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太阳的魔法：如何利用阳光加热水？
随着可再生能源需求的急剧增加，太阳能水加热系统（SWH）成为解决水加热需求的一个重要解决方案。这种技术通过使用太阳热集热器，将阳光转化为热能来加热水。根据不同的气候类型和经济状况，市场上存在多种不同配置的SWH系统，广泛应用于住宅和某些工业场景中。
太阳能水加热系统的基本原理是：面向太阳的集热器加热工作流体，然后这些流体进入储存系统以备后用。根据系统的操作方式，SWH可以分为主动型（需要帮浦）和被动型（依赖对流驱动）。这些系统可以仅使用水，或同时使用水和其他工作流体，并且可以直接加热或利用光聚焦镜进行加热。这类系统的普及使其成为全球可再生能源领域中的一个标志性解决方案。
太阳能水加热系统的热容量在2017年达到472GW，其中中国、美国和土耳其占主导地位。
历史沿革
太阳能集热器的历史可以追溯到19世纪。早在1900年前，美国就已经出现了黑色油漆的水箱安装在屋顶上的记录。 1896年，巴尔的摩的克拉伦斯·肯普发明了第一个「批次水加热器」。随着时间的推移，这项技术逐渐演变并在1950年代和1970年代的能源危机中获得了新的关注。
以色列、赛普勒斯和希腊是每人使用太阳能水加热系统的领导国，支持30%至40%的家庭使用这项技术。
设计要求
设计太阳能水加热系统时需考虑多个因素。例如，常见的要求包括：环境温度的变化、太阳辐射的变化以及如何避免水温过高或结冰。系统的最小要求通常根据冬季的热水需求确定，而最大输出则是为了防止水过热。
防冻与过热保护
防冻措施的目的在于防止液体因冻结而造成系统损害。最常见的防护措施是排水系统，当泵停止工作时，可以将流体排出。此外，某些间接系统会使用防冻剂。在保障安全操作方面，随着太阳能系统的日益普及，各种创新型防护机制也纷纷出台。
不论是主动还是被动系统，合理的设计和有效的防护措施都是确保太阳能水加热系统正常运行的关键。
结构与工作原理
简单的太阳能水加热系统通常包括一个带有玻璃盖的绝缘箱和一个平板集热器。这些系统可以能够充分利用热能，进而将水加热至所需的温度。在许多情况下，收集的热能会储存在一个较大的水储存箱中，以便在天气不佳或需求增加时使用。
系统配置的分类
根据供应方式，水加热系统可分为直接和间接系统。直接系统通过集热器循环可饮用水，而间接系统则使用热交换器来将热量转移到水中。虽然直接系统价格便宜，但几乎没有防冻保护，而间接系统则通常设有高效的防冻及过热保护功能。
结语
无论是在个人住宅还是大型工业应用中，太阳能水加热都展现出巨大的潜力。随着技术的不断进步，全球对太阳能的依赖将越来越强。而我们是否已经开始充分利用这种来自阳光的魔法呢？
