太阳能热水器发展前景及其储能技术探索

据计算，在沙漠地区平均每平方公里每年接收的太阳能约为2×10\+9千瓦时，以一块300公里长，200公里宽的面积（相当二分之一福建省面积）接收的太阳能就可满足目前世界总的能量需求，因此太阳能相当巨大，可以说是取之不尽而且还是无污染的新能源。

太阳能热水器开发利用现状与发展前景　　我国太阳能热水器开发利用始于二十世纪五、六十年代的闷晒式，到了七、八十年代发展为平板式及直管式。目前已开发的第三代是真空管式太阳能集热水器，经过“七五”期间的科技攻关，清华大学在国外技术的基础上研制出具有世界先进水平的两种真空管式太阳能集热器：即全玻璃真空管太阳能集热器和热管式真空集热器，它运用优良的阳光选择性吸收膜层及高真空保温技术，具有单向导热性能佳、稳定性好等优点。经过不断更新改造，其防冻、防冰雹及保温性能都得到进一步改善。

另外为了解决阴雨天不能使用太阳能的难题，上述产品还配套管状电加热辅助装置及相应的水位、加热自动控制系统等，具有一定的市场开发前景。上述产品近几年已在全国各地推广应用，并已进军国外市场。但是它的市场占有率与电热水器及液化气热水器相比还有相当大的差距，特别是在多雨地区差距更大。笔者认为它之所以尚不被人们所普遍接受，主要有以下几个方面：　　1、虽然太阳能热水器的价格经过多次下调，但目前的价格（2500～3600元/　台）还是比电热水器及液化气热水器高出数倍；　　2、虽然采用电加热辅助装置可以解决阴雨天的难题，但长期的阴雨季节其耗电量也是难以承受的。　　3、由于太阳能热水器的安装与房屋不配套，安装时穿墙打洞，管线乱拉，特别是当一幢楼房不是全部而是部分使用太阳能热水器条件下，屋顶更显得不够整齐，严重影响住房的外观及城市的市容、市貌，给政府有关部门管理带来难题。

太阳能热水器储能技术设想　　太阳能热水器的产水能力与太阳照射强度、连续日照时间及背景气温等密切相关。我们从太阳光照日夜交替、季节变化等特点可看出：在夏季太阳照射的强度最大，连续日照时间最长，背景气温也最高；而在冬季则相反，强度最小，连续日照时间最短，背景气温也最低。粗略计算冬夏产水能力相差约4～6倍。　　然而人们最需要大量使用热水的季节正好又在太阳能热水器产水能力最小的冬季，而太阳能热水器产水效率最高的夏季，人们不仅少用热水而且多用冷水，这种大的反差也正是太阳能热水器不被大部分人所接受的原因之一。　　针对上述，如果能把太阳能夏季生产的热水保温储存下来留在冬季及阴雨季节使用，这就不仅可以发挥太阳能热水器的最佳功能，而且还可以把它昂贵的价格大大降低（由于它增大了夏季单台产水能力并取消了电加热辅助装置），就能为大部分中低收入水平的住户所接受。

在目前技术条件下，最佳的方案就是将夏季太阳能加热的热水就地回灌储存于地下含水岩层中，而且也只有地下含水岩层才有这么巨大的储存空间能够容纳整个夏季所加温的水量进行调峰。　　关于回灌技术问题，在目前来说已不是什么重大的技术难题，国内外在回灌技术方面已有很多成熟的经验。如日本、法国、冰岛等国为了防止地热水有害成分的污染而执行的地热余热水回灌，上海市为了防止地面下降与解决夏季大量用冷水问题而采用了“冬灌夏用制”福州地热田为了解决地热水量的不足（由笔者主持）而进行了冷水深循环热交换回灌试验等均取得不同的成果。

含水岩层的保温与蓄热机理　　岩石（或粘土层）是一种极不良的热导体，它具有很小的热导率。国外有人作过测定，热传递通过厚仅10米的岩石大约需要三年时间，这就是为什么地下管道不冻结和为什么在地表有大的季节性的温差变化而地下室几乎保持恒温的原因。同理，地下水（井水）之所以相对于外界气温呈夏凉冬暧，也是由于它深埋于地下含水岩层中，而且其上部有一层很厚的隔水隔热岩层才能保持恒温的道理。关于蓄热问题。蓄热分低温蓄热和高温蓄热两种，例如太阳能暧房、干燥器、热水等一般只需100℃以下的温度，属于低温蓄热，低温蓄热一般利用物质的热容量，如水、盐水、砂石等的热容量就比较大，这类蓄热材料消耗量大，但价廉。高温蓄热指温度超过100℃以上，它主要利用物质的相变热，同时也利用物质的热容量。

太阳能热水器加温——回灌储能调峰利用模式　　由于采用回灌储能，所以就必须打水井，而且一般是双井结构，即一口井专门抽水至太阳能热水器进行加温，加温后的热水先经用户使用，若用户不用或用不完则回流至另一口井灌入含水层内，当阴雨季节太阳能热水器无法工作时，又由回灌井将含水层中储存的热水抽上供给用户。因此不可能一户打两口井，而是一个住宅小区或几个住宅小区打两口井，所以必须采用集中供热方式。

另外，为了热水能顺利集中回灌入含水层内而不被冷水流所分割造成水温下降也不允许打密集型井，而要求统一规划打对井。　　此外，也只有采用集中供热方式并将热水器也集中在2幢或几幢屋顶进行统一布局安装，这样就不会影响外观，而且也便于集中维修（因为平均一户热水器占地面积仅1.5平方米左右，而一幢400～500平方米的屋顶就可安装150～200套）。采用集中供热后，由于不可能全体用户在同一时刻用热水，而且还有大容量的地下调峰热水库补充，所以安装150～200套热水器可作200～300套用，因此也相应降低了投资成本。