太阳能工程：高效能无水箱太阳能热水器技术探讨

　　进水控制器采用重庆光煦的专利（专利号：ZL 2015 20736568.X）产品双球磁控阀，目前太阳能热水器水箱上使用的上水阀芯体积大，而且承受的压力小、出水量少。如果太阳能热水器使用时，集热管一旦出现爆裂，自来水就会不停的加水（主要原因是因为水箱与自来水管连接的进水阀中进水阀开关控制膜片一直处于打开状态）；同时水箱如果发生大的泄漏或渗漏故障时，也会浪费大量的自来水，直到用户发现后才能将自来水阀进行关闭。根据以上问题，重庆光煦对该类阀芯进行改进，在阀杆上和阀杆顶端安装有固定板，固定板上安装有进水阀阀体，并在阀杆上安装有上下滑动的上浮球和下浮球，在上浮球和下浮球之间的阀杆上套装有上下滑动的推动管，在阀杆下端设置有下浮球上下浮动限位的限位机构，对应进水阀体内的进水阀开关控制模片在阀杆的上半部分设置有利用上浮球浮力控制进水阀开关控制模片的启闭机构。所以就可以真空管集热器在满水时才能进水，防止系统高温时无水加水炸管的发生。

　　当前太阳能热水器已经广泛地应用在人们生活中，尤其是在农村家庭，方便了人们生活热水的供应。现有的太阳能热水器主要包括支架、保温桶和真空集热管等组成，真空集热管直接插在保温桶上，这样的太阳能热水器在使用时，当真空集热管的热水与保温桶内的水进行热交换时，保温桶里的水温升温不高；在阳光不充足的情况下，这样的太阳能热水器满足不了人们生活热水的需求。

　　根据上述问题，经过多年潜心研究和开发出具有自主知识产权的太阳能集热管进出水机构（发明专利号：ZL 2013 10570150.1）采用的是多个热水集热单元以及在每个热水集热单元上设置排气口的设计方案（太阳能集热管采用的是先并联再的设计方案），解决了在阳光不充足的情况下，仍能满足人们生活热水供应。每个热水集热单元均设置排气口，所以太阳能集热管不容易破裂或者炸裂。为了解决上述问题发明人设计了一套集热组件，主要包括真空集热管和真空集热管进出水部件，真空集热管进出水部件由于采用的是多个热水集热单元（一般四个真空集热管为一个集热单元）以及在每个热水集热单元上设置排气口的设计方案，并且在每个热水集热单元均设置排气口，所以太阳能集热管不容易破裂或者炸裂。但也有不足：当阳光很充足的时候，集热组件内会产生多余的高温热水，而这些多余的高温热水无法得到储存，导致集热组件热效率不高，不能满足人们生活热水的需求。

　　根据以上现有技术中的不足，该产品要解决的技术问题是：提供一种分离直接式太阳能热水器，其结构简单，确保了人们生活热水的供应需求。

　　所谓分离直接式太阳能热水器，包括上水阀、保温桶和集热组件，其特征在于：上水阀的供水口通过供水管线与集热组件的进水口连接相通，集热组件的出水口通过热水进水管线与保温桶的进水口连接相通，在热水进水管线上安装有温控阀，上水阀上部设置有循环进水管套，循环进水管套固定在保温桶上，在循环进水管套内通过密封环固定有循环进水管线，循环进水管线一端与上水阀的循环水口相通，另一端设置在保温桶底部，集热组件的排气口通过集热排气管线穿插在保温桶内，集热排气管线出口高于上水阀的最高水位，在保温桶底部设置有保温供水管线，在温控阀至集热组件的热水进水管线上连接有集热供水管线。

　　上述上水阀为现有技术，主要作用是当集热组件内缺水的时候进行补水，其补水管有两条，第一条是循环进水管线，将保温桶内的热水与集热组件进行循环；第二条是自来水进水管线，当保温桶内的水量不够时，由自来水进水管线）确保保温桶内不进冷水，集热排气管线出口必需高于上水阀的最高水位。有效防止了集热组件低水温的水进入保温桶；

　　（2）温控阀的准确测量，优选所述温控阀到集热组件的出水口处的距离为30mm～60mm；

　　（3）减少保温桶内热水的散热量，循环进水管线的另一端设置在保温桶底部，防止了保温桶热量直接散发；

　　（4）进一步减少保温桶内热水的散热量，优选所述保温桶为下排气方式，下排气管从保温桶底部穿入，下排气管的穿入口高于上水阀的最高水位。设置下排气管时，由于在保温桶内的管段内的空气受到热水的加热，在天气的变化下，就可以有效地降低下排气管内空气的对流量，从而达到散热少的目的；

　　（5）进一步确保密封效果以及方便安装维修，在所述集热排气管线与保温桶之间设置有密封圈；

　　（1）本产品其结构简单，在人们使用热水时，有两个供热水口，分别为保温供水管线和集热供水管线。在使用时如果因阳光不充足，保温桶内的热水就会很少，甚至没有时，就可以打开集热供水管线将集热组件内的热水进行热水供应，确保了人们生活热水的供应需求；

　　（2）如果阳光非常充足，温控阀会自动打开，将集热组件内会产生多余的高温热水进行储存，以备阳光不足的时候使用（使用时，既可使用保温桶里的热水，还可以使用集热组件内的水）。在下排气管作用下，由于在保温桶内的管段内的空气受到热水的加热，在天气的变化下，就可以有效地降低下排气管内空气的对流量，从而达到散热少的目的。

　　其中“吸热功率”是指：在阳光照射下，集热管每秒钟吸收太阳辐射的能量（热量）。

　　（3）本项目产品已通过国家级检验达一级节能标准.对产品样品进行了能源效率检测，日有用得热量QS(e)=8.6,高于国家标准要求水平14.67%；平均热损系数US（e）=13，高于国家标准要求水平18.75%。

　　本产品的技术指标具有以下优点：1.集热器面积为2.8m2、水箱为0.13m3。产生热水的效率比现有的太阳能集热器高35% 左右。真空管能做到密排，增大吸热面积，减少成本,提高效率。不用别的能源就能将上下水管排空，避免北方的冬天低温条件下水管不会堵塞。由于先使用真空管的开水或热水，所以比现在的太阳能热水器集热系统干净卫生，可达到饮用开水。

　　（5）夏天太阳一小时能洗澡，冬天太阳2小时能洗澡，配置合适的集热器面积后，加热速度与电热水器相近。安装方便，与斜坡房子安装时能与建筑面结合在一起，美观，安全。北面斜坡房除外。水温高、效率高，可用于北方取暖、太阳能开水器、太阳能锅炉、太阳能热水工程。由于是用冷水顶热水，真空管内无死水，水干净、卫生、 美观、体积小、成本低，管数可任意组合。

　　案例一是一台安装在南方农家农房上的无水箱太阳能热水器，线 支管, 每支容水量约4.7L 水,共94L 水,在夏晴好天时,每支真空管吸收的热量大时，一般当天早上加的冷水到下午2 点左右就升到开水温度，热水换成电功率约700W，20支管相当于14kW的电功率产生的热量。本太阳能无水箱热水器，能满足农家煮猪食和农户洗澡等要求。

　　太阳能热利用中技术成熟、广泛应用的方式集中在中低温领域，太阳能中温热利用在农业领域有望发挥巨大节能减排作用。随着可再生能源在全球能源结构中的地位日益显著，占终端能源消费的比例将逐年提升。太阳能光热行业在农业方面的应用潜力巨大，有着非常广阔的发展空间，太阳能热利用方式的共同发展将会为世界节能减排以及煤炭替代和用能结构调整作出巨大的贡献。如上图这台高效太阳能热水器，在南方日照比北方少的情况下，每年节电1300kW·h，按一kW·h 0 .5元算，一年节电费650 元，约4 年收回购机成本。

　　来源：《中国太阳能工程》2017.2月刊P33 作者：重庆光煦科技有限公司/李光兵

　　⊙5月23日（周二）将发布：【工程案例】贡嘎雪山下光热光伏相结合太阳能集中系统