太阳能热水器的组成工作原理

太阳能热水器的组成及工作原理2.1系统总体结构设计

调节阀

图2-1系统结构图

图2-1为系统设计的结构图，该图的系统控制原理图如下图 2-2 :

T3

T2 “

图2-2系统控制原理图

注释：T1 T2 T3 F1 F2 F3

热水箱的温度传感器 循环水管中的温度传感器 集热器中的温度传感器 循环水阀门

冷水阀门

热水阀门

此款热水器利用微机控制主要有以下几种控制功能：晨水加热控制、温水循环控 制、冷水集热控制、水箱加热控制。 1.早晨水温控制

由于清晨太阳光较弱，所以太阳能热水器从系统发挥作用。 为了提供温度不 低于

F 3

热

水

箱

T1

* D

F1 0 r 自来水

30摄氏度的水，热水器在清晨4-7点之间对水箱进行电加热，具体控制过程如下：首先，关闭冷水阀门F2和循环水阀门F1，然后微机开始进行水箱的温度采集，同时进行温度的比较，当水箱的温度小于30摄氏度时，电热器D接通进行

加热，同时微机继续对热水箱的温度进行采集。当温度加热到大于30摄氏度时

电热器断开，如此反复循环保证了温度的稳定。

2. 循环水集热过程

早晨水温控制之后（7〜9点），设定当日的水箱温度N （由两位BCD次齿轮开关设定），输入微机，再利用微机控制系统，通过太阳光能对热水箱加热以达到理想温度N。具体控制过程如下：

打开循环阀门F1,关闭冷水进水阀门F2,热水阀门F3处于空控状态。然后开始比较温度，若（T3-T1>5摄氏度，T2>T1）为止。如若T仁N那么循环水集热过程结束，进入冷水集热控制过程。

3. 冷水集热控制

此时热水箱温度已达到了N,冷水要进入太阳能集热器，这时温度为T3,和当日的设定温度值相比较，若T3>N则将已加热的水送入热水箱，每天的控制时段大概为9点〜20点。具体控制过程如下：

关闭循环水阀门F2,打开冷水阀门F2,热水阀门F3处于可控状态。若T3>N 打开热水阀门F3并将保持一段时间，若T3N阀门F3继续保持打开状态，否则关闭F3。可见，次过程充分利用太阳光能转化为热能，方便快捷。

4. 水箱加热控制

此时，也许你会问如果没有日照或者日照较弱时，到了晚上我们是否还能洗上热水澡吗？答案是肯定的，不要忘了这款热水器还有一个从系统，这时它就要发挥作用了。热水箱温度为T1,将它和设定值N相比较，从而控制是否打开电加热，控制时段为下午，具体过程如下：

若T1

表

时间（时）温度比较加热值（度）

15T1<35

16T1<40

17T1<45

18T1<50

19T1<55

20T1<60

最终热水箱的温度加热到设定值No由此可

见，即使没有日照我们照样可以洗上

热水澡了。

综上所述，太阳能供热控制系统不仅节约而且高度只能化，方便省事，不论日常家居，还是对宾馆、学校等都是最佳选择。

2.2太阳能热水器组成及原理

6

2-3热水器装置简图

1-集热器2-下降水管3-循环水管

4-补给水箱5-上升水管6-自来水管7-热水出水管

热水器主要由集热器、循环管道和水箱等组成，图中为典型的热水器装置图。图中集热器1按最佳倾角放置，下降水管2的一端与循环水箱3的下部相连，另一端与集热器1的下集管接通。上升水管5与循环水箱3上部相连，另一端与集热器1的上集管相接。补给水箱4供给循环水箱3所需的冷水。

当集热器吸收太阳辐射后，集热器内温度上升，水温也随之升高。水温升高后，水的比重减轻，便经上升水管进入循环水箱上部。而循环水箱下部的冷水比重较大，就由水箱下流到集热器下方，在集热器内受热后又上升。这样不断对流循环，水温逐渐提高，直到集热器吸收的热量与散失的热量相平衡时，水温不再升高。这种热水利用循环加热的原理，因此又称循环热水器。

集热器是一种利用温室效应，将太阳能辐射转换为热能的装置，该装置与一般热水交换器不一样，热交换器通常只是液体到液体，或是液体到气体的热交换过程，而平板行集热器时直接将太阳辐射传给液体或气体，是一个复杂的传热过程。平板型集热器结构形式很多，世界上已实用的集热器就有直管式、瓦楞式、扁管式、铝翼式等二十多种。

3.1.太阳能控制器硬件结构

根据控制要求，采用80C51单片机的智能控制器结构框图如图1所示。由于本系统运算量不是很大，没有太多的中间数据需要处理、保存，因此不再外扩

数据存储器。仅使用80C51内部RAM已完全能够满足要求。系统的硬件接口电路包括：控制器实时时钟接口电路，蓄水箱温度和水位检测接口电路、设定键和

串行显示接口电路、看门狗和复位接口电路以及继电器输出接口电路等。

80c51

图3-1太阳能控制器硬件结构图

32控制器实时时钟接口电路

为实现热水器24小时供应热水的目的，控制器必须有一个实时时钟来为系

统提供准确的基准时间；在软件设计上则要实时地读出当前时间，同设定时间比较，以决定系统工作状态。本系统采用美国DALLAS半导体公司最新推出的时钟芯片DS12887该芯片采用CMO战术，把时钟芯片所需的晶振和电池以及相关的电路集成到芯片内部，并与MC146818管脚完全兼容。DS12887芯片具有微功耗、外围接口简单、精度高，工作稳定可靠等优点。它与80C51单片机的接口电路见下图3-2。