太阳能热水器工作原理揭秘：光热转换如何实现热水供应？-石四片叶子网

将太阳的辐射能（光能）高效地转化为热能，并利用热传递和自然对流（或强制循环）将热量传递给水，最终储存起来供使用。整个过程可以分解为以下几个关键步骤：

光能吸收：

太阳光照射到热水器核心部件——集热器上。
集热器的关键部分是吸热体（通常是金属板，如铜或铝），其表面涂有特殊的选择性吸收涂层。这种涂层具有极高的太阳光吸收率（吸收大部分可见光和近红外光），同时自身的热辐射率很低（减少自身向外的热损失），从而能高效地将光能转化为热能。

热能转换与传递：

吸热体吸收太阳辐射后，温度迅速升高。
热量通过热传导传递到与吸热体紧密接触的传热介质：
- 直接系统（最常见家用型）： 传热介质就是水本身。吸热体内部或紧贴吸热体背面有水流管道（通常是铜管或铝管），水在管道内流动时被加热。
- 间接系统（分体式或防冻型）： 传热介质是防冻液（如乙二醇水溶液）。吸热体加热管道内的防冻液。防冻液再通过一个换热器（通常位于储水箱内）将热量传递给水箱中的生活用水，两者不直接混合。这种方式适用于寒冷地区，防止管道冻裂。

热循环：

被加热的介质（水或防冻液）温度升高，密度变小，变得“更轻”。
自然循环（热虹吸效应 - 常见于紧凑式一体机）：
- 集热器通常安装在储水箱下方。
- 集热器中被加热的水/介质上升，流入位置更高的储水箱上部。
- 储水箱底部温度较低、密度较大的水/介质下沉，流入集热器底部被加热。
- 如此形成自然循环对流，不断将集热器获得的热量带到储水箱中储存。
强制循环（常见于分体式系统）：
- 当集热器和储水箱分离安装（如集热器在屋顶，水箱在室内），或系统较大时，自然循环动力不足。
- 此时需要水泵强制驱动传热介质（通常是防冻液）在集热器回路和连接储水箱内换热器的回路之间循环，将热量从集热器“泵送”到储水箱。

热能储存：

被加热的水最终储存在保温储水箱中。
储水箱有厚厚的保温层（常用聚氨酯发泡），大大减少热量散失，保证在夜间或阴天时也能提供热水。
储水箱通常配有进水口（连接冷水管）、出水口（连接热水管）、排气口和安全阀。

辅助与控制（可选但常见）：

温度传感器： 监测集热器和储水箱的温度。
控制器： 根据传感器信号控制水泵启停（强制循环系统），或在阳光不足、水温不够时启动电辅助加热器（通常浸没在储水箱中），确保稳定供应热水。
防冻保护： 在寒冷地区，强制循环系统在低温时会自动启动水泵循环防冻液，防止冻坏管道和集热器；或使用具有防冻自排空功能的集热器。

总结工作流程（以最常见的自然循环真空管式为例）：

太阳光穿过真空玻璃管（减少对流和传导热损失）。光线照射到内管表面的选择性吸收涂层上，光能转化为热能。热量传导给紧贴涂层的内管壁及管内的水。管内的水被加热，温度升高，密度变小，开始上升。热水上升进入储水箱上部。储水箱底部温度较低的水下沉，通过连接管流入真空管底部。下沉的冷水在管内被加热，再次上升，形成自然循环。热水不断在储水箱中积聚，保温层减少热量损失。用户打开热水龙头，储水箱顶部的热水流出，同时冷水从底部补入水箱，开始新一轮加热循环（或通过冷水压力顶出热水）。

关键优势：