太阳能工作原理

2023年4月21日发(作者：实木门多少钱一扇)

太阳能工作原理

太阳能 太阳能是指太阳的热辐射能，主要表现就是常说的太阳光线。一般用作发电

或者为热水器提供能源。 太阳能的利用有光热转换和光电转换两种方式，太阳能是一种

新兴的可再生能源。广义上的太阳能也包括地球上的风能、化学能、水能等。 什么是太

阳能？它是由太阳内部氢原子发生氢氦聚变释放出巨大核能而产生的，来自太阳的辐射能

量。是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。 太阳能主要分为：光伏和光热。

光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，由几乎全部以半导体物

料（例如硅）制成的固体光伏电池组成。光伏板组件可以产生电能。它安装比较广泛，天

台及建筑物表面均可使用光伏板组件，甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分。

光热指太阳热能科技将阳光聚合，并运用其能量产生热水、蒸气和电力。 太阳能的

基本特点： 优点

（1）普遍：太阳光普照大地，没有地域的限制无论陆地或海洋， 无论高山或岛屿，

都处处皆有，可直接开发和利用，便于采集，且无须开采和运输。

（2）无害：太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，

又无需运输，对环境无任何污染。

（3）巨大：每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿吨煤，其总量属现

今世界上可以开发的最大能源。

（4）长久：根据太阳产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地球的

寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的。 缺点

（1）分散性：到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大，但是能流密度很低。平均

说来，北回归线附近，夏季在天气较为晴朗的情况下，正午时太阳辐射的辐照度最大，在

垂直于太阳光方向1平方米面积上接收到的太阳能平均有1,000W左右；若按全年日夜平

均，则只有200W左右。而在冬季大致只有一半，阴天一般只有1/5左右，这样的能流密

度是很低的。因此，在利用太阳能时，想要得到一定的转换功率，往往需要面积相当大的

一套收集和转换设备，造价较高。

（2）不稳定性：由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及

天气等随机因素的影响。所以，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的，又是极不稳定的，

这给太阳能的大规模应用增加了难度。

（3）效率低和成本高：太阳能利用的发展水平，有些方面在理论上是可行的，技术

上也是成熟的。但有的太阳能利用装置，因为效率偏低，成本较高，现在的实验室利用效

率也不超过30%，总的来说，经济性还不能与常规能源相竞争。在今后相当一段时期内，

太阳能利用的进一步发展，主要受到经济性的制约。

光热利用

光热利用：它的基本原理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、陶

瓷太阳能集热器和聚焦集热器（槽式、碟式和塔式）等4种。通常根据所能达到的温度和

用途的不同，而把太阳能光热利用分为低温利用（<200℃）?、中温利用（200～

800℃）?s和高温利用（>800℃）。

太阳能热水器

太阳能热水器是将太阳光能转化为热能的装置，将水从低温加热到高温，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，其中主要以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零配件组成，把太阳能转换成

热能主要依靠真空集热管，真空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。

发展史：

在我国可追溯历史在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年前后我国迎头研发全玻璃真空管集热器。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。

2001年到2021年太阳能热利用产业快速发展。技术达到成熟化。中国太阳热水器

2021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。 工作原理

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，传热将大大减小（辐射传热仍然存在，但没有了热

传导和热对流），绝大部分热量只能传给玻璃管里面的水，使玻璃管内的水加热，加热的

水便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。

太阳能热水器的构造

集热器、保温水箱、支架、连接管道、控制部件

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。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，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。 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，在寒冷季节尤其重要。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。 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。 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，以保证用户在寒冷冬季也能用上太阳能热

水。 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。市场上有手机短信控制的智能化太阳能热水器，具有水温水位查询、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。 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2）平板型太阳能热水器3）陶瓷

中空平板型太阳能热水器 2. 从结构来分类：1）紧凑式太阳能热水器2）分体式热水器

3. 从水箱受压来分：1）承压式太阳能热水器2）非承压式太阳能热水器

太阳能热水器的优点：

1、太阳能热水器的节能效果明显，可节省电费成本。 2、太阳能是可再生能源，具

有取不之尽，环保无污染的特点。

3、太阳能热水器的温度稳定性较好，只要水箱中有热水，就不会出现先热后冷的现

象。 4、具有保温功能。

太阳能热水器的缺点：

1、安装复杂太阳能热水器一般安装在楼顶，日常维护麻烦。

2、太阳能热水器对太阳光的依赖大，在阴天或冬天，制热效果会即刻变差。 3、太

阳能热水器安装在高处，必须保证其处在避雷针的保护范围内。 4、天气时令对其影响较

大，冬天温度太低，容易把真空管冻裂。 5、内胆容易出水��、管道容易坏。 6、太阳

能热水器会出现胀破或抽瘪现象 制造材料

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。 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。 二、保温水箱：储存热水的容器。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。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。 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。 四、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。 五、控制部件：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。

市场需求: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。

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。

注意问题

1、注意上水时间。

2．根据天气情况，决定上水量，保证洗浴时适当的水温。 3．定期检查热水器的管

道，排气孔等元件是否正常工作。 4．大气污染严重或风沙大、干燥地区定期冲洗真空管。

5．热水器安装后，非专业人员不要轻易挪动、装卸整机，以免损坏关键元件。

太阳能热水器提高水温度吸收的热量怎么算

某太阳能热水器,容积200L,集热管采光面积2.9平方米,吸热功率2000瓦,真空管为

直径58毫米,长度1800毫米.

若此热水器装满20摄氏度的冷水,要使水温升高到50摄氏度,需吸收的热量是多少?

Q=CM△t=4.2X10^3X(200X10^-3X1.0X10^3)X(50-30)J=2.52x10^7J

太阳能热水系统施工注意事项 0引言

随着太阳能热水系统的普及，有关太阳能热水系统的施工日益增多，施工质量的好坏，

直接影响到系统的运行效果和使用寿命，本文就太阳能热水系统实际施工中常见的注意事

项进行总结，目的在于在减少问题，提高质量。

1施工准备

现场勘测是施工准备阶段的重要内容之一，也是对设计方案二次深化的前提。有些项

目在设计时已进行现场勘测，但施工前的现场勘测有所变化，太阳能热水系统现场勘测需

要注意以下几点：

1. 核对需安装房屋的方位、结构，屋顶实际尺寸；

2. 对水箱等大型设备放置空间位置及屋顶承重进行重新复核和风载计算，必要时需

设计可靠的防风措施；

3. 水源位置，水压情况；

4. 电源位置及负荷；

5. 根据现场实际情况，考虑管道走向，对设计图纸进行优化处理；

6. 结合现场考虑材料进场路线，以及水箱等大型设备的吊装。

另外，应注意做好与施工队的技术交流，使施工人员对工程特点、技术质量要求、施

工方法与措施以及安全等进行详细的了解，以便科学地组织施工，避免技术质量等事故的

发生。

2施工阶段

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