1、1 1 绪论绪论 1 11 1 本课题的研究背景本课题的研究背景 太阳能是地球上取之不尽、用之不竭的最宝贵能源。它在防止和改善大气污染方 面，加强对太阳能的研究和利用, 特别是重点发展太阳能热水器有着重大的意义和广 阔的前景。太阳能热水器是一种将太阳辐射能转变为热能, 把水逐渐加热的热交换装 置, 它是太阳能热利用的基础元件。太阳能的开发利用, 已越来越引起世界人们的注 意。由于石油和能源的紧缺, 促使太阳能热水器有很大的发展。日本、法国、澳大利 亚等国, 大部分家用热水来自太阳能热水器1。目前市场上太阳能热水器的控制系统 大部分都存在着或多或少的缺点：功能单一、操作复杂、控制不方便等。随着人
2、们生 活水平的提高和电子技术的发展，这样的太阳能热水器控制系统越来越不适应人们的 生活需求，开发一种控制方便，操作灵活的太阳能热水器的控制系统，已经成为当务 之急2。 太阳能热水器单片机控制系统就是一种以单片机为控制系统核心的系统，不但其 机器性能显著提高，还增加了难以实现的功能，同时也提高了控制的精确度，硬件与 软件相互配合实现太阳能热水器工作的智能化和自动化3。 单片机具有集成度高、运算速度快、体积小、运行可靠、价格低廉等特点，因此 在过程控制、数据采集、机电一体化、智能化仪表、家用设备以及网络技术等方面得 到广泛应用4。现今太阳能热水器的控制系统大多都有着功能不全面、操作性复杂、 控制不
3、方便等问题，很多控制器只具有温度和水位显示功能，不具有温度控制功能， 即使热水器具有辅助加热功能，也可能由于加热时间不能控制而产生过烧，从而浪费 电能。本课题设计的太阳能热水器控制系统以 AT89S52 单片机为检测控制中心单元， 不仅实现了时间、温度和水位三种参数显示功能，而且具有时间设定、温度设定与控 制功能。控制系统可以根据天气情况利用辅助加热装置使蓄水箱内的水温达到预先设 定的温度，从而达到 24 小时供应热水的目的。该控制器和以往显示仪相比具有性价 比高、温度控制与显示精度高、使用方便和性能稳定等优点，提高了我国太阳能应用 领域控制水平，具有可观的经济效益和社会效益5。 1 12 2
4、 太阳能热水器的发展历史和现状太阳能热水器的发展历史和现状 1.2.1 太阳能热水器的发展历史 太阳能热水器是利用太阳能集热器将太阳辐射能转变为热能，并用来提高水温 的，是目前实际应用最多、技术最成熟的太阳能热利用的一种装置。它不仅可为家庭 和机关、旅社、医院等提供洗澡、洗衣、炊事等所需热水（100以下） ，同时还可用 于空调、干燥、农业种植、水产养殖、海水淡化等。太阳能热水器的使用已有近百年 的历史，最早的太阳能热水器工业出现在 18 世纪的美国加州，最原始的太阳能热水 器仅是一只漆黑的金属圆桶。随着科学技术的进步，太阳能热水器也随之不断改进， 由集热和贮热合为一体逐步改进为集热和贮热部分分
5、开，采用先进的太阳能集热器， 先进的保温材料和冬季防冻技术及其他辅助装置等。现如今生产的先进的太阳能热水 器已实现了全年运行，大大提高了太阳能热水器的热效率和利用效率。目前，太阳能 热水器是可再生能源技术领域商业化程度最高，推广应用最普遍的技术之一。以色列 在政府的支持下，有 85%的住宅都安装了太阳能热水器。美国有 130 多万个游泳池都 装上了太阳能集热器，成为环保型的太阳能游泳池。近年来，太阳能热水器在我国迅 猛发展， 从 20 世纪 70 年代后期就开始了开发家用太阳能热水器。 到 20 世纪 90 年代， 随着科技进步，环境意识增强和人的生活水平的提高，使中国太阳能热水器的应用获 得
6、了巨大动力，以每年 25%-30%的速度快速增长。到 2000 年，全国太阳能热水器总使 用面积达 2600 万平方米。太阳能热水器市场的扩大，使热水器产业也得到迅速崛起 和发展，全国有近 1000 多家生产企业，年总销量达 6000 万平方米，产量已跃居世界 首位，产值 60 多亿元6。 1.2.2 太阳能热水器的发展现状 目前国内的太阳能热水器主要是采用的紧凑式自然循环系统，这种系统的特点是 制造简单、价格低廉。但如果从太阳能热水器使用的安全、质量、方便以及操作性等 方面来看，分离式强制循环系统更能满足人们的要求。而采用分离式强制循环系统时 一般都要采用承压储水箱，这样就对热水器的连接部位的强度以及密封性有了一定的 要求。平板型集热器一般是金属制成的，集热器与储水箱之间的连接采用的是金属连 接，因此可以承受较高的水压，密封性能也较好。而真空管热水器的集热管与储水箱 之间的连接一般是用塑料或橡胶来密封，因此在承压及密封方面效果差。另外，如果 对太阳能热水器的水质要求较高，那么通常是采用双循环系统，即集热器加热的是导 热工质，再通过导热工质把热量
