太阳能热水器技术

太阳能热水器，利用太阳能产生热水的设备。典型的太阳能热水器由安装在建筑物屋顶上并连接到储水箱的太阳能收集器组成。根据系统的不同，未加热的水可以通过集热器从水箱中循环以直接加热，也可以被集热器中加热的高容量热交换流体加热，并通过管道中的水将其热量传递给水。坦克。尽管无需机械手段就可以被动地促进从太阳能收集器到未加热水的热传递，但“主动式”太阳能热水系统使用电来循环热交换流体并操作机械泵和控制器。

尽管使用太阳加热家用水的做法可以追溯到几种古老的文化，但直到1891年，第一个获得专利的太阳能热水系统才在商业上出售。该系统是由马里兰州巴尔的摩市的克拉伦斯·肯普（Clarence Kemp）发明的，被称为“高潮”，并在加利福尼亚州和其他温暖的美国州盛行。由于使用传统燃料加热水的成本相对较高且不便，因此许多家庭渴望在这些太阳能热水器上进行投资。但是，Climax系统的局限性在于，加热元件的容量是储罐的两倍，因此限制了可用的热水量。1909年，威廉·J·贝利（William J. Bailey）申请了专利，该系统将储水箱与太阳能加热元件分开，构成了当今使用的太阳能热水器设计的基础。

主动和被动系统

主动式太阳能热水系统使用机械泵和差动控制器来调节和引导传热流体或水从太阳能收集器到水箱的流动。控制器感应水箱中的水和太阳能集热器之间的温度差，并在水箱中的水冷却到集热器温度以下时打开泵。一些泵使用市电（线电）运行，而另一些泵则使用太阳能光伏板产生的电。尽管某些太阳能系统仅在阳光明媚时才使流体循环，并将热水存储在绝缘良好的水箱中以供夜间空间加热，但其他系统则使用市电作为夜间和阴天的备用。在主动式太阳能热水系统中，储水箱可位于屋顶空间内或其他任何位置，这些位置将使冷空气的热量损失降至最低，因为水的流动不仅仅取决于重力。因此，这些水箱可以与家用空间供热系统中的热水缸结合使用，而太阳能热水系统可以在冬天用于预热缸中的水以进行空间供暖。

在不存在夜间或冬季冻结现象的炎热气候下，依靠重力而不是电力的无源系统最为有效。一些无源系统使用热虹吸配置，该配置使用重力和对流热流。高处的冷水在重力作用下向下流到太阳能集热器，当水通过集热器并加热时，通过对流上升，再次到达储水箱。被动式系统的另一种类型是集成的集水器存储系统，其中集水器形成储水箱的顶部并直接加热水箱中的水。