水技术、特别是集中式太阳能供热技术的集约化、标准化、产业化工程应用，将成为推动和扩大太阳能产品市场发展的有效途径。可以预言，如果说分户式太阳能热水系统为中国成功地启动了太阳能热
水产品市场的话，那么根据气候特点和太阳能利用条件，统一规划和建设大规模集中式住宅区级太阳能供热系统，可以使太阳能热水产品市场得到进一步扩大，并为寒冷地区供热工程的进一步发展带来新的机遇。
不难看出，寒冷地区未来太阳能热水系统和产品市场的潜力更为巨大，如能通过技术开发和市场引导，可以有效地利用太阳能为寒冷住户改善生活居住条件，提高生活质量。一方面，通过规划设计合理的太阳能供热服务半径，不仅可以实现为寒冷地区提供生活热水、还可以实现为寒冷地区住宅解决基本采暖的目标。另一方面，对于现有寒冷地区的供热基础设施的节能改造来说，建设与原有供热设施相结合的大型太阳能热力站，通过合理的能源组合，实现增效和节能，可以有效地减少常规能源的使用，减少CO2排放，保护城市的生态环境。
三、太阳能供热系统实例
中国延安干部学院添建工程充分考虑到了这一点，其太阳能供热系统是由太阳能采热、换热两个独立系统组成。其中太阳能集热系统采用国外先进设备，集热板采用进口蓝膜平板集热器，提高系统集热效率，运用温差循环系统原理，是目前国内西北地区最大、最先进的系统模式，被陕西省住房和城乡建设厅列为太阳能光热示范项目的工程。该工程为国内寒冷地区今后大体量太阳能供热工程的实施提供了借鉴经验。
3.1工程概况
中国延安干部学院添建项目是为了进一步贯彻中央和中央领导
“继续大规模培训干部，充分发挥党校、行政学院、干部学院作用，大幅度提高干部素质”的指示精神，完善原学院工程在教学、生活等功能方面需要，经国家发改委立项批准于2010年3月开始建设。太阳能热水工程是体现添建工程节能、环保、绿色理念的措施之一，被陕西省住房和城乡建设厅列为太阳能光热示范项目的工程。添建工程由中国建筑西北设计研究院设计，生活热水供应范围仅限于添建范围建筑，总建筑面积约3.4万平方米，设计热水日供应量26t/d，热负荷5810000KJ。
中国延安干部学院添建项目热水供应系统的热媒采用太阳能主供热和锅炉辅助供热系统，以确保系统的安全可靠。太阳能热媒作为主供热热媒，当交换出的生活热水能够满足要求时，锅炉系统的辅助换热系统就关闭；当遇到冬季、阴雨等天气，太阳能主换热不能满足要求时，锅炉系统的辅助换热作为补充和保证。
3.2太阳能供热系统的选型及构成
3.2.1 地理位置及光照条件
延安市所处地理位置为北纬37度37分，太阳能资源分类为二类分布区，年平均光照2200~3000小时，年利用太阳能3001191MJ，太阳能保证率可达到50％以上。
为了最大限度缩短太阳能热水系统管道长度、减少热量损失、并充分考虑到系统与建筑群的协调统一，太阳能集热板矩阵布置在中国延安干部学院东侧锅炉房、动力中心、花房屋面上，一字排列，太阳能集热板矩阵全长155米。
3.2.2 太阳能集热系统防冻设计要点
太阳能集热系统防冻设计是严寒寒冷地区太阳能液态工质集热器系统应用的关键问题之一，主要包括系统工艺设计和控制策略设计。
太阳能集热系统常见的防冻措施主要有集热系统防冻液防冻、集热系统排空防冻、集热系统排回防冻、电伴热带防冻和蓄热水箱水反冲循环防冻等几种。
（1）集热系统防冻液防冻
该方法通过在集热系统中充注防冻液防冻，适用于金属流道
集热器间接系统，尤其在平板太阳能集热系统中应用较多，国外
较常见。
该方法的主要优点为防冻可靠，防冻温度可调；缺点主要有：a.防冻液较贵，投资会增加；热容较大，夜间降温后白天太阳能将其加热有损失；
b.常用防冻液在高温条件下会分解，具有腐蚀性，需采取措施保证其工作温度在分解温度之下；
c.常用防冻液寿命一般5年左右，需要更换防冻液，带来费用增加。（2）集热系统排空防冻
该方法在循环泵停止运行后，集热系统中的水通过重力作用落回贮热水箱，屋面集热系统不存水，从而防止冻结发生。该方法多用于平板集热器直接系统，国内应用较普遍。
该方法的主要优点为简单，易操作，投资小；缺点主要有：
a.系统采用直接系统，一般用于寒冷地区，严寒地区慎用；
b.管路频繁排空充满，容易锈蚀，水质易受污染，对管路寿命有影响；
c.集热器和管路的安装坡度有严格要求，以保证集热系统中的水能完全排空，实际施工中难度较大，往往会有局部水未排空造成冻坏。（3）集热系统排回防冻
该方法在循环泵停止运行后，通过重力差将储液罐中的空气顶入集热系统，使屋面上系统中充满空气以达到防冻效果，系统示意如下图所示。该方法主要用于金属流道集热器承压的闭式小型系统，尤其在平板太阳能集热系统中应用较多，主要在国外系统中应用。
集热系统排回防冻示意图
该方法的主要优点如下：
a.简单可靠，可用于严寒和寒冷地区，直接和间接系统均适用；
b.屋顶管路内空气热容较小，可有效降低日夜间管路介质的再热损失；
c.储液罐内的空气固定，对管路有保护作用，腐蚀小；闭式系统也可有效保护水质。
该方法也存在如下缺点：
a.储液罐中空气容积有限，只能用于小型系统中；
b.系统采用闭式系统，并增加了储液罐，投资有所增加；
c.系统必须精心设计，确保空气能将介质顶回。
（4）电伴热带防冻
该方法通过在集热系统管路上敷设电伴热带，当管路温度低于设定温度时，电伴热带启动利用电加热管路，防止管路冻结。该方法应用范围较广，国内应用较多。
该方法的主要优点为简单易行，但也存在如下缺点：
a.需要消耗额外的电能防冻，系统能效会降低；
b.无电缺电地区无法应用，不可预见的停电可能对系统造成重大破坏；
c.不合格的产品和安装方式可能有火灾隐患；
d.主要针对管路防冻，对集热器本身有防冻要求的系统作用不大。（5）蓄热水箱水反冲循环防冻
该方法通过在集热系统典型位置设置温度测点，当该温度低
于设定值时开启循环泵，将贮热水箱中高温水引出冲刷系统以
实现防冻。该方法适用性较好，可用于多种集热系统，国内应
用较多。
该方法的主要优点为简单易行，无需增加其他设备；主要缺如下：
a.需要消耗额外的电能和蓄热量来防冻，系统能效会降低；
b.无电缺电地区无法应用，不可预见的停电可能对系统造成重大破坏；
c.长期无日照的情况下可能导致水箱水温过低失去防冻效果。
经过各方研讨对比决定，该工程选择防冻液防冻，根据相关文选资料显示延安地区历史最低气温是1991年的-23℃，所以太阳能集热器换热介质选用凝固点在-30℃的防冻液。防冻液采用乙二醇，乙二醇是集防腐、阻垢、防冻和长效为一体的环保防冻导热液。良好的抗低温性能和防腐性能，特别适合于高寒地区的太阳能系统导热，导热性能优良。在高温情况下（120℃）性能非常稳定，其热压膨胀性远低于做为普通介质的水。可保护铁、铝、铜、锡等绝大部分金属，聚乙烯、聚丙烯等合成材料不受腐蚀。
3.2.3 系统构成及设计指标
（1）热水产量：65吨/d
（2）最低运行温度：-30度（系统充防冻介质：乙二醇）
（3）换热方式：热交换器间接换热+锅炉辅热
（4）集热板倾角：45°
（5）运行方式：PLC智能化自动控制，双系统并列运行。
（6）集热板面积936 m2（共468块集热器，其中1#系统270块，2#系统198块）
（7）集热器器类型：进口蓝膜平板集热器
（8）管道：镀锌钢管，卡箍（耐高温硅胶密封圈）和丝扣连接
（9）系统保温：50mm厚离心玻璃棉外加不锈钢铁皮保护壳
（10）支架：∠40×4热镀锌角钢定型支架，不锈钢螺栓连接（11）各系统支架接地电阻≤1Ω
3.2.4 集热器的选型
目前常用的液态工质太阳能集热器主要分为平板型太阳能集热器和真空管型太阳能集热器两类。真空管型集热器又可分为全玻璃真空管太阳能集热器、热管真空管太阳能集热器和U形管真空管太阳能集热器三种。其中全玻璃真空管太阳能集热器流道为玻璃管腔，其他三种集热器流道为金属流道，承压性和可靠性较好。太阳能集热器最重要的性能参数是其热性能。太阳集热器的热性能用稳态条件下的瞬时效率方程表示如下：
η= η0- a1T i- a2 G(T i)2
η——稳态条件下运行太阳集热器的瞬时效率，即集热器实际获得的有用功率与集热器接收的太阳辐射功率之比；
η0 a1 a2——通过检测拟合得出的常数项和系数；
G——太阳总辐射辐照度，W / m2；
T i——归一化温差，T i=（t i-t a）/ G。
典型平板和真空管太阳能集热器的效率曲线如下图所示。
真空管集热器和平板集热器相比较，真空管集热器的优点是集热效率高、成本低、积尘少、防风性好；缺点是软性连接不能承压运行、易破损、热容大。平板集热器的优点是：春、夏、秋三季集热效率高、热容小、可承压运行、寿命长、故障率低、易于与建筑结合、有效采光面积大；其缺点是：冬季效率低、防冻性能差、风阻大、易积雪积尘、造价高。
对于该系统，主要适用的集热器类型为真空型和平板型两种。经过比较，最终选择安全性能更为优越的平板型集热器。鉴于建设方对系统效率的要求，综合考虑该地区的气温情况，该集热系统选用进口蓝膜平板集热器，提高系统集热效率，并确保该项目的安全可靠。
太阳能能集热板设置在原一期工程锅炉房、添建工程动力中心及花房屋面，有效的利用了原一期及添建工程的建筑空间，节约了投资。
3.2.5 集热器倾角设计
根据GB/T 50364-2005，集热器倾角应与当地纬度一致；如系统侧重在夏季使用，其倾角宜为当地纬度减10°；如系统侧重在冬季使用，其倾角宜为当地纬度加10°。全玻璃真空管东西向水平放置的集热器倾角可适当减少。
中国延安干部学院添建工程太阳能集热器方位选择朝南放置，考虑到当地的光照条件春夏均无问题，为了使秋、冬季集热系统能获得最佳太阳辐射，倾角比当地纬度大8°（当地纬度为37度36分），确定集热器的安装倾角为45°。
集热器的布局与连接方式：
集热器的布局有多种形式，主要根据现场位置、集热器位置和集热器数量面积的多少确定。可单排、双排或多排布置，排与排之间可并联、串联或交串联。具体如下：
平板集热器单排并联，不应多于50M2（25块），对大于100M2集
热器的系统，不应采用双排串并联，应采用多排并联的布局。
单排
H
支架倾角及前后排
该工程选用多排并联布置，排与排之间间距2.0米，充分利用了太阳的光照面积。
3.2.6 太阳能集热器的支架
用于支承固定集热器起到防风抗震的作用，为使支架整体协调、美观、坚固耐用，采用热镀锌角钢定型组装件制作，支架与槽钢底座、槽钢底座与混凝土条形基础刚性连接，避免了直接与屋面连接，破坏楼顶防水层，造成漏水的问题。并排支架焊接联为一体，确保集热器抗风沙强度。经中国西北设计院审核计算，符合负荷要求。支架通过镀锌扁刚与建筑物接地系统联通，满足防雷要求。
3.2.7辅助加热系统
辅助加热系统主要有电辅助加热系统、燃油锅炉辅助加热系统、燃气锅炉加热系统、蒸汽辅助加热系统、暖气加热系统。无论采用何种辅助加热系统，其功率大小的选择都应按在太阳能不工作时，完全靠辅助加热系统能保证热水供应来确定。不同的辅助加热系统主要应
注意以下问题：
1.电辅助加热系统
电辅助加热系统主要应确定电加热的功率大小。电加热功率大小的确定主要考虑两个因素，一个是需要多大电功率，另一个是用户能提供多大功率的电量。若后者大于前者，则按前者确定，若前者大于后者，则只有按后者确定。需要多大电功率P需的确定：
日用水量（Kg）*温升（℃）*水的比热（KW）
P需=
时间（h）*860（大卡/h）
也可按每千瓦电功率每小时可加热25Kg的水来确定（温升30℃）需要电功率的大小。
注：凡安装电加热系统的工程，一定要按有关规定做好接地保护和漏电保护。
2．燃油、燃气锅炉加热系统
目前国内的燃油锅炉主要是柴油炉、煤油炉和燃油炉；燃气锅炉主要有天燃气、液化石油气、煤气锅炉，无认哪些燃油、燃气锅炉，都分为承压和不承压两类。目前使用的大部分以无压锅炉居多。燃油、燃气锅炉功率大小的确定与需要电功率的计算方法相同。
3.3太阳能供热系统原理及运行方式
3.3.1太阳能供热系统原理
太阳能供热系统的运行方式主要有以下几种：
1．自然循环系统
原理：在光照条件下，集热器内的水被加热，与贮热水箱内的水相比，集热器内的水温较高，比重减小变轻，上升到处于较高位置的水箱内，水箱内的水由于温度低、比重大，自动流到较低位置的集热器内，如此不断循环，将贮热水箱内水加热。
优点：不需电等常规能源，也不需专人管理，可实现自动循环。
缺点：水箱必须置于太阳能集热器高的位置，由于冷热水比重差很小，因此循环缓慢，要求较粗管径和严格的坡度，以减小阻力，因而不宜做成较大的系统。
适用范围：较小系统（30M2以内），单台家用、小型工程、多个小系统并联。
2．强制循环系统
温差强制循环系统:
在光照条件下，集热器内水被加热升温。当集热器水温高于水箱水温时，温差控制器自动打开循环水泵，将集热器内热水泵入水箱；当集热器内水温低于水箱水温时，自动关闭水泵。
定流量强制循环系统:
有阳光时水泵自动循环，无阳光时水泵自动停止。
两种强制循环系统比较:
温差强制循环系统：此系统可实现智能化控制，热效率较高、热损失较少，比定流量循环系统更科学、合理。
定流量循环系统：此系统靠光控实现智能化控制，与温差循环系统相比，缺点是系统经过一段时间循环后，水箱内的水温升高到一定
中华人民共和国国家标准 民用建筑太阳能热水系统应用技术规范 Technical code for solar water heating system of civil buildings GB 50364-2005 主编部门：中华人民共和国建设部 批准部门：中华人民共和国建设部 施行日期： 2006 年 1 月 1 日 中华人民共和国建设部 公告 第 394 号 建设部关于发布国家标准 《住宅性能平定技术标准》的公告 建设部关于发布国家标准《民用建筑太阳能热水器系统应用技术规范》的公告 现批准《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》为国家标准，编号为 GB 50364-2005 ，自2006 年 1 月 1 日起实施。其中，第 3.0.4 、 3.0.5 、 4.3.2 、 4.4.13 、 5.3.3 、 5.3.8 、5.4.2 、 5.4.4 、 5.6.2 、 6.3.4 为强制性条文，必须严格执行。 本规范由建设部标准定额研究所组织中国建筑工业出版社出版发行。 中华人民共和国建设部 2005 年 12 月 5 日 前言 根据建设部建标 [2003]104 号文和建标标函 [2005]25 号文的要求，规范编制组在深入调查研究，认真总结工程实践，参考有关国外先进标准，并广泛征求意见的基础上，编制了本规范。 本规范主要技术内容是： 1 总则； 2 术语； 3 基本规定； 4 太阳能热水系统设计； 5 规划和建筑设计； 6 太阳能热水系统安装； 7 太阳能热水系统验收。 本规范黑体字标志的条文为强制性条文，必须严格执行。 本规范由建设部负责管理和对强制性条文的解释，由中国建筑设计研究院负责具体技术内容的解释。 本规范在执行过程中如发现需要修改和补充之处，请将意见和有关资料寄送中国建筑设计研究院 ( 北京市西外车公庄大街 19号，邮政编码：100044；电话：88361155—112；传真：68302864 ；电子邮件： zhangsj@https://www.doczj.com/doc/1618919714.html,) ，以供修订时参考。 本规范主编单位：中国建筑设计研究院 本规范参编单位：建设部科技发展促进中心建设部住宅产业化促进中心国家发展和改革委员会能源研究所北京市太阳能研究所北京清华阳光能源开发有限公司山东力诺瑞特新能源有限公司皇明太阳能集团有限公司昆明新元阳光科技有限公司昆明官房建筑设计有限公司北京北方赛尔太阳能工程技术有限公司北京九阳实业公司扬州市赛恩斯科技发展有限公司天津市津霸能源环保设备厂 ( 中美合资 )北京恩派太阳能科技有限公司江苏太阳雨太阳能有限公司北京天普太阳能工业有限公司江苏省华扬太阳能有限公司 本规范主要起草人：张树君于晓明何梓年李竹光袁莹杨西伟辛萍童悦仲娄乃琳李
太阳能热水系统控制及原理 一、智能型太阳能、热泵互补热水系统原理说明： 注：进水在集热器入口，集热循环水泵出口，集热水箱底部出水供 用户使用。 太阳能供水系统原理说明 新能源太阳能中央热水器由以下四大部分组成： 太阳能集热器：吸收太阳能，将光能转化为热能，使冷水在集热器被加热； 保温水箱：储存热水，可保温3天，胆为不锈钢，外包8厘米保温层，最外层是铝合金外壳； 热泵辅助加热系统：用于阴雨天辅助加热； 供热水管道：将经过增压泵加压后的热水引向各用水点，主管道有保温层，未端有回水管。 晴天，当太阳能把集热器的冷水加热至55℃时（该温度可调），冷水管上的电磁阀门自动打开，冷水被自来水压力压入集热器，集热器的热水被挤出，然后进入到保温水箱中储存待用，当冷水到达集热器出口处的温度探头时，探头温度底于55℃，电磁阀门就立刻关闭，冷水停留在集热器继续被太阳能加热，2-5
分钟后，水温又达到55℃时，电磁阀门再次打开，集热器的热水又被挤到保温水箱中，按此规律，一次又一次的产生热水进入水箱，水箱热水逐渐增加，一直增加到水箱水满为止。水箱水满后，就停止进水，如果还有太阳，为了充分利用太阳能，循环泵会自动启动，把水箱55℃的热水抽出来，经过太阳能集热器循环加热，使水温进一步升高至60-70℃，当水温达到70℃时，就停止循环加热，限制水温不要超过70℃，以免烫伤人，又可防止结水垢（产生水垢的温度条件是水温超过80℃）。 热泵加热系统只有在太阳能光照不足时才启动，为最大限度地利用太阳能，减少电能的消耗，我们将设定3个时间段检测保温水箱的水位。在上午10：30～11：30，如果保温水箱热水水位还不到40%的位置，则自动启动热泵加热系统，往保温水箱补充50℃的热水，如果水位达到设定值，则热泵系统停止工作。同样，在中午12：30～1：30，系统自动检测保温水箱70%的水位，在下午3：30～6：30，系统自动检测保温水箱100%的水位。从以上我们可以看出，系统在3个设定的时间段（可按需要设定多个时间段）会自动探测保温水箱的水位，如果水位不够，才启动热泵加热（表明此时太照不足或是阴雨天），反之就一直用太阳能加热（晴天），而不会启动热泵，这样我们便能最大限度地优先使用太阳能。 备用电加热系统一般情况下不会启动，在寒潮或用水量突然增大时，系统自动检测保温水箱的水温，只有当保温水箱的水温低于50℃时，才启动电加热，将水加热到50℃，从而保证热水的温度处于一个较稳定的围。 晚上用热水时，热水水位逐渐下降，冷水不会进入水箱，水温是恒温的，按照设计热水是够用的，晚上就不再启动热泵加热了，当水位降至最低水位时，热泵系统自动启动，往保温水箱补充少量热水，保证一直有热水用，要用多少就加热多少，水位会一直维持在最低水位状态，这种控制方法最省电费 三、传统太阳能热水系统介绍： 传统的太阳能热水系统（现在还有不少厂太阳能家在使用，但佳能通已不使用），对比单纯的电（燃油炉）加热，虽然也可以节省一部分电（油），但是使用不够方便，在某些情况下还会浪费电（油），因此是不完美的，其详细工作原理请看以下分析： 传统太阳能、电（燃油炉）辅助加热系统工作原理说明： 传统的太阳能热水系统，是由太阳能集热器、保温水箱、电（燃油炉）辅助加热系统、供热水管道四部分组成，而且用浮球阀控制水位，水位是一直保持满箱的状态，早上是满箱的冷水。 晴天，太阳能把集热器的冷水加热，热水密度小，会浮起来，水箱的冷水密度大，会沉下去，形成自然循环，整箱的冷水被慢慢的循环加热，水温逐渐升高，水温从20℃、25℃、30℃、35℃、40℃慢慢上升，一般情况下，在早上、上午，
浅谈太阳能热水器 发表时间：2010-04-06T16:11:41.200Z 来源：《建筑科技与管理》2010年第2期供稿作者：王朝辉1，张栋顺2 [导读] 随着能源的紧张，大气的变暖，各国开始注重新能源的发展 王朝辉1，张栋顺2 1.淄博市建筑设计研究院山东淄博255000； 2.淄博市规划信息中心山东淄博255000 【摘要】随着能源的紧张，大气的变暖，各国开始注重新能源的发展。太阳能作为一种清洁能源开始日益广泛的应用，太阳能热水器就是其中的代表。本文主要阐述了太阳能热水器与其他常用热水器，经过几个方面的比较，从而得出太阳能热水器的优势。 【关键词】节能减排；清洁能源；太阳能热水器；燃气热水器；电热水器；再生资源 On the solar water heater Wang Zhao-hui1，Zhang Dong-shun2 (1.Architectural Design & Research Institute, Zibo CityZiboShandong255000； 2.Zibo City Planning Information CenterZiboShandong255000) 【Abstract】With the energy of intense, atmospheric warming, countries began to focus on new energy development. Solar energy as a clean energy began to focus increasingly wide range of applications, solar water heater is one of the representatives. This article describes other commonly used solar water heaters and water heaters, after a comparison of several aspects to arrive at the advantages of solar water heaters. 【Key words】Energy-saving emission reduction;Elean energy;Eolar water heaters;Gas water heater;Electric water heater;Renewable resources 在全球能源形势紧张、气候变暖严重威胁经济发展和人们生活健康的今天，世界各国都在寻求新的能源替代战略，以求得可持续发展和在日后的发展中获取优势地位。太阳能以其清洁、源源不断、安全等显著优势，成为关注重点。在太阳能产业的发展中，太阳能热水器的热利用转换技术无疑是最为成熟的，其产业化进程也较光伏电池、太阳能发电等产业领先一步。发展替代能源是我国经济实现可持续发展的前提。十一五期间，在现有的能源和资源边界的约束下，能源替代这一有助于解决经济可持续发展瓶颈问题的产业，孕育着重大投资机会。在我国未来的能源消费格局中，决定不同形式能源的应用及发展前景的决定因素有两点，一是能源使用过程中的内外部成本，二是后继储量以及是否可再生。《国家中长期科学和技术发展规划纲要》指出2020年可再生能源在我国能源消费中的比重将达到16%。太阳能是最丰富的可再生能源形式，是所有化石能源及多种可再生能源的源头。我国必将步入更为多元化、清洁、高效的能源消费新时代。据测算，使用1平方米太阳能热水器，相当于每年节约120公斤煤。因此，我国应当大力倡导发展太阳能这样的可再生能源。本篇将从四个方面分析太阳能热水器与其他热水器相比较的优势。 1. 热水产量方面 燃气热水器有5升、7升、8升等不同的型号，是指在1分钟内将水温升高25℃时所产的热水量，如果自来水的温度为25℃，则每分钟可产50℃的热水5升、7升或8升。 电热水器的标注则是30升、60升、90升等等，这是指电热水器的容水量，相当于我们在电炉子上加一个水壶，这个水壶的盛水量是30升、60升、90升。拿一个8升的燃气热水器与一个40升的电热水器相比较，8升的燃气热水器可连续不断地产生每分钟8升的热水，而电热水器需要间隔半小时加热一罐水。如果这一罐水用完，还要等半小时左右。太阳能热水器按照年平均气温15.7℃、年日照时数2014小时、太阳总辐射总量年均为111.59千卡／平方米计算，如果集热面积为2平方米，年吸收太阳辐射能量为9.37×106千焦，按把水温升高35℃计算（基础水温10℃），全年可提供生活用热水（45℃）53.5吨，每人每次洗澡用热水约需50公斤，则全年可洗1070人次，平均每天可洗2.93人次。 2. 功率方面燃气热水器的功率要比电热水器大很多，拿一个8升的燃气热水器和40升的电热水器相比较，8升燃气热水器的功率相当于16~17千瓦，而40升的电热水器一般为3千瓦，这也是为什么燃气热水器可连续供应热水的缘故。那么，电热水器是否也可做成16千瓦的呢？这是不可能的，因为家用电表、电线都无法承受。而太阳能不需要消耗燃气及电能。只要天气晴朗，水温就能达到50~70度，在连续几天晴好天气的话则可到达70~90度。 3. 安全性方面 燃气热水器的优点是加热快、出水量大、温度稳定、结水垢少、占地小、不受水量控制。缺点是使用时要排出大量的废气，废气中除了二氧化碳以外，还有一氧化碳，如果使用时关闭门窗，通风不良，一氧化碳会增加，严重时会发生中毒事故，不符合国家大力推广节能减排的大趋势；另外，燃气热水器启动水压高，有些住高层的用户如果不装增压泵就无法起动；安装不方便，要在墙上打洞、安排气扇等。 电热水器的优点是能适应任何天气变化，普通家庭可直接安装使用，长时间通电可以大流量供热水；使用时不产生废气，所以从这一点上讲是既安全又卫生，目前市场上销售的电热水器多数还带有防触电装置。缺点是体积大、占用室内空间大、易结水垢、对电能浪费大，同样不顺应国家节能减排的大趋势。最新型的电热水器内置了阳极镁棒除垢装置，解决了产品容易结垢的问题，但阳极镁棒须两年更换一次，给保养带来了麻烦。太阳能热水器的优点是安全、节能、环保、经济，尤其是带辅助电加热功能的太阳能热水器，它以太阳能为主、电能为辅的能源利用方式，可全年全天候使用。 4. 使用成本方面太阳能热水器和电热水器的使用寿命一般都是10年，在使用成本方面，电热水器就算省着用，一天一罐水，一年要600元左右的电费，太阳能热水器一年估计40多天要用电，算100元电费，十年省5000元左右。购买成本方面，电热水器1000多的就不错了，而太阳能热水器的价格一般在3500元左右，使用太阳能热水器10年省2500元左右，我觉得买太阳能热水器一次投资大但总体来说使用节省。从以上分析可以看出，太阳能热水器采用的太阳能取之不尽、用之不竭。只要有阳光，太阳能热水器就可进行光热转换，一年四季均可运行。绿色环保。太阳能作为一种洁净的可再生能源，无环境污染，无安全隐患；使用寿命相对时间长，主要部件使用寿命可达十年以上；为避免太阳能完全受天气的控制太阳能热水器与其它能源配套使用，实现了全天候运行；经济效益显著。一次投资而长期受益是太
西安航空职业技术学院 毕业设计（论文） 论文题目：太阳能热水器控制器设计 所属学院：电子工程学院 指导老师：杨思俊职称：讲师 学生姓名：王游班级、学号: 15205109 专业：太阳能光热技术与应用 西安航空职业技术学院制 年月日 西安航空职业技术学院
毕业设计（论文）任务书 题目：太阳能热水器控制器设计 任务与要求： 时间： 2017 年 11 月20 日至 2018 年 1 月 20 日共 8 周所属学院：电子工程学院 学生姓名：王游学号：15205109 专业：太阳能光热技术与应用 指导单位或教研室： 指导教师：杨思俊职称：讲师 西安航空职业技术学院制 年月日 毕业设计(论文)进度计划表
本表作评定学生平时成绩的依据之一。
太阳能热水器控制系统设计 【摘要】 现在城市居民绝大部分都使用太阳能热水器，农村也有相当一部分人使用，太阳能热水器在技术上比较成熟，造价比较低廉，同时由于给人民提供绝对安全的热水而受到人们的欢迎，且具有节能、环保、安全、便利、长久等优点，所以它的应用也会越来越广，因此，研究和开发先进的太阳能热水器控制系统越来越重要。 该设计以单片机SST89E516RD为核心，结合单线数字温度传感器DS18B20、LCD1602液晶屏与蜂鸣器，设计一种数字化、智能化的太阳能热水器控制系统。该系统由主控芯片模块、DS18B20温度检测模块、LCD1602温度和水位显示模块、自动加水模块和水温超标警报模块组成。给出了各个模块的结构及其工作原理、系统硬件原理图、程序流程图和部分源程序，并结合理论设计进行仿真模拟测试。我们都知道，目前市面上大多数太阳能热水器都没有加水只能中断装置，并且只能在晴天使用，而阴天则无法加热。此系统将水温水位检测模块、水温水位显示模块与报警模块结合，LCD1602屏幕上会显示水位和温度，并且在水位低于设置值时可人控开启加水开关开始加水，LCD1602上显示水位变化情况，当水位到达标准水位时自动中断；当通电对水加热时，LCD1602屏幕上动态显示温度；当温度到达设定的标准温度时，触发警报系统，提示人关闭加热装置。此系统解除了太阳能热水器加水时无人守候造成水资源浪费和只能在晴天使用的问题，解决了人们常遇到的实际问题。该系统与传统的机械式控制系统相比较，具有结构简单，抗干扰能力强，使用方便等特点。 关键词：单片机SST89E516RD；温度传感器DS18B20； LCD1602液晶；警报
太阳能热水系统在寒冷地区的应用 一、前言 随着国民经济的发展，能源需求量日益增加，能源利用情况紧张，而常规能源的大量使用必将对环境造成不利影响。太阳能作为可再生能源的一种，取之不尽，用之不竭，同时又不会增加环境负荷，将成为未来能源结构中的重要组成部分。我国属太阳能资源丰富的国家之一，年辐射总量大约在3300-8300MJ/（m2.a），全国2/3以上面积地区年日照小时数大于2000h，每年陆地接收的太阳辐射能相当于2.4万亿吨标准煤，具有太阳能利用的良好条件。在建筑能耗中，生活热水、供暖能耗占了相当的比例，利用太阳能来满足生活热水、供暖这些低品位能耗的要求具有巨大的节能效益，因此，太阳能采暖技术越来越受到人们的重视。 二、太阳能资源利用的国际市场 欧洲各国由于重视节能和利用可再生能源，加上城镇和郊区基础设施完善，多年来积累了对供热基础设施进行节能改造、兴建可再生能源供热（生活热水和采暖）设施的大量经验。 欧洲各国的城镇基础供热（basicheating）大多是由区域供热（districtheating）设施提供的。而中欧、北欧国家的供热设施最为完善，传统上多采用建设大型热力站的方式为住户供热，这就使得大型太阳能热力站（Large－scale Solar Heating Plant）技术在欧洲得到了大量的工程应用。 欧洲大规模太阳能热水技术的工程应用普遍具有以下特点： 统一规划设计
新建和供热系统节能改造并存，系统类型多样 太阳能热水系统作为辅助系统与区域供热系统结合 全天候运行 既提供生活热水，也提供采暖 整合供热先进技术和设备，系统效率高 多元化组合能源系统（燃气、燃油、燃木屑、生物质能、电等）。 平板式集热器为主，安装部位有屋面、墙面、地面，可替代屋面板（德国、
太阳能与常规能源效益对比 随着社会经济迅速发展，能源紧缺已成当前世界面临的重要问 题，节约能源是我国的一项长期战略方针。在这样环境下，使用绿色 可再生能源已成为一种趋势，而太阳能作为其中之一，受到越来越多的关注。而利用太阳热水器究竟能够节省多少能源，大多用户不是很了解，下面我们以10吨太阳能热水系统为例，简单介绍使用太阳能热水器与使用其他常规能源的效益对比： 1、加热10吨热水(15C-55 C)所需要的能量 依据以下公式可计算得： Q w = Cm(t end-t a) =4.187*10000*(55-15) = 1674800KJ 其中 c:水的定压比热容，此处取4.187KJ心g ? C); m:水的质量，10000kg; t a：水的初始温度，15C； t end:贮热水箱内水的终止温度，55 C； 2、太阳能与电热水器效益对比 电加热的转化效率一般在90%左右，要产相同能量所需总电能为：0电=Q= 1674800/0.9 = 1860888kj 其中
Q所需热能； n:电的实际转换效率； 电热与热能的换算公式为：1度= 1kw?h= 3600000j= 3600kj 根据以上公式则每天需要电能为： 1860888/3600 = 517kwh 电费按0.6元/ kwh，则需517兴0.6 = 310元 由以上计算可以得出结论：用电热水器加热的热水20 (15C -55 C)吨每天所需电能517度，在电价为0.6元/kwh的情况下，折合人民币310元。 由于全国各地的气候条件不同，临汾市太阳能的实际使用天数 在270天，使用太阳能与使用电热水器相比，太阳能每年可节约费用为310元/天*270天/年=83740元/年 10吨太阳能系统一次性投资在18万元左右，所以太阳能系统的一次 性投资在2-3年内可回收成本。 3、太阳能与煤炭的效益对比 煤炭热值q煤炭=17690KJ/Kg 临汾煤炭参考价格0.7元/Kg 煤炭热转化效率为二45%左右，则要产生小要产相同热量所需总 煤炭为：Q =mq V=Q= 1674800/(17690*0.45)?210Kg q 每天所需要的费用为 210*0.7=147 元/天
毕 业 论 文 题目太阳能光伏发电系统 学院 __________江西太阳能科技职业学院___ 专业 _________光伏发电技术及应用___ __
摘要 本系统采用C8051F020为控制核心，实现了模拟太阳能光伏发电系统的功能。该系统主要通过太阳能储蓄电能，通过正弦波脉宽调制技术（SPWM）控制全桥逆变将直流电变为交流电，再经过变压器将电压变为所需的电压。该系统具有最大功率追踪（MPPT），输出电压与给定参考电压频率、相位同步，欠压、过流保护，欠压保护的自动恢复等功能，且具有LCD屏幕显示功能。 关键词：C8051F020 SPWM MPPT 欠压过流保护 Abstract This system uses C8051F020 simulation of solar photovoltaic power generation system to control the core functions. The system is mainly electricity through the solar savings by sinusoidal pulse width modulation (SPWM) control full-bridge inverter direct current into alternating current, and then through the transformer voltage into the required voltage. The system has the maximum power point tracking (MPPT), output voltage with a given reference voltage frequency and phase synchronization, undervoltage, overcurrent protection, undervoltage protection, automatic recovery, and the LCD screen display Keywords：C8051F020 SPWM MPPT Under-voltage over-current protection
太阳能热水器微电脑全智能测控仪使用说明现在目前大多数太阳能微电脑的功能与操作如下：（说明：为了用户跟好使用，本人义务为大家扫描微电脑说明书，有可能个别字乱码错误，见谅） 特点：上水实现全自动，有恒温补水功能，定时上水，水温水位数码彩屏显示，采用人性化设计，具有水位预置、低水压上水模式、可定时控制，手动控制、自动防溢流、高温保护等主要功能，使用更方便、更安全、更实用。 一、主要技术指标 1、使用电源：220VAC功耗：＜5W 2、测温精度：土2C 3、测温范围：0-99 %C 4、水位分档：五档 5 、电磁阀参数：直流DCI 2V，可选用有压阀或无压阀 二、主要功能 1、开机自检：开机时发出“嘀”提示音，表示机器处于正常状态 2、水位预置：可预置加水水位50、80、100％ 3、水位显示：显示太阳能热水器内部所有水量 4、水温显示：可显示太阳能热水器内部实际水温 5、水温预置：可预置加热温度 3 0％-80 ％，若不需要加热功能，可预置为00 C。 6、缺水报警：当水位从高变低，出现缺水状态时，蜂呜报警，同时位时，测控仪会自动进入低水压模式，“低水压” 图案点亮，在此上水模
式中，测控仪会间隔30 分钟启动一次，同时测控仪自动静音，以免上水、关闭时经常蜂呜，打扰用户休息：按“上水键”可取消该次低水压上水模式： 11 、温控上水：当水箱水未加满，水温以超过85~C 时，自动补水至合适水温65cC 左右，此功能可防止出现低水量高水温的不合理现象。 12 、定时上水：若有供水不正常，有时有水，有时没水等特殊情况用户可根据自己的生活习惯，设定定时上水或定时加热，设定完毕后测控仪每天会根据所设定的时间自动上水及加热。 1 3、强制上水：水位传感器出现故障时，可按“上水”键，实现强制止水，每分钟会出现蜂鸣提示，注意有无溢水，8 分钟后自动关闭上水。 三、使用方法 通电后，测控仪会自动将水位加满至100％，如果无太阳光照使 水温升高，则3小时后自动加热至水温50C，太阳能上水、加热是合智能运行的，因此，用户不必作任何操作，若想变更预置水位、水温或采用定时模式，可按如下方法操作： 1 、水温水位设置：先按“预置”键，当前预置温度。预置水位快速跳动，然后按“上水、水位”键设置水位，按“加热、水温”键设置水温，请用户根据自己的需要设置到所需水位和水温；建议设置水温不超过60?C,可充分利用太阳能，减少电加热，节约电能。2、定时控制：在需要定时上水或加热时，长按“上水、水位”键或“加热、水温”键盘，约 3 秒钟听到“嘀”短提示音后放手，数码显示“ 00''， 然后按“上水、水位”或“加热、水温”键调整时间，设定温度C或圆圈图案闪烁：若3小时后上水或加热，先按“上水、水位”键或“加热、保温” 键盘约3 秒钟，听到“嘀” 短提示音后放手，再按“上水、水位”
1．项目设计原则 太阳能集热器设计项目应遵循以下几方面的设计原则，科学设计太阳热水系统，使其达到合理、可靠、先进。 （1）遵守国家相关法律、法规及太阳能、给排水、采暖和土建等专业的相关标准、规范。 （2）综合考虑产品、系统的技术先进性、运行可靠性、经济性、使用便利性和使用寿命等各方面因素，选择实用、经济的方案。 （3）系统设计应安全可靠，内置加热系统必须带有保证使用安全的装置，并根据不同地区采取防冻、防结露、防过热、防雷、防雹、抗风、抗震等技术措施。（4）安装在建筑上或直接构成建筑围护结构的太阳能集热器，应有防止热水渗漏的安全保障措施；应设置防止太阳能集热器损坏后部件坠落伤人的安全防护设施；集热器不应跨越建筑变形缝设置。 （5）太阳能热水系统的给水应对超过有关标准的原水做水质软化处理。 （6）安装在建筑上的太阳能热水系统不得影响该部位的建筑功能，并应与建筑协调一致，保持建筑统一和谐的外观；应避免集热器的反射光对附近建筑物引起的光污染。 （7）太阳能热水系统的管线应有组织布置，做到安全、隐蔽、易于检修；为减少热损及循环阻力，循环管路尤其热水循环管路应尽量短而少弯；为了达到流量平衡和减少管路热损，绕行的管路应是冷水管或低温水管；管路的通径面积应与并联的集热器或集热器组管路通径面积的总和相适应。 （8）太阳能热水系统的结构设计应为太阳能热水系统安装埋设预埋件或其他连接件；轻质填充墙不应作为太阳能热水系统的支承结构。储水箱和集热器的安装位置应使其在满载情况下分别满足建筑物上其所处部位的承载要求，必要时应请建筑结构专业人员复核建筑载荷。 2．项目设计要求 鉴于该项目为连云港地区太阳能工程项目，并采用电辅助能源热水系统用于日常生活使用的特点，我认为，该项目设计要求有以下几点： （1）根据图纸的要求，在不影响楼房外观的情况下，合理设计太阳能热水系统，太阳能集热系统布置方式、色彩等应尽可能做到与建筑相协调。 （2）系统采用楼面太阳能集中集热方式，春、夏、秋、冬晴天以太阳能制热为主，以电辅助加热为辅。要求24小时热水供应，打开龙头既有热水。 （3）系统应备有超压保护、低温保护、过热保护等功能。 （4）系统应保证全天供应热水，并考虑在高峰用水情况下，确保热水供应问题，循环供水方式打开淋浴头进出热水。
屋面太阳能热水系统 编写时间： 2008年05月 屋面太阳能热水系统 一、太阳能建筑 1 太阳能建筑被建筑界认为将成为现代建筑的发展趋势。 太阳能建筑是指用太阳能代替部分常规能源为建筑物提供采暖、热水、空调、照明、通风、动力等一系列功能，以满足或部分满足人们生活和生产需要的建筑。 2 太阳能建筑的发展阶段： 第一阶段： 被动式太阳房。它是一种完全通过建筑朝向和周围环境的合理布置、内部空间和外部形体的巧妙处理以及材料、结构的恰当选择、集取、蓄存、分配太阳热能的建筑。 第二阶段： 主动式太阳房。它是一种以太阳能集热器、管道、风机、泵、散热器及贮热装置等组成的太阳能采暖系统或与吸收式制冷机组成的太阳能采暖和空调建筑。 第三阶段： 零能耗房屋。利用太阳能电池等光电转换设备提供建筑所需的全部能源，完全用太阳能满足建筑采暖、空调、照明用电等一系列功能要求的建筑。 3 现阶段我国发展太阳能建筑的必要性。 目前在常规能源少，建筑能耗大的情况下，要求环境保护以及实现全面小康要求等因素共同作用下，我国大力发展太阳能建筑迫在眉睫。 降低建筑能耗的需要： 我国建筑总能耗约占社会终端能耗的27.6%，其中，北方城镇建筑采暖和农村
生活用煤约为 1.6亿吨标准煤/年，占我国2004年煤产量的11.4%，建筑用电和其他类型的建筑用能折合电力总计约为5500亿千瓦时/年，占全国社会终端电耗的27%-29%。按照目前的建筑能耗状况，到20 年我国建筑能耗将比2004 年增加2.5亿吨标准煤/年和新增耗电5800亿-6300亿千瓦时/年，总计折合电力约1.3 万亿千瓦时，新增量相当于目前建筑总能耗的 1.3 倍。根据发达国家经验，随着城市的发展，建筑将超越工业、交通等其他行业而最终居于社会能源消耗的首位，达到33%左右。我国城市化进程如果按照发达国家发展模式，使人均建筑能耗接近发达国家的人均水平，需要消耗全球目前消耗的能源总量的来满足中国建筑的用能要求。因此，探索一条不同于世界上其他发达国家的节能途径，充分利用我国拥有丰富的太阳能资源，大力发展太阳能建筑成为当前降低建筑能耗的需要。 环境保护的需要： 有关资料显示，世界各国建筑能耗中排放的二氧化碳约占全球排放总量的，我国目前约90%的二氧化硫和氮氧化物排放来自化石能源的生产和消费。目前，我国仍有 4 亿左右农村居民依靠直接燃烧秸秆、薪柴等提供生活用能，生物质燃烧产生大量的二氧化碳及有害物质。大气污染造成的酸雨、呼吸道疾病已严重威胁人体健康和经济发展。我国具有丰富的太阳能资源，年日照时数在2000 小时以上地区约占国土面积的以上，对太阳能应用的预测结果为，在正常和生态驱动发展两种模式下，2050 年我国太阳能利用在总能源供给中分别达到 4.7%和10%。对我国未来二氧化碳减排的潜力估计是，到2010 年以后，太阳能利用对减排开始有明显作用，20 年以后开始有较显著的作用。 二、太阳能的基本知识 太阳能是最重要的基本能源，生物质能、风能、潮汐能、水能等都来自太阳能，太阳内部进行着由氢聚变成氦的原子核反应，不停地释放出巨大的能 量，不断地向宇宙空间辐射能量，这就是太阳能。太阳能内部的这种核聚变反应可以维持很长时间，据估计约有几十亿至几百亿年，相对于人类的有限生存时间而言，太阳能可以说是取之不尽，用之不竭的。 1 太阳辐射 太阳辐射热是地表大气热过程的主要能源，也是对建筑物影响较大的一个参数。当太阳的射线到达大气层时，其中一部分能量被大气中的臭氧、水蒸气、二氧
太阳能热水系统设计及经济性分析 摘要：介绍宁波地区一种集中式太阳能热水系统，并对其进行经济性分析及绿建评价介绍。 关键词：太阳能热水集中式经济性分析绿建评价CO2减排量 项目拟建教学综合大楼地下一层，地上层数均为九层。其中综合楼建筑高度为：35.9m。 1热源 燃气真空热水锅炉房作为主要热源，太阳能作为辅助热源。 2热水系统分区 热水分区同给水系统，生活热水的供回水温度为60℃/50℃。热水系统横干管及立管设置同程，各卫生间内的横支管均设置循环回水管。 各楼设置循环水泵进行机械循环，循环流量为最大小时热水用水量的5%。 3太阳能热水系统概况 考虑到用水量较大，用水时间较集中，集热器面积较大，屋顶有充足的位置设置太阳能集热器，因此选用集中式系统。 系统优点：集热器和储热容积的共享，可以使同一单元的热水使用峰值下降，均衡度提高，有利于提高系统的经济效益。供水的温度和水量保证率高，类似于集中热水系统。本系统集热器采用U型真空管，采用混凝土基础安置在楼顶，没有坠落隐患，工程造价低；管理方便。本系统集热器及循环控制设备均设于公共空间，便于物业统一管理，统一维护，能够更有效的保证系统长期正常运行，在设备使用年限内持续发挥效力，避免了用户因维护成本高而放弃使用所造成的投资浪费。 系统缺点：有收取热水费的管理问题，若不采用集中辅助加热的形式，系统内各用户用热量的均衡难以控制。若采用集中辅助加热的形式，收取热水热水费及维护管理比较复杂。但本项目作为物业集中统一管理不收热水费，故无此缺点。 通过以上对集中式系统的分析，笔者认为选用集中集热、集中储热的集中式太阳能供水系统，比较适合本工程的用水需求。 4太阳能热水系统计算
太阳能发电系统设计 1引言 从“蒸汽机”到“电动机”的一系列动力技术发明，人们逐渐认识到，能 源技术的革新带动人类社会日益进步，对社会发展起着巨大的推动作用。但至今所采用的化石燃料能源带给人类文明与进步的同时，却因能源需求消耗的大幅提高以及随之而来的环境污染，形成了巨大的能源缺口，同时给环境造成巨大灾难。目前，油气资源的供不应求已成为我国经济发展的瓶颈，电力供应不容乐观，天然气用量迅速增长…… 最新的资料表明太阳光的充分利用，是最清洁，环保，取之不尽的可再生能源。 太阳能的利用 我国太阳能资源丰富，陆地每年接受的太阳辐射能，相当于2.431012tce，2/3国土面积的太阳能总辐射量超过0.6MJ/m2。如果将太阳能源充分加以利用，不仅有可能节省大量常规能源，而且有可能在某些区域完全利用太阳能采暖。 目前，太阳能利用主要有两个途径，即光热和光伏。光伏是根据光生伏特效应原理，利用太阳能电池将太阳光能直接转化为电能。光伏发电在太阳能利用上是主流，前景好。 太阳能原理 太阳能电池发电的原理是基于半导体的光电效应，即一些半导体材料受到光照时，载流子数量会剧增，导电能力随之增强，这就是半导体的光敏特性。 在晶体中电子的数目总是与核电荷数相一致，所以P(N)型硅对外部来 说是电中性的。若将P(N)型硅放在阳光下照射，仅是被加热，外部看不出 变化。但内部通过光的能量，电子从化学键中被释放，由此产生电子－空 穴对，但在很短的时间内（在μS范围内）电子又被捕获，即电子和空穴 “复合”。 1 / 20
当 P 型和 N 型半导体结合在一起时，在两种半导体的交界面区域里 会形 成一个特殊的薄 层，界面的 P 型一侧 带负电，N 型一侧带正电 。这是由于 P 型半导体多空穴，N 型半导体多自由电子，出现了浓度差。N 区的电 子会扩 散到 P 区，P 区的空穴会扩散到 N 区，一旦扩散就形成了一 个由 N 指向 P 的 “内 电场”， 从而阻止扩散 进行。达到 平衡后，就形 成了这样一 个特殊的 薄层形成电势差，这就是 P －N 结。 至 今为 止，大多 数太阳能 电池厂家都是 通过扩散工艺， 在 P 型硅片 上形成 N 型区 ，在两个 区交界就 形成了一个 P －N 结（即 N+ ／P ）。太 阳能电池的基本结构就是一个大面积平面 P －N 结） 如果光线照射在太阳能电池上并且光在界面层被吸收，具有足够能量的 光子能够在 P 型硅和 N 型硅中将电子从共价键中激发，以 致产生 电子－空 穴对。界面层附近的电子和空穴在复合 晶片受光过程中，空穴(电子)往 P(N)区移 之 前，将 通过空 间电荷 的电 场作用 被 相互分离。电子 向带正 电的 N 区 和空 穴向带负电的 P 区运动。通过界 面层 晶片受光后，空穴(电子)从 P(N)区正(负)电极流出 产生 一个向外 的可测试的电 压。通过光 照在界面层 产生的电 子－ 空穴对越 多， 电流越大 。界面层吸收 的光能越多 ，界面层即 电池面积 越大，在太 阳 能电池中形成的 电流也 越大。 此即为光生伏特效应。 光伏系统 光伏系统是利用太阳电池组件和其他辅助设 备将太阳能转换成电能的系统。一般分为独立系 统、并网系统和混合系统。 白天，在光照条件下，太阳电池组件产生一 定的电动势，通过组件的串并联形成太阳能电池方阵，使得方阵电压达到系统输 入电压的要求。再通过充放电控制器对蓄电池进行充电，将由光能转换而来的电 能贮存起来。晚上，蓄电池组为逆变器提供输入 电，通过逆变器的作用，将直流电转换成交流电， 2 / 20 的电荷分离，将在 P 区和 N 区之间
太阳能知识简介 一、太阳能常识问答 1．什么是太阳能？太阳是一个炙热的气态球体，它表面温度约为6000摄氏度。她不断向宇宙空间发射电磁波，包括紫外线、可见光和红外线等，所谓太阳能实际上就是指太阳的辐射能量。其主要能量集中在0.3μ~3.0μ（微米）的波段，因此太阳辐射为“短波辐射”。到达地表水平面上的太阳辐射包括直接辐射和散射辐射两部分。 2．太阳能量有多大？太阳辐射的能量是巨大的，到达地球表面的太阳能总功率为1.7x1017瓦，相当于全世界发电量的几十万倍。另外有一个术语叫太阳常数，指的是：日地平均距离时，地球大气层上界垂直于太阳光线表面的单位面积上，单位时间所接受到的太阳辐射通量，国际通用标准为1353瓦/米2。那么太阳辐射穿过大气层时，受到空气分子、水蒸气和灰尘的散射和吸收，会显著衰减。对于某一地区来讲，一年总会有一天，当天空情况极为良好的时候，所接受到的太阳辐射能量最接近太阳常数，但这一天并不一定是夏天。不同地区差异很大，各地气象单位一般都有当地一年的太阳辐射观测数据。 3．一平方米太阳能热水器能节约多少能源？减少多少大气污染？以北京为例，每平方米采光面积太阳能热水器，每年可节约标煤120kg，二氧化碳216kg。 4．什么是选择性吸收涂层？ 由于太阳能的主要能量是集中在0.3~3.0μ（微米）的波段，五十年代末，以色列科学家Tabor提出了光谱选择性吸收理论。他要求吸收部件表面在0.3μ~2.5μ太阳光谱内具有较高吸收率（α），同时在2.5μ~5.0μ红外光谱范围内保持尽可能地的热发散率（ε），换句话说就是使吸收表面最大限度的吸收太阳辐射的同时尽可能减小其辐射热损。这种表面涂层就是所谓选择性吸收涂层。显而易见，涂层的两个重要参数α、ε对提高集热器的热效率起着至关重要的作用。在1981~1983年间，桑普研制成功了铝阳极化电解着色选择性吸收涂层，太阳吸收率为α=0.92~0.96、发射率ε=0.10~0.20。1986~1988年研制成功黑钴选择性吸收涂层。该涂层具有良好的光谱选择性(α=0.92~0.96ε=0.06~0.08)，适合应用在工作温度较高的真空集热管上。采用该涂层生产φ65热管式真空集热管，其性能已达到荷兰菲利普公司同类产品的水平。 二、太阳能热水器常识 1．太阳能热水器是如何工作的？
浅析高层建筑中太阳能热水系统的应用 【摘要】随着房地产市场的不断发展，居民住宅建筑的规模要求越来越高，其中高层住宅也更加普遍。太阳能热水系统在高层住宅中已经得到了广泛的推广。本文针对目前常用的太阳能热水系统类型进行分析，并尝试下提出了适用于高层住宅的太阳能热水系统技术。 【关键词】高层住宅太阳能热水系统技术 随着我国社会经济的高速发展，科学技术日新月异，很多技术被逐渐普及到人们的生活与生产当中，其中太阳能热水系统就在很多高层住宅中进行使用，而且在我国大部分大城市住宅中，无论是房地产开发的项目，还是保障性住房等等，目前都以高层居多，26层以上的住宅已经很普遍。因此，太阳能热水系统在高层建筑中的使用是一个值得探讨的问题。 1 常用太阳能热水系统的分类 1.1 集中集热——分户储热太阳能热水系统 此类系统的太阳能集热器将在屋面进行集中放置，集中储热水箱不在系统中设置，需要针对每一个用户设置一个储热水箱，水箱内部设置换热盘管与电辅助加热装置，在楼梯间或者屋顶处设置控制系统、循环装置，以及必备的一些辅助设施。在太阳不断照射的情况下，集中设置的集热器的温度会不断的提升，在智能控制系统的作用下对循环泵的启动或者停止进行有效控制，保障集热器与更多储热器水箱之间有热媒进行辅助循环，热媒主要利用储热水箱中与换热装置中的水来实现热量交换的功能，从而对储热水箱中的水进行加热。此类通过顶水式供水的方式来对热水进行供应，确保冷水与热水在供水时，水压等同，这样在实际使用的过程中才会更加舒适。将太阳能热循环系统与用户用水系统分割开来，太阳能热水系统的主要功能是为广大用户提供热能，而不是我们所想的热水，因此，热水费用是不必收取的。通常用户的辅助热源都是采用的电加热，太阳能系统与加热的综合使用才能确保用户24小时有热水使用。 1.2 分户集热——分户储热太阳能热水系统 此类系统也被称之为户式太阳能热水系统，主要是以住户为单位进行太阳能热水系统的安装，所产生的热水一般只针对一个用户的使用。通常此类集热器放在屋顶或者阳台，由于热水系统结构存在一定的差异性，使用比较普遍的是多层住宅区，将其设置在屋面的非承压整体式太阳能热水系统，而高层住宅主要设置在阳台外侧的挂式太阳能热水系统。 非承压整体式太阳能热水系统主要是将家用太阳能热水器在屋面进行集中安置，在太阳光的照射下，集热器不断吸收阳光从而使其水温提升，其中存在的循环动力是储热水箱中与集热器中的水温差形成的，保障集热器与储热水箱中的
太阳能发电原理及应用 指导老师： 关键词：半导体，蓄电池，光伏充电控制器 摘要：本文介绍了由本人所构想的一种新型干电池，由目前比较成熟的太阳能发电系统所得到灵感经过一定的理论分析和创造所发明的一种新型干电池。主要由太阳能半导体，蓄电池，光伏充电控制器构成。太阳能半导体产生“光生电流”，“光生电流”储存在蓄电池内，需要时通过电路释放出来，而光伏充电控制器则连接在半导体与蓄电池之间可以控制太阳能电池的输出电压, 可以保护电池不被过充, 同时, 也晚上太阳能电池不发电时, 防止蓄电池的电倒流。 正文 引言 我国是电池生产和消费大国，去年电池的产量和消费高达140亿只，占世界总量的1/3。平均每人每年3.5枚。但我国目前的废旧电池的回收情况却令人非常担忧。据有关部门统计，北京市每年消耗2亿只电池，共计6000吨，1999年回收了60吨，回收率仅为1％，2005年的回收率也只有5％，回收量实在是微乎其微。上海市每年小号电池约4.5亿节，但每年回收量约50吨，不足每年耗量的1％，最近，来自上海市环保部门的一份报告显示，含铅最多的铅蓄电池回收率也比较低，150万只报废电瓶四处抛散。所以我就想到了太阳能干电池，太阳能干电池所耗太阳能无限可再生和零排放能源，对当地环境没有影响，可重复使用对于偏于地区手电筒照明，个类儿童玩具，各类家用遥控器。 一方案设计 发电原理：硅原子的外层电子壳层中有4个电子。在太阳辐照时，会摆脱原子核的束缚而成为自由电子，并同时在原来位置留出一个空穴。电子带负电；空穴带正电。在纯净的硅晶体中，自由电子和空穴的数目是相等的。如果在硅晶体中搀入能够俘获电子的3价杂质，如：硼，鋁，镓或铟等，就成了空穴型半导体，简称p型半导体。如果在硅晶体中搀入能够释放电子的磷，砷，或锑等5价杂质，就成了电子型半导体，简称n型半导体。 p-n结内建电场：