关于小学四年级科学手抄报专题一太阳能热水器的发展与使用的资料

【专家解说】：

关于小学四年级科学手抄报专题一太阳能热水器的发展与使用的资料：

太阳能热水器是指利用阳光中蕴含的能量将水加温的设备，属于可再生能源技术的一种。可分为主动型与被动型，被动型通常包含储水槽与集热器，主动型还包括让水循环的泵以及控制温度的功能。水槽与集热器有可能结合成一体，也有可能分离。在现存的可再生能源设备当中，能量转换效率最高，也较为经久耐用。其集热器可分为平板型、真空管型、集光型、选择吸收膜或选择反射膜等几种。

1.1 太阳能概念

　　太阳能（Solar Energy），一般是指太阳光的辐射能量，太阳能是一种可再生能源，广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，生物质能，潮汐能、水的势能等等。太阳能利用的基本方式可分为光—热利用、光—电利用、光—化学利用、光—生物利用四类。在四类太阳能利用方式中，光—热转换的技术最成熟，产品也最多，成本相对较低。如：太阳能热水器、开水器、干燥器、太阳灶、太阳能温室、太阳房、太阳能海水淡化装置以及太阳能采暖和制冷器等。太阳能光热发电比光伏发电的太阳能转化效率较高，但应用还不普遍。在光热转换中，当前应用范围最广、技术最成熟、经济性最好的是太阳能热水器的应用。

1.2 太阳能利用方式

　　光热利用：它是将太阳辐射能收集起来，通过与物质的相互作用转换成热能加以利用。目前使用最多的太阳能收集装置，主要有平板型集热器、真空管集热器和聚焦集热器等3种。 太阳能发电：未来太阳能的大规模利用是用来发电。利用太阳能发电的方式主要有两种：①光—热—电转换。即利用太阳辐射所产生的热能发电。一般是用太阳能集热器将所吸收的热能转换为工质的蒸汽，然后由蒸汽驱动气轮机带动发电机发电。前一过程为光—热转换，后一过程为热—电转换。②光—电转换。其基本原理是利用光生伏特效应将太阳辐射能直接转换为电能，它的基本装置是太阳能电池。　　光化利用：这是一种利用太阳辐射能直接分解水制氢的光—化学转换方式。　　光生物利用：通过植物的光合作用来实现将太阳能转换成为生物质的过程。目前主要有速生植物（如薪炭林）、油料作物和巨型海藻。　　阳光穿过吸热管的第一层玻璃照到第二层玻璃的黑色吸热层上，将太阳光能的热量吸收，由于两层玻璃之间是真空隔热的，热量不能向外传，只能传给玻璃管里面的水，使玻璃管内的水加热，加热的水变轻沿着玻璃管受热面往上进入保温储水桶，桶内温度相对较低的水沿着玻璃管背光面进入玻璃管补充，如此不断循环，使保温储水桶内的水不断加热，从而达到热水的目的。

2 工作原理编辑本段

　　　　阳光穿过吸热管的第一层玻璃照到第二层玻璃的黑色吸热层上，将太阳光能的热量吸收，由于两层玻璃之间是真空隔热的，热量不能向外传，只能传给玻璃管里面的水，使玻璃管内的水加热，加热的水变轻沿着玻璃管受热面往上进入保温储水桶，桶内温度相对较低的水沿着玻璃管背光面进入玻璃管补充，如此不断循环，使保温储水桶内的水不断加热，从而达到热水的目的。
　　太阳能热水器把太阳光能转化为热能，将水从低温度加热到高温度，以满足人们在生活、生产中的热水使用。太阳能热水器按结构形式分为真空管式太阳能热水器和平板式太阳能热水器，目前真空管式太阳能热水器为主，占据国内95%的市场份额。真空管式家用太阳能热水器是由集热管、储水箱及支架等相关附件组成，把太阳能转换成热能主要依靠集热管。集热管利用热水上浮冷水下沉的原理，使水产生微循环而达到所需热水。真空管工作原理图：

2.1 一、吸热过程

　　太阳辐射透过真空管的外管，被集热镀膜吸收后沿内管壁传递到管内的水。管内的水吸热后温度升高，比重减小而上升，形成一个向上的动力，构成一个热虹吸系统。随着热水的不断上移并储存在储水箱上部，同时温度较低的水沿管的另一侧不断补充如此循环往复，最终整箱水都升高至一定的温度。而平板式热水器，一般为分体式热水器，介质在集热板内因热虹吸自然循环，将太阳辐射在集热板的热量及时传送到水箱内，水箱内通过热交换（夹套或盘管）将热量传送给冷水。介质也可通过泵循环实现热量传递。

2.2 二、循环管路

　　家用太阳能热水器通常按自然循环方式工作，没有外在的动力。真空管式太阳能热水器为直插式结构，热水通过重力作用提供动力。平板式太阳能热水器通过自来水的压力（称为顶水）提供动力。而太阳能集中供热系统均采用泵循环。由于太阳能热水器集热面积不大，考虑到热能损失，一般不采用管道循环。

2.3 三、顶水式使用过程

　　平板式太阳能热水器为顶水方式工作，真空管太阳能热水器也可实行顶水工作的方式，水箱内可以采用夹套或盘管方式。顶水工作的优点是供水压力为自来水压力，比自然重力式压力大，尤其是安装高度不高时，其特点是使用过程中水温先高后低，容易掌握，使用者容易适应，但是要求自来水保持供水能力。顶水工作方式的太阳能热水器比重力式热水器成本大，价格高。

3 基础分类编辑本段

　　就其结构来说，大体可分为以下几类：　　1、从集热部分来分：　　1）玻璃真空管太阳能热水器　　可细分为全玻璃真空管式、热管真空管式、U型管真空管式。常用的为全玻璃真空管式，其优点：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使太阳能热水器全年全天候正常运行，环境温度低时效率仍然比较高。其缺点在于体积比较庞大、玻璃管易碎、管中容易集结水垢、不能承压运行。但是清华阳光研究出的一种热管式真空集热玻璃管,它是以导热介质为导热媒进行热能传递,它就充分解决了玻璃管易碎、管中容易集结水垢、管中结冰等诸多不利因素并且它的集热效果比其它集热管还高出近十个百分点　　2）平板型太阳能热水器　　平板型太阳能热水器 可分为管板式、翼管式、蛇管式、扁盒式、圆管式和热管式。其优点：具有整体性好、寿命长、故障少、安全隐患低、能承压运行，安全可靠，吸热体面积大，易于与建筑相结合，耐无水空晒性强等优点，其热性能也很稳定。其缺点由于盖板内为非真空，保温性能差，故环境温度较低时集热性能较差，采用辅助加热时相对耗电。环境温度低或要求出水温度高时热效率较低。如冻坏需更换整个集热板，适合冬天不结冰的南方地区选用。　　3) 陶瓷中空平板型太阳能热水器　　陶瓷太阳能板是以普通陶瓷为基体，立体网状钒钛黑瓷为表面层的中空薄壁扁盒式太阳能集热体。陶瓷太阳能板整体为瓷质材料，不透水、不渗水、强度高、刚性好，不腐蚀、不老化、不退色，无毒、无害、无放射性，阳光吸收率不会衰减，具有长期较高的光热转换效率。经国家太阳能热水器质量监督检验中心检测，陶瓷太阳能板的阳光吸收比为0.95，混凝土结构陶瓷太阳能房顶的日得热量为8.6MJ，远高于国家标准。陶瓷太阳能板制造、使用成本低，阳光吸收比不衰减，与建筑同寿命，可以用于与原房顶共用结构层、保温层、防水层、结构简单、保温隔热效果好于原房顶、与建筑一体化的混凝土结构陶瓷太阳能房顶、向阳墙面、阳台护栏面，为建筑提供热水、取暖、空调；为工农业、养殖业提供热能；可用于荒漠大规模太阳能热水发电、风道发电、海水淡化、苦咸水淡化、变沙漠为农田。　　2、从结构来分类：　　1）紧凑式太阳能热水器：就是将真空玻璃管直接插入水箱中，利用加热水的循环，使得水箱中的水温升高，这是市场最常规的太阳能热水器。　　2）分体式热水器：分体式热水器是将集热器与水箱分开，可大大增加太阳能热水器容量，不采用落水式工作方式，扩大了使用范围。　　3、从水箱受压来分：　　　　1）承压式太阳能热水器：太阳能热水器的出水是有压力的。一般为顶水式工作，不一定采用承压式水箱。　　2）非承压式太阳能热水器：普通太阳能热水器都是属于非承压式热水器，它的水箱有一根管子与大气相通，是利用屋顶和家里的高度落差，使用水时产生压力。其安全性，成本，使用寿命都比承压式要显著得多。

4 制造材料编辑本段

　　太阳能热水器是由集热部件（真空管式为真空集热管，平板式为平板集热器）、保温水箱、支架、连接管道、控制部件等组成。

4.1 一、集热器

　　系统中的集热元件。其功能相当于电热水器中的电热管。和电热水器、燃气热水器不同的是，太阳能集热器利用的是太阳的辐射热量，故而加热时间只能在太阳照射度达到一定值的时候。　　目前中国市场上最常见的是全玻璃太阳能真空集热管。结构分为外管、内管，在内管外壁镀有选择性吸收涂层。平板集热器的集热面板上镀有黑铬等吸热膜，金属管焊接在集热板上，平板集热器较真空管集热器成本稍高，近几年平板集热器呈现上升趋势，尤其在高层住宅的阳台式太阳能热水器方面有独特优势。全玻璃太阳能集热真空管一般为高硼硅3.3特硬玻璃制造，选择性吸热膜采用真空溅射选择性镀膜工艺。

4.2 二、保温水箱

　　储存热水的容器。通过集热管采集的热水必须通过保温水箱储存，防止热量损失。太阳能热水器的容量是指热水器中可以使用的水容量，不包括真空管中不能使用的容量。对承压式太阳能热水器，其容量指可发生热交换的介质容量。　　太阳能热水器保温水箱由内胆、保温层、水箱外壳三部分组成。　　水箱内胆是储存热水的重要部分，其所用材料强度和耐腐蚀性至关重要。市场上有不锈钢、搪瓷等材质。保温层保温材料的好坏直接关系着保温效果，在寒冷季节尤为重要。目前较好的保温方式是聚氨脂整体发泡工艺保温。外壳一般为彩钢板、镀铝锌板或不锈钢板。　　保温水箱要求保温效果好，耐腐蚀，水质清洁。

4.3 三、支架

　　支撑集热器与保温水箱的架子。要求结构牢固，稳定性高，抗风雪，耐老化，不生锈。材质一般为不锈钢、铝合金或钢材喷塑。

4.4 四、连接管道

　　太阳能热水器是将冷水先进入蓄热水箱，然后通过集热器将热量输送到保温水箱。蓄热水箱与室内冷、热水管路相连，使整套系统形成一个闭合的环路。设计合理、连接正确的太阳能管道对太阳能系统是否能达到最佳工作状态至关重要。太阳能管道必须做保温处理，北方寒冷地区需要在管道外壁铺设伴热带，以保证用户在寒冷的冬季也能用上太阳能热水。

4.5 五、控制部件

　　一般家用太阳能热水器需要自动或半自动运行，控制系统是不可少的，常用的控制器是自动上水、水满断水并显示水温和水位，带电辅助加热的太阳能热水器还有漏电保护、防干烧等功能。目前市场上有手机短信控制的智能化太阳能热水器，具有水箱水位查询、故障报警、启动上水、关闭上水、启动电加热等功能，方便了用户的使用。

5 政策鼓励编辑本段

　　2010年10月国务院发布了《国务院关于加快培育和发展战略性新兴产业的决定》（国发[2010]32号），把加快太阳能热利用技术推广应用，作为新能源产业的发展重点，宏观政策和消费趋势为太阳能热利用行业的发展创造了良好的宏观环境和市场条件。　　建筑能耗占社会总能耗是三分之一，是节能减排的重点领域，为此建设部于2005年4月15日发出了《关于新建居住建筑严格执行节能设计标准的通知》强调建筑节能设计规范，从源头控制建筑能耗。从2006年1月1日起施行的建设部《民用建筑节能管理规定》，将建筑节能标准从节能50%提高到75%。2007年4月，国家发改委下发了《推进全国太阳能热利用工作实施方案》，其中明确提出中国即将制定太阳能热水器的强制安装政策。2007年5月18日国家发展改革委、建设部联合发出《关于加快太阳能热水系统推广应用工作的通知》（发改能源[2007]1031号）提出“有条件的医院、学校、饭店、游泳池、公共浴室等热水消耗大户，要优先采用太阳能集中热水系统；新建建筑在设计时，要预设按照太阳能热水系统的位置和管道等构件，尽可能按照太阳能热水系统；对于既有建筑，如具备条件也要支持按照太阳能热水系统；政府机构的建筑和政府投资建设的建筑要带头使用太阳能热水系统；在有条件的农村地区也要积极推广太阳能热水系统及太阳灶等其它经济实用的太阳能热利用技术，把推广应用太阳能热利用技术作为社会主义新农村建设的重要措施予以重视。” 据不完全统计，全国有二十个省市区和八十多座城市纷纷出台规定，要求新建12层及以下住宅，以及新建、改建和扩建的宾馆、酒店、商住楼等有热水需求的公共建筑，具备条件的应统一设计、安装太阳能热水系统。城镇区域内12层以上新建住宅建筑应用太阳能热水系统的，必须进行统一设计、安装。有些省市如山东、北京等对集中安装太阳能热水系统还直接给予资金补贴。这些举措大大地推动了区域市场的发展。　　另外，财政部、建设部、科技部、商务部、各省市都出台相应政策，设立专项资金支持太阳能热利用发展项目。财政部设立可再生能源发展专项资金（《可再生能源发展专项资金管理办法》财建[2006]237号）支持包括太阳能等可再生能源的发展项目。根据《可再生能源建筑应用城市示范实施方案》（财建[2009]305号），对纳入示范的城市，中央财政将予以专项补助。根据《加快推进农村地区可再生能源建筑应用的实施方案》（财建[2009]306号），每省选定4个县不小于30万m2太阳能热水器进行补助，太阳能热利用示范市、示范县、太阳能集热示范工程、太阳能热水器示范村纷纷亮相。2009年商务部财政部还将太阳能热水器纳入家电下乡范畴，让农村居民享受13%的财政补贴。

6 热利用基础编辑本段

　　一般指太阳光的辐射能量。在太阳内部进行的由“氢”聚变成“氦”的原子核反应，不停地释放出巨大的能量，并不断向宇宙空间辐射能量，这种能量就是太阳能。太阳内部的这种核聚变反应可以维持几十亿至上百亿年的时间。太阳向宇宙空间发射的辐射功率为3.8×1023kW的辐射值，其中20亿分之一到达地球大气层。到达地球大气层的太阳能，30%被大气层反射，23%被大气层吸收，其余的到达地球表面，其功率为8×1013kW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于燃烧500万吨煤释放的热量。广义上的太阳能是地球上许多能量的来源，如风能，化学能，水的势能等等。狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。　　人类对太阳能的利用有着悠久的历史。我国早在两千多年前的战国时期就知道利用钢制四面镜聚焦太阳光来点火；利用太阳能来干燥农副产品。发展到现代，太阳能的利用已日益广泛，它包括太阳能的光热利用，太阳能的光电利用和太阳能的光化学利用等。太阳能的利用有被动式利用（光热转换）和光电转换两种方式。太阳能发电一种新兴的可再生能源利用方式。　　使用太阳电池，通过光电转换把太阳光中包含的能量转化为电能，使用太阳能热水器，利用太阳光的热量加热水，并利用热水发电，利用太阳能进行海水淡化。现在，太阳能的利用还不很普及，利用太阳能发电还存在成本高、转换效率低的问题，但是太阳电池在为人造卫星提供能源方面得到了应用。【英文简述】Solar power (also known as solar energy) is Solar Radiation emitted from our sun. Solar energy has been used in many traditional technologies for centuries, and has come into widespread use where other power supplies are absent, such as in remote locations and in space.Solar energy is currently used in a number of applications:Heat (hot water, building heat, cooking)Electricity generation (photovoltaics, heat engines)Transportation (solar car)Desalination of seawater.  

7 技术的发展编辑本段

　　我们国家追溯历史在1958年，天津大学有12.6平米的太阳能浴室。到1973年世界能源危机，寻求可再生能源，我国在上世纪70年代末起，加大研发与生产太阳能集热器。1979年前后我国有些单位迎头研发全玻璃真空管集热器。清华大学运用电真空物理的背景，坚持了下来。结构就是一个拉长的暖棚，只不过在内玻璃管上有一层选择性吸收涂层。
　　清华大学的发明专利就是铝—氮/铝太阳选择性吸收涂层，在世界上开创用单个铝阴极通过磁控溅射制备红外低发射率低层、铝—氮化铝吸收太阳光的陶瓷薄膜和淡化铝减反膜三个部分。使用真空管的集热器可在严寒、低太阳辐射下利用，很适合多种气候。　　这是一个选择性吸收涂层的结构，吸收层每层只有10到30个纳米，低发射层是到150纳米。想要达到科研的水平产量要减一半。　　关于太阳光热发电，这部分我省略，它是将低密度太阳能集中，聚光方法产生高温介质，推动传统发电设备产生电能。　　太阳能热利用产业的发展。在突破了太阳选择性吸收涂层的核心技术，通过产学研结合，生产性能价格比较好的介质。　　2001年到2006年太阳能热利用产业快速发展。2006年销售额近300亿元，提供就业机会60多万个。中国太阳热水器2005年安装量为世界的77%。真空管型约占世界总产量的90%以上，硼硅玻璃3.3年产量约占世界70%，吸气剂约占世界95%以上，年约1.9亿支真空集热管用，年约0.9亿支显像管用。大量显像管都在中国生产，吸气剂也在中国生产。有三个方面我们已经走在前面。　　形成配套的产业链。3.3的玻璃30万吨其中用于真空管有28万吨。真空管镀膜生产线1000条及配套设备，生产能力为2亿支，装配约2000万平方米太阳能热水器，还有配套设备。一些骨干企业做了技术改造，提高了企业的装备水平和条件。市场分析　　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。但是目前市场还有待规范，消费群体还有待培育，技术还有尚须改进，因而对于企业来说还有较大的成长空间。　　中国的太阳能热利用技术研究开发始于20世纪70年代末，其重点置于简单，价廉的低温热利用的适用技术，如太阳能温室，太阳灶，被动太阳房，太阳热水器，和太阳干燥器。这类技术在农村得到推广应用，为缓解农村能源短缺，改善农村生态环境和农民生活起了积极的作用，并收到了实效。20世纪80年代太阳能热水器列入国家“六五”和“七五”科技攻关项目。主要的研发项目是高效平板太阳集热器和全玻璃真空集热管。在90年代全玻璃真空集热管的科技成果通过中试转化为生产力——形成自行设计和配套的集热管生产线是科技攻关的最杰出的成果。　　2007年，中国太阳能热水器产量的增长速度约为30%，年产量达2340万m2（16380MWth），总保有量约为10800万m2（75600MWth）（太阳能热水器寿命按10年计算，1997年前的保有量作废）。2007年，太阳能热水器市场销售额约为320亿元人民币，产值亿元人民币以上的企业有20多家；2007年，太阳能热水器的出口额增长约为28%，6500万美元左右，产品出口欧洲、美洲、非洲、东南亚等50多个国家和地区。　　中国太阳能热水器的年生产量是欧洲的2倍，北美的4倍，现已成为世界上最大的太阳能热水器生产国和最大的太阳能热水器市场，并仍在以每年20％-30％的速度递增。但是中国太阳能热水器的生产企业有5000多家，除皇明、清华阳光、华扬、澳柯玛、北大四季沐歌等10个全国性品牌因质量、售后服务过硬而市场知名度较高外，行业中存在着大量纷繁芜杂的杂牌企业，这种状况不利于行业的长远发展，这就要求政府部门进行规范，加强监管引导。尽管市场现状不如人意，但市场前景仍看好。随着国民经济和人民生活水平的不断提高，居民对家庭室内热水的需求越来越强烈，中国太阳能热水器市场潜力巨大。　　自20世纪90年代以来，我国太阳能热水器行业保持了10多年的快速增长。1992年，我国太阳能热水器产业年生产量只有50万平方米，而到2005年，我国太阳能热水器年产量已突破1500万平方米。　　目前我国已成为世界上最大的太阳能热水器生产国和太阳能热水器市场，该产业也成为我国唯一在生产能力和利用规模上处于世界领先水平的可再生能源产业。随着太阳能热利用行业竞争态势的日趋激烈，有长远发展眼光的太阳能企业开始将创新放在各项工作的重中之重，无论是在核心技术还是外观形象，无论是集热技术、保温技术还是高能效技术、太阳能与建筑一体化技术，都取得了飞速的发展与进步。　　2012年6月，国家财政部、发改委、工业和信息化部联合发起的《高效节能太阳能热水器惠民工程推广实施细则》正式出台。推广期限暂定为2012年6月1日至2013年5月31日，旨在通过采取财政补贴的方式，支持太阳能热水器的推广使用，拉动新能源产品的消费。　　目前，我国城乡居民对洗浴热水的需求增长迅猛。在农村地区和中小城市，太阳能热水器已经成为提高人民生活质量、全面建设小康社会的重要手段。随着中高温太阳能热水器的开发以及太阳能与建筑一体化技术的日益完善，太阳能热水器的应用领域不再局限于提供热水，正逐步向取暖、制冷、烘干和工业应用方向拓展，中国太阳能热水器市场潜力巨大。　　另外，受益太阳能热水工程开始受到社会广泛认可、太阳能热水工程技术和产品结构实现突破，以及国家政策大力推动和地方政府的强力支持，我国太阳能热水工程市场增长迅猛，面临巨大的发展商机。