分析最大化利用太阳能热水系统

陕西力拓新能源工程设备有限公司/栗彦军

　　晴天时，太阳能把集热器内的冷水加热，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℃慢慢上升，一般情况下，在早晨、上午水温不够热，晚上用热水时，冷水同时会自动进入水箱底部，也就是说一边用热水一边进冷水，冷热水在同一个水箱内，冷热水交界面会相互传热混合，导致水温逐渐下降，开始用水时很热，后来逐渐变冷，最后导致20%的热水变成温水，造成浪费。若当天晚上剩余半箱热水，则水箱底部就会有半箱的冷水，第二天早上形成一箱的温水，导致无法使用。

　　下雨天时，由于没有太阳，水箱里的水是冷的，到下午3点，电（燃油炉）辅助加热系统会自动启动，把整箱冷水加热至50℃，若当天热水用不完，就会浪费电（油）。

　　综合以上分析，传统太阳能热水系统有以下四个主要缺点：

　　（1）利用太阳能把整箱水循环加热，升温缓慢，早晨及上午水不够热，无法提供热水；

　　（2）用浮球阀控制水位，用热水时，水箱一边出热水，一边进冷水，冷热水相混合，水温逐渐变冷；

　　（3）热水不够用时，无法再提供热水；

　　（4）下雨天，用电把整箱水加热，用不完时造成浪费。

　　所以传统的太阳能热水系统真正用太阳能产的热水很少。

　　下文将介绍一套在各种天气情况下最大化利用太阳能，最少利用辅助能源而能给用户满足全天候用热水要求的系统。

　　技术方案

　　为实现最大化利用太阳能，系统为集中集热集中供热水系统，由太阳能集热器、保温水箱、空气源热泵辅助加热装置、水泵及管路系统、智能控制系统组成。系统运行原理如图1所示。

　　晴天时，当太阳能把集热器内的冷水加热至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内，集热器内的热水被挤出，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，探头温度低于55℃，电磁阀门就立刻关闭，冷水停留在集热器内继续被太阳能加热，2~5分钟后，水温达到55℃时，电磁阀门再次打开，集热器内的热水被挤到保温水箱中，按此规律，一次又一次的产生热水进入水箱，水箱内热水逐渐增加，一直增加到水箱水满为止。如果还有太阳，为了充分利用太阳能，循环泵会自动启动，把水箱内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℃时停止循环加热，限制水温不要超过70℃，以免烫伤人，同时防止结水垢（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，系统设定3个时间段检测保温水箱的水位。在上午10：30~11：30，如果保温水箱内热水水位还不到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，启动热泵加热（表明此时太阳光照不足或是阴雨天），反之就一直用太阳能加热（晴天），而不会启动热泵，使最大限度地优先使用太阳能。管道设有回水装置，当管道温度低于30℃时，智能控制系统发出指令打开电磁阀3，在供热水变频泵的作用下将热水充满管道，等管道温度T3达到50℃时，控制系统发出指令电磁阀3关闭，保证用户即开即用热水。

　　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，按照设计足够的热水，晚上不再启动热泵加热，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，根据需要加热热水，水位会一直维持在最低水位状态，此种控制方法节约电费。

　　结语

　　太阳能热水项目利用太阳能集热器获得热能，是太阳能利用中最成熟，性价比最好的技术。该系统适用于集中供热水，系统自动检测保温水箱水位，可达到最大限度的优先使用太阳能，避免了传统太阳能水不够用时无法在提供热水和晚上及阴雨天把整箱水加热造成浪费的缺点。所以投资太阳能热水系统无论从环境上，还是从经济分析上都是切实可行和必需实施。