太阳能热水器使用说明，一般情况下也就是说的太阳能热水器控制仪的使用方法，在这里我们拿最常用的西子控制仪说明书，为大家讲解一下使用方法,希望对大家在使用过程中减少一些疑难问题，方便大家使用。
3.水温预置：可预置加热温度范围：30℃-80℃，定时加热若不需要启动电加热，可预
6.缺水提示：当水位从高变低，出现缺水状态时，蜂鸣报警，同时20%水位闪烁
7.缺水上水：当水位从高变低，出现缺水状态时，延时30分钟自动上水至预置水位
8.手动控制：可手动启动上水、加热，在操作时首先显示预置的水位或水温，用户可利用▲、▼键调整预置参数，确认后，启动上水、加热，也可手动关闭。启动加热时水位若低于50%，则先启动上水再加热。正在加热时水位低于50%自动关闭加热，保护电加热管。启动手动上水时，若实际水位大于等于预置水位时，测控仪自动上调预置水位，以保证用户上水需求，启动手动加热时，若实际水温大于等于预置水温时，自动上调预置水温，以保证用户加热需求，建议用户预置水温不超过60℃
定时模式：可设定二次定时上水、二次定时加热，原厂设置定时上水第一次9：00上水至100%水位，第二次15：00启动上水至100%水位。定时加热，第一次4：00加热至50℃，第二次16：00加热至50℃。用户可重新设定时间及参数，完全满足用户个性化需求.温控模式：当水箱水未加满，水温高于用户设定的温控上水温度（原厂设置为60℃）自动补水至低于温控温度10℃的合适水温，此功能可防止出现低水量、高水温的不合理现象。当正在用水（水位发生变化）时，则延时60分钟启动，以避免用户正在用水时启动上水。几倍温控功能的时间：8：00-17：00。此模式下不自动启动电加热，用户根据需要可选择手动加热，此模式最为节能。
智能模式：3：00启动上水至50%水位，4：00加热至50℃，保证用户早晨起床后的洗漱用水，9：00上水至100%水位，若中途用户有用水，水位低于80%水位，则测控
仪16：0再补水至80%水位。若水温低于50则测控仪在17：00启动加热至50℃，保证晚上有50℃80%的水供用户使用。在智能模式下，8：00-17：00若水箱不满，且水温超过60℃测控仪启动温控上水功能，在保证水温大于50℃的情况下，水量又最多。智能模式为原厂设置模式，建议用户尽量使用选用此模式，既满足用户用热水的需求又尽量节约电能
10.自动防溢流：因真空管破裂或水位传感器故障等原因造成溢流，自动停止上水。
11.停电记忆：当停电时，测控仪保留用户预置的所有参数及北京时间，断电时测控仪将按键自动锁死，以防误操作。当来电时能按以前设定的工作模式及功能继续运行。
12.恒温加热：水箱水温低于恒温温度5℃，立即启动加热至恒温水温，保证水箱水温恒定。若水位低于50%，先立即自动启动上水。再启动加热，以免干烧。因此水位不能低于50%，建议采用上下水双管安装，以便不影响用户持续大量用水持续按住加热键可进入恒温加热功能（原厂设置为50℃，反之则取消此功能）
13.恒水位：水箱水位低于预置的恒水位，立即启动上水至手动上水水位，（若手动预置水位低于恒水位预置水位，则上水至100%），保证水箱水位不低于预置的恒水位，若手动停止上水，则暂停恒水位功能一小时。建议采用上下水双管安装，以便不影响用户持续大量用水持续按住上水键可进入恒水位功能（原厂设置为100%水位），反之则取消此功能
14.强制上水：水位传感器出现故障时，可按上水键，实现强制上水，每分钟会出现蜂鸣提示，注意有无溢水，8分钟后自动关闭上水
15.低水压上水：在上水过程中，水压过低或停水，测控仪会自动进入低水压模式，在此上水模式中，测控仪会间隔30分钟启动上水，若30分钟内仍不能使水位上升一档，则停止30分钟，然后再启动上水，反复循环运行，以避免在低水压或停水时发生以下严重后果：1.电磁阀、水泵长时期通电运行，造成水泵空转烧毁；2.由于太阳能真空管
破裂或其它原因漏水，造成不断上水而水箱、屋顶长期流水；3.停水后，突然来水，由于空晒，太阳能水箱温度过高，而造成炸管。
16.管道保温：冬天室外气温较低时，可按保温键，启动电热带，防止水管冻裂，再按保温键，则关闭电热带17。防电热带起火：在启动管道保温功能后，测控仪在电热带加热管道温度平衡后（通电约10分钟），自动关闭电热带，等管道温度下降后，再次按用户自行设定的延时时间（原厂设置30分钟，若设置为0分钟，则电热带长期通电）启动电热带，此过程自动重复运行，可避免长期通电电热带，节约电能，并有效防止因长期通电造成电热带老化起火等恶性事故。
18.自动增压：在供水水压较低时，可选择上水增压功能，在上水时，测控仪打开电磁阀同步启动水泵加压供，水上满后，两者同时关闭
持续按住保温键可进入上水增压功能，若选择上水增压功能则管道保温功能被取消，再持续按住保温键则退出上水增压功能。
炎热夏季洗澡时，用完了水箱中的水，可以上些冷水，这样可以将真空管内的热水顶到水箱中继续洗澡。如果一个人洗完后热水器中还有一些热水，这时可以继续上几分钟冷水，得到的混合后的水可以多洗一个人。
夏季天气炎热，尤其是进入三伏天，太阳能热水器里面的水可能达到近百度，如果不小心，水阀打开使用时很可能会被烫伤。最方便的安装一个恒温水阀，将水阀拧到指定的温度，无论水箱中水温多高，出水温度都比较恒定。另一种水温调节方式，可以不用恒温水阀，采用手动调节。先放冷水，然后打开热水进行调节，以免烫伤。
光照充足时不要给太阳能上水，否则水温与容易温差太大，太阳能真空管容易被激碎。最好的上水时间是日出前或者日落后(最好日落2小时之后)这段无光照的时间。遭遇连续阴雨天需要启动辅助加热装置时，要确保水箱中的水量超过50%，否则太阳能会进行无水干烧。
夏季天气多变，强对流天比较多，有时还会遇到七八级甚至更强烈的风，虽然太阳能热水器比较重，而且还有金属丝的`固定，可太阳能位于楼顶，遮挡物甚少，感知到的风力更大，所以，遇到这种天气是，最好是把热水器中的水上满，增加重量，减少被风刮倒的几率。
目前国内大部分太阳能热水器使用的都是真空集热管，这种真空集热管吸收效率较高，在夏季外界温度高、日照时间长、辐射较强的季节，无需48小时即可以达到沸点。如果长时间不使用热水器会造成水箱中的水长时间滞留，而水箱在长时间处于高温的情况下会加快保温层聚氨酯的老化速度，水垢容易结成，压力过大还会使水箱膨胀，造成水箱损坏。
笔者考察了当前太阳能热水器的功能缺陷, 设计了具备温度、水位显示功能和自动控制功能的热水器控制系统, 而且配备有辅助电加热装置, 实现了比较理想的人机交互界面.该太阳能热水器控制系统采用AT89C52单片机作为控制核心, 外围加蜂鸣器控制电路、液晶显示电路、水位检测电路、电机控制电路、按键电路、温度检测电路等。液晶实时切换显示当前温度与当前温度, 当水位过低时, 电机正转上水;当水位达标时, 电机停转。当用户用水时会自动加水, 并且用继电器控制加热管;用压力传感器测水位。水位在最低限度以上、温度低于一定温度则自动加热;本系统设计简单, 成本低, 性能优良, 具有一定的稳定性和实用性。
太阳能热水器辅助控制系统结构如图1所示。在真空管太阳能热水器的保温储水箱内增加一个与电热水器类似的电热元件并固定在绝缘底座上, 引出交流电源线入户, 由辅助控制系统的继电器控制通断电。水位、水温探测器从保温储水箱顶部安装在水箱中, 通过电缆线接入用户室内控制器。压力传感器用于检测水位, 控制电机进行自动上水和排水。
由AT89C52、液晶显示电路、按键电路、蜂鸣器电路、电机电路、温度检测电路、电源电路组成。其核心部分为AT89C52。对水箱水温信号的检测采用DALLAS公司生产的一线小体积封装形式, CPU只需一根端口线通信控制读取温度值。水位的检测采用压力传感器, 并由公式“p=密度*引力常数*水深”可算出水位。辅助电加热体的通断电采用继电器控制。
太阳能热水器控制电路设计的软件部分由主程序、检测温度子程序、显示温度子程序、进步电机控制程序、压力检测程序、加热程序组成。在平时编程中, 用C语言编写程序有利于实现较复杂的算法, 但是汇编语言程序则具有较高的效率且容易精细计算程序运行的时间。为了提高 (下转第150页) (上接第240页) 阅读性, 采用C语言。
用压力传感器测量水的压力, 并由公式p=密度*引力常数*水深, 可算出水位。由18B20传感器检测当前容器内的温度, 返回给CPU, 由液晶显示器显示。控制进步电机正转, 实现加水功能。由继电器控制加热管, 实现加热功能。当用户用水时, 控制系统会根据当前的水位自动加水, 保持水位在一定的范围之内, 不会溢出, 也不会太少。当用户用水时, 控制系统会根据当前温度使, 容器内的温度保持在一定的温度之上。不会太低。当用户想自主加热, 控制系统会根据当前的水位、温度, 自主加热, 不会使加热棒空烧。也不会使当前容器内的温度太高, 以免浪费电能。S
摘要：本文对当前太阳能热水器控制系统现状做了介绍, 并以8051为核心, 设计了具有温度, 液位自动检测, 显示功能, 并能自动加热, 抽水以及手动加热的智能化控制系统。
【关键词】太阳能热水器控制器;单片机;水温水位一体化传感器;继电器;电磁阀
太阳能作为绿色能源尤其在太阳能热水器中的应用深得广大用户的好评。但与之配套的太陽能热水器的控制器存在诸多的问题尤其在水温水位一体化传感器工艺的设计、防雷击、漏电和过热保护上影响了其推广和使用。本文就以上太阳能热水器控制器存在的问题进行了研究，并提出了切实有效的解决方案。设计制作的太阳能热水器的控制板如图1所示。
太阳能热水器控制器硬件系统组成框图如图2所示，它以新型单片机STC12C5A60S2为控制核心，外接功能按键电路、水位水温一体化传感器、漏电过热保护电路、电磁阀继电器电流驱动电路、报警蜂鸣器、LED数码管显示电路和系统电源电路等组成。
系统通过水位水温一体化传感器将水箱的水位和水温参数转化为单片机能够识别的电信号，经过软件算法处理实时将水位和水温显示在LED数码管上，系统首次上电后水箱内的水位不足20%时为了避免干晒和干烧，系统会启动蜂鸣器报警同时启
动上水电磁阀进行自动上水，但水位达到100%时自动停止上水，期间用户也可以通过按键进行手动上水;阴雨天气或者阳光不足时可以手动启动电辅加热，当水箱的水温加热到用户的设定温度时系统自动切断电辅加热也可手动随时停止加热;秋冬天气太阳能的上水管极易冻裂系统可以手动启动管道保温功能，最大限度的提高太阳能热水器的使用效率。
此水位水温传感器包括1个10K热敏电阻、4个色环电阻、橡胶外套和4段不锈钢弹簧组成。传感器内的热敏电阻和控制器内的5K电阻组成一个串联电路，根据串联分压原理，通过A/D转换单片机即可将水箱内的温度信息进行采样并实时显示和控制。其中热敏电阻的两端包裹有高温导线，此高温导线贯穿于传感器的顶端和末端，最大限度的保证采集温度的准确性。传感器内的的4个色环电阻和4个不锈钢弹簧管之间串联焊接，然后用橡胶包裹固定。其中不锈钢弹簧主要起到增加水位传感器的长度的作用，4个色环电阻将水位分成4个档位，由于包裹在每个档位处的橡胶是导电的，而档位以处的橡胶是绝缘的，不同的水位即可等效为不同的电阻，通过震荡电路即可产生不同的频率，从而实现了水位的检测。
图3中的4个档位不锈钢弹簧对应的水位等效电阻1、2脚接口与图4中的1、2接口相连，等效电阻RF、R1、R2、R3、U1A、U1B和C1构成非对称式多谐震荡器[1]，经过反向驱动器U1C和滤波电容C2整形后接到单片机的P1_0，单片机通过测量P1_0引脚的方波频率即可得到水位的位置。
图3中的10K负温度系数的热敏电阻与图4中5K电阻R4串联分压后经C3滤波后接到单片机的P1_1（ADC0通道）引脚，通过测量该引脚的水温电压对应的ADC值，再通过查表即可获取水箱内水温值。
式2中的R1为10K热敏电阻的水温阻值。通常将热敏电阻的阻值和水温做成一张表格如表2所示，表格中的每个元素由水温对应的ADC值和水温组成存放在单片机的ROM内，当检测的水温对应的电压AD转换后，通过查表得到对应的水温。电阻R5、R6、R7为压敏电阻【2】。避免水温水位传感器因遭受雷击影响电路控制系统的整体寿命。
电加热、管道保温继电器和上水电磁阀的驱动电路如图5所示，STC12C5A60S2单片机对于继电器、电磁阀这种大的负载很难驱动，故采用ULN2001A驱动芯片控制电磁阀的线路达林顿电流放大电路，只需用单片机的P1_6和P1_7脚在ULN2001A的输入管脚1、2、3输入TTL高电平（5V左右），输出脚8、7、6即可输出最大500MA的控制电流足以驱动电加热和管道保温继电器线脚输出高电平通过三极管Q1的饱和导通，即可控制12V的上水电磁阀工作，反之即可关闭上水电磁阀。由于电磁阀线圈关断瞬间产生反向电动势，故采用IN4007二极管吸收反向电流从而保护三极管Q1的使用寿命。图5中的B1、BZ1和BZ3为压敏电阻，保护上水电磁阀、电加热和管道保温继电器线圈遭受雷击的损坏。
系统保护电路如图6所示，将电感线V的交流电源上，然后将线并接在线圈的两端。电源一当漏电，流过漏电线圈的电流不平衡，线圈将产生感应电压和电流，通过D11、D12构成续流回路，以免互感线圈二次侧开路，产生较高的危险电压[3]。单片机管脚P1_4检测经C11、C12、R10滤波后的漏电电压，一旦漏电发生即可关断继电器，切断电源保护系统和人员的安全。当系统内的温度超出75℃时，单片机P1_3腳检测热敏电阻3470分得的电压变化，从而切断系统电源，起到系统过热保护的作用。
系统电源电路如图7所示，太阳能控制器系统需要的直流电源有+12V，+5V两种电源，使用变压器将交流220V转化为交流12后，接到接口J1上，经过D1、D2、D3、D4全波整流后，得到12V直流电，经7805稳压后得到5V直流电，电容C1、C2、C3、C4为滤波作用，滤除电源中的高频和低频分量保证系统电源的稳定可靠。
太阳能热水器控制器系统采用模式选择、加热、保温和上水4个独立按键实现系统的外部输入功能，按键去抖动包括软件和硬件方法，本系统采用软件算法实现按键去抖处理既可靠又降低了系统的硬件成本。LED显示采用的8*8点阵原理（共阳）共64只发光二极管实现水位、水温、时间和特殊功能的显示，LED显示尤其注意驱动电流保证每只发光二极管的工作电流在5～10ms，从而保证显示的亮度。本系统蜂鸣器采用的是脉冲驱动的无源蜂鸣器，一当开机或用户用水的过程中水位低于20%，便触发蜂鸣器，实现声光报警自动上水功能。以上3项子功能电路简单，原理图略。
太阳能热水器控制器系统采用基于C程序[4]的模块化结构编程，包括主程序、自动加热子程序、自动上水子程序、LED数码管动态扫描子程序和按键去抖动算法设计。
按键去抖动[5]采用定时器每2ms中断一次，每次中断读取4个按键的状态并存储起来;连续扫描8次后，看看这连续8次的状态是否一致，8次按键的时间大概是16ms，这16ms内如果按键的状态保持一致，那就确定现在按下的按键处于稳定状态，而非处于抖动阶段，从而实现按键的去抖动。按键从按下到弹起的状态检测过程如图8所示。系统主循环程序根据去抖动后的按键值，执行不同的操作，系统主程序流程图如图9所示。
主程序在检测显示水温水位环节，采用数字滤波处理即连续读3次，取排序后的中间值为读取到的水温水位值，提高系统的抗干扰能力。
本次设计实现的太阳能热水器控制器系统主要的创新点有：1）采用自制的水温水位一体化传感器，检测效果稳定可靠，成本低廉;2）具有防雷、漏电和过热保护功能，性价比高较易被用户接受。该系统将以其安装操作方便、显示精度高、稳定可靠等优越性能目前已批量生产，为企业创造了可观的经济和社会效益。附PCB控制板如图10：
[2]牛小玲.太阳能水温水位控制器设计.实验技术与管理，2014，31（1）：75-76.
[3]马敏.太阳能热水器控制器的设计，河南科学2003，21（2）：225
[5]宋雪松.手把手教你学51单片机[M].北京：清华大学出版社，2014.
基金项目：本项目来自浙江省教育厅一般科研项目：新型太阳能热水器控制仪的应用研究，编号：Y201224827。
炎热的夏季，自然洗澡的次数也有所增加，加上夏季太阳能资源丰富，太阳能热水器的使用就越来越频繁。然而，大部分人都只知道太阳能热水器在冬天保养很重要，殊不知，太阳能热水器在夏季更需要注意加强护理。济南清华太阳能厂李经理整理了七招，为你的太阳能热水器保驾护航，现在为大家介绍夏季太阳能热水器在使用过程中有哪些需要注意的事项。
太阳能热水器的水温调节步骤：先打开冷水阀，适当调节冷水流量，再打开热水阀调节，直到得到所需的洗浴温度。
夏季由于太阳日照时间延长，温度较高，而家庭热水用量较少。因此，太阳能热水器中的热水往往温度较高，一般可达60摄氏度以上。而对于一般家庭而言，太阳能热水器的储水点跟用水点距离往往较长，这时水管中的水温由于夏季高温的原因也可达35摄氏度左右。因此，在我们打开热水器时，水管中的常温热水会先排出，而经过一两分钟之后，高温的热水就会排出，若不多加小心，则可能烫伤皮肤。因此，夏季使用热水器时要注意热水的温度问题。
太阳能热水器需要定时上水，但是在天气特别热和水温特别高时严禁上水，在水用完后严禁立即加水。因为夏季光照强烈，太阳能真空管在太阳的照射下，空晒温度高达270摄氏度～400摄氏度，这时上水极易造成真空管炸裂，最好在早晨日出前或晚上太阳落山后的两个小时上水，这样能保证太阳能线.巧妙使用尾热水。
巧妙的利用尾热水可以更好的节约资源。洗澡时，如果太阳能热水器里的水已经用光，而人还没有冲洗干净，这时可以上几分钟冷水，利用冷水下沉、热水上浮的原理，将管内的热水顶出，就能接着洗澡了;如果洗完澡后，太阳能热水器里还有一点热水，这时上几分钟冷水，所得的热水可以多洗一个人;另外注意淋浴调节水温的时候喷头不要朝向人体，避免烫伤。
太阳能热水器由于其工作原理要求它必须安装在顶层阳台，太阳能热水器由于集热要求体积通常较大。因此，在大风天气用户应当注意加固太阳能热水器的支架，防止发生意外。大风天一定将热水器上满水以增加稳定性。
定期检查排气孔，保证畅通，以免胀坏或抽瘪水箱;有辅助电加热装置的太阳能热水器就特别注意上水，防止无水干烧。同时还要检查太阳能水管保温层和防紫外线胶带有没有老化和开裂，如果上水水管裸露在外，在太阳的暴晒下，容易变硬变脆，开裂漏水。用户最好提前加装保温层及防紫外线胶带，全面保护水管。
根据天气情况决定上水水量，可以获得比较满意的水温，如果第二天是晴天，可以把水上满;如果阴天或多云，则上半箱水;整天有雨，保留原有的水不上冷水。
目前国内大部分太阳能热水器使用的都是真空集热管，这种真空集热管吸收效率较高，在夏季外界温度高、日照时间长、辐射较强的季节，无需8小时即可以达到沸点。如果长时间不使用热水器会造成水箱中的水长时间滞留，而水箱在长时间处于高温的情况下会加快保温层———聚氨酯的老化速度，水垢容易结成，压力过大还会使水箱膨胀，造成水箱损坏。
因此，如果准备长时间不使用太阳能热水器时，应当遮避真空集热管，待再次使用时再除去。也可先将真空集热管拆下，不过这一方法不可自行拆卸，需有专业人士协助。
编者按：今年2月，《中华人民共和国可再生能源法》正式出台，太阳能产业迎来了发展的春天，中国有望快速步入太阳能时代。但是，与宏观环境日益完善不相适应的是，目前我国的太阳能产业发展还不规范，有关太阳能热水器的纠纷和投诉正在呈日益增长的趋势，鱼龙混杂的局面阻碍了产品的大规模普及。为了找出目前太阳能市场存在的问题，规范太阳能产业，保障消费者的权益，促进环保节能产品的普及，引导市场发展趋势，在中国太阳能热利用专业委员会的支持下，人民网·家电频道、中国消费者报、中国消费网、新浪网四家媒体从今年2月到4月，历时两个多月的时间，以调查问卷的形式，采用报纸回馈、入户调查、电话访问、网上调查、大型卖场调查等五种方式，对太阳能热水器的消费使用状况进行了一次全面的摸底调查。以下是本次调查的调查报告，希望能对推动行业健康发展、规范企业经营行为和引导消费者科学消费有所裨益。
以调查问卷形式，采用报纸回馈、入户调查、电话访问、网上调查、大型卖场调查等五种方式。
北京、上海、天津、济南、昆明、南京、郑州、石家庄、兰州、广州等20多个热水器集中的城市，调查对象基本遍及全国。
本次共收集调查问卷100115份，其中有效问卷98570份，共有100980台太阳能热水器接受了调查。
太阳能因其环保、节能、安全、方便等优点正逐渐受到广大消费者的青睐。调查显示，在电、燃气、太阳能三种热水器设备的未来购买预期中，只有太阳能热水器保持高速增长，电热水器和燃气热水器都呈现出下降的趋势（见图一），这表明消费者已真正接受了太阳能热水器。
但是，被调查的用户对太阳能热水器使用状况的总体评价并不是很高，只有16%的用户对使用情况表示非常满意或满意，35.2%的用户表示一般，还有48.7%的用户表示不满意，接近太阳能热水器用户的一半（见图二）。当前常规能源日益紧张，煤、电、燃气价格纷纷上涨，普及太阳能热水器已成大势所趋，为什么使用过太阳能热水器的用户却对这一产品表示不满呢？
这都是一些生产劣质产品的杂牌企业惹的祸。据了解，目前全国有近5000家太阳能热水器制造企业，而真正称得上有规模、有生产能力的品牌企业不足10家。一些投机企业为谋求当前利益，在产品设计和制造上偷工减料、以次充好，售后服务更像一张“空头支票”，造成消费者购买的太阳能热水器既不好用又找不到服务厂家。于是就把所有太阳能热水器产品“一棍子打死”——认为太阳能热水器不好用，严重影响了太阳能热水器的进一步推广和普及。
其实，不是太阳能热水器不好用，而是用户所买的品牌不够好。不可否认，目前市场上八成以上的产品存在冬天不好用、找不到服务厂商等问题，但是，注重品牌的企业也一直在致力于提供优质的产品和服务、保障消费者的权益。但这样的企业还太少，面对杂牌大军，很难扭转消费者对整个行业的印象。可以说，是大量生产劣质产品的作坊式企业拖累了整个行业，透支了行业的未来。
正是由于行业的这种鱼龙混杂的状况，使劣质的杂牌产品深深伤害了曾经使用过或正在使用着的用户，导致消费者二次购买太阳能热水器的热情并不高。本次调查显示，只有70.4%的用户表示愿意再次购买太阳能热水器，而接近1/3的用户已经开始对太阳能热水器说“不”（见图三）。这对整个太阳能热水器行业来说是非常可怕的一件事情，而在今后相当长的一段时间内，如何挽留住这些绿色客户成为整个太阳能产业的当务之急。
品牌逃匿、服务缺失已成为当前太阳能热水器领域的头等问题。在对太阳能热水器服务的调查中，我们发现，用户对太阳能热水器的服务满意度非常低，仅有8.4%的用户认为厂商提供的服务令人满意，15.6%的用户认为基本满意，而高达41.5%的用户表示不满意（见图四），更为严重是，34.5%的用户表示找不到厂商服务，占所调查用户的1/3还多，表明当前太阳能热水器行业中“孤儿”数量相当惊人，严重损害了消费者的利益。
服务一直是消费者在购买大件商品时最担心的“后顾之忧”。一些小品牌或杂牌太阳能热水器厂商在出售产品时，虽然也像模像样地标明了“保换保修期限”，甚至向消费者承诺终身保修。但是，当消费者真有问题找上门，不是电话打不通，就是人去楼空，这样的产品既没法用又没有人维修，成了“孤儿”，令消费者叫苦不迭。
除了这些“无头案”之外，还有不少用户反映，太阳能热水器厂商的服务在质量和及时性方面也存在佷大的漏洞。用户往往打了电话之后要等两三天才能有厂家人员上门，有时即使维修了，但一次难以修好，于是就出现了屡坏屡修、屡修屡坏的现象，消费者既付出了大量的维修成本，又耽误了大量的工作时间，这样的太阳能产品热水器虽然购买时的价格低，但使用起来既不省钱又不省心，不管花多少钱都是一种浪费。
造成太阳能热水器服务缺失、服务不到位的原因有两方面：一方面在于产品制造商。目前行业发展不平衡，从小作坊生产出来的劣质产品横行，大量中小企业由于其本身手工作坊式的生产模式压根就谈不上产品的售中服务，就更别说售后服务了，他们只是用服务来引诱消费者上钩。一旦消费者买了产品，他们就“脚底摸油——溜了”，根本不把产品服务当回事儿。更有甚者，有的太阳能制造商一旦遇上消费者投诉而被工商部门依法查处，就立马换上另外一个牌子继续欺骗消费者，打一枪换一个地方，不断制造太阳能热水器“孤儿”。
另一方面，问题出在经销商这个环节。目前大部分太阳能热水器产品的服务基本上是由经销商来承担的。一些厂家由于实力有限，只能找实力更弱的经销商，这样的经销商在人员、技术和网络等方面都非常有限，为了赚钱，只管出货，不管服务，造成服务承诺和践诺的“两张皮”，无法为消费者提供完善的服务。而一旦有消费者投诉上门，这些经销商就跟消费者玩起“捉迷藏”；或者与制造商互相“踢皮球”，对消费者的服务置之不理；甚至干脆关门歇业，换一个地方重新开业，逃避服务责任。
由于这两方面的原因共同造成了太阳能热水器“孤儿”数量激增不下，这已成为行业发展的最大“绊脚石”。为避免太阳能“孤儿”数量太多伤及消费者的利益，影响整个行业的健康发展。有关人士呼吁行业内有责任感的企业来主动承担起领养太阳能热水器“孤儿”的社会责任，共同维护行业形象，实现太阳能热水器产业的可持续发展。
在关于太阳能热水器一年中使用期限的调查中，有32.6%的用户承认只有5个月水温能达到所需温度，38.2%的用户认为只有7个月，也就是说这两部分用户（70%多）使用的基本上是“单季”或者是“两季”太阳能热水器，一到冬天就“冬眠”；只有4.2%的用户承认其购买的产品一年四季都可以使用（见图五）。为什么有那么多的太阳能热水器一到冬天就“趴窝”呢？
冬天不好用甚至不能用的太阳能热水器基本上属于先天性残疾，概括起来有两方面的原因：
一是先天性能缺失。好的产品离不开好的设计理念和制造标准。真正好用的太阳能热水器必须以冬天好用为设计标准，必然对各项性能指标有严格的要求；以冬天好用为制造标准的太阳能热水器，也必然会在技术、质量、原材料、加工工艺、检测工艺等方面精益求精。但是，部分低价太阳能热水器由于技术局限，在产品设计上不以冬天好用为目标，采用的真空管质量不过关，吸热能力弱，储水箱的保温效果难以奏效，抗风雪能力差；并且真空管的质量、数量与储水箱的搭配不合理，冬天日照一弱，吸收的热量不但少，而且难以储存，自然就没有热水了。这样的产品无论怎样维修，都是“竹篮打水一场空”。
另一个方面在于产品安装和售后服务不过关。同空调产品一样，太阳能热水器在没安装之前仅是个半成品。同时，太阳能热水器安装在室外，工作环境恶劣，所以安装服务的重要性不亚于设计制造。但是，不少厂商为了节省成本，在产品安装时偷工减料、以次充好，主要表现在以下几个方面：
1、采用劣质配件，而不采用原装配件。冬天太阳能管道内外温差相差悬殊，劣质配件耐热胀冷缩性能差，很容易冻堵或冻裂，不仅影响正常使用，更严重的是造成重大损失后，用户投诉无门。
2、管道保温性不过关，不对产品进行定期巡检维护。太阳能热水器常年经受风吹日晒，管件容易老化变形，特别经过一夏天的高温爆晒，管件能否再经受冬天的天寒地冻，都需要全面检修一遍。杂牌太阳能热水器管路的外覆盖管路保温层由于采用了苯板泡沫箱等材料，又不增设置管路保温设施，天气一冷，水管内的水就结冰，体积增大，胀破水管，造成“细水长流”。
3、劣质配件质量不稳定，抗腐蚀性差，易生锈，生产的热水流出来时是“黄水”，根本无法用来洗澡、洗衣等，不仅严重影响正常用水，并且还污染环境。好的太阳能热水器流出来的热水不仅能洗浴还能洗菜做饭。
冬季天寒地冻，消费者最需要热水，也最能体现太阳能热水器的价值，而产品若在这个时候“掉链子”，的确会给消费者造成不少麻烦，这就要求太阳能热水器企业一定要站在消费者的立场上，提供一年四季都好用的产品。调查发现，不少用户都有冬天无热水可用的亲身经历，因此有关这个问题的调查可以全面反映出太阳能热水器用户的冬季使用情况。
有的太阳能热水器虽然还放在屋顶，但已经不能生产热水了；有的太阳能热水器虽然还能生产热水，但生产的热水已经不能达到洗浴的温度，或者生产的热水量越来越少，这些看似没有问题的太阳能热水器，都已经达不到正常的使用效果，“达标寿命”已经过期。
据调查结果显示，只有12.5%的太阳能能够基本满足用户的热水需求，而48.6%的用户反映，所用的太阳能热水器虽然还在“服役”，但是已经不好用了，要么水温不热，要么提供的热水量太少，无法满足日常生活的需求，这样的产品虽然还在使用寿命之内，但实际上已经超出其“达标寿命”了（见图六）。
“达标寿命”也是考核太阳能热水器的一个关键指标，它是指产品能够达到其性能的时间，不同于产品使用寿命。太阳能热水器不同于其他热水器设备，不只是一个简单的加热器，而是热水生产设备。衡量其使用年限的应该是“达标寿命”。产品质量、生产工艺、安装服务等因素都直接影响着太阳能的达标寿命。
在调查过程中发现，有的太阳能热水器真空管膜层已经脱落、发白，还有一些水箱裂了口，有的则是支架腐蚀严重，锈迹斑斑，“残肢断臂”。这些用户反映，太阳能热水器已经不能使用，厂家也已经找不到，由于放在屋顶不方便拆卸，所以一直没有管。这些没人管的“孤儿”不仅影响建筑美观，也给房屋带来了安全隐患。也正是由于这些原因，大大制约着太阳能热水器在许多城市的普及和推广。许多小区的开发商及物业管理公司拒绝住户安装太阳能热水器，有的还在与业主签订装饰装修管理服务协议中，明确规定严禁业主在小区屋顶和平台安装太阳能热水器。
一、真空管。真空管是太阳能热水器的核心部件，也是太阳能热水器的“心脏”。它的质量直接决定了整台热水器的使用性能。真空管的使用性能受镀膜技术和清洗、镀膜、抽真空、封口等工艺的影响等。但是，一些超低价太阳能热水器采用的真空管具有以下缺陷：真空度低，只有优质产品的1/100；管内残留大量杂质和水汽，一遇到高温就变成气体，真空度降低；低真空状态下膜层稳定性能差，两三年之内膜层就老化、脱落，导致集热性能急剧衰减，无法吸收足够的热量。
二、保温层。太阳能热水器白天生产的热水储存在储水箱里，如果保温层的保温性能不好，隔夜、阴雨天就不能用，或者不好用。造成太阳能热水器保温性能差的主要原因在于热水器的保温层，保温层的好坏决定了热水温度的高低和热水量的多少。好的保温层采用进口原材料，如聚氨酯，导热系数低，耐高温；保温工艺采用全自动恒温高压定量发泡，并经高温熟化处理，保温性能高且稳定持久。而一些低劣材料导热系数高，发泡也不均匀，一夜温度能下降十几度，遇到阴雨天就没有热水。还有的黑心企业，为了降低成本，竟然采用自制的苯板，几个月后保温效果直线下降，一两年后基本不保温。
三、内胆。目前，大部分太阳能热水器生产厂家都称水箱内胆是不锈钢。同样是不锈钢，但不锈钢中的铬和镍却大不相同。好的太阳能热水器采用高铬高镍的不锈钢内胆，保证了内胆坚固耐用，耐腐蚀性能强；劣质内胆多采用低牌号不锈钢，基本不含镍，耐腐性能差，使用寿命短。
四、安装和服务。太阳能热水器对安装要求非常高，专业化安装是其冬天好用的基础和保障。有些杂牌企业常常四处招募民工组成“游击队”，还没有经过正规培训就匆匆上岗，这些人既不懂管路的设计、热水器主体的固定等专业知识，更不懂产品后期的保养维护，造成的问题比比皆是，直接影响太阳能热水器的“达标寿命”。比如，用于固定热水器安装支架的配件，大品牌多采用钢丝条，结实、抗腐蚀，但有的小厂家却采用铁线固定，造成有些地区一遇到大雨、冰雹等恶劣天气，就有不少太阳能热水器轰然倒地。
本次调查还有一个意外的发现，就是有86%的用户反映，目前太阳能热水器提供的热水量不够用，希望能早日用上热水量更充足、使用更方便的新型太阳能产品（见图七），这为太阳能热水器制造商提供了一个新的商机，同时也意味着太阳能热水器市场也将进行一场产品革命。
1、通过本活动的开展，使学生能对研究过程和结果进行使用和评议；能用语言、文字、图表等方式表述研究过程和结果；能与他人交换意见，通过交流引发新的想法，选择适合自己探究的问题进行研究，体验科学探究的乐趣。
2、使学生感受到科学技术的迅猛发展，了解太阳能热水器的发展史，从而认识到科技产品对人类生活的服务功能。
3、激发学生关注太阳能世界的兴趣和积极性，进而在科学实践中尝试改进太阳能热水器，种下科学的种子。
师：同学们,《太阳能热水器的发展与使用》这个活动主题我们在暑假期间展开了调查研究，今天这两节课，我们就来进行成果汇报交流。准备好了吗？
老师发现自本主题的调查活动开展以来大家经常在一起快乐的学习着、研究着、忙碌着。能告诉老师你们各自小组是通过哪些途径对我们这个活动展开调查的吗？
生：我们是追寻历史小组，我们运用了查阅资料、课外调查、网络搜集、阅读等方法来完成调查活动的。
师：方法真不少。老师发现科技应用小组的同学在课下经常聚在一起讨论，能告诉同学和老师你们是用什么方式完成本次活动的吗？
生：走访调查、查阅资料、讨论、实验的方法。师：科技研发小组你们又是怎么来完成调查计划呢？
师：你们的办法真不少，老师相信你们一定有很多的收获。下面就让我们再次走进太阳能热水器的世界中吧！（张贴课题）
师：在今天的活动中，我们各个小组可以运用不同的形式，看看哪一组的同学对太阳能热水器研究的深入、汇报的新颖。（展示汇报要求）汇报时要注意：
4、从他人汇报中发现自己的不足，并及时弥补。每名同学一张记录表，把你发现问题随时记录下来。听清楚了吗？哪个小组愿意一马当先，第一个为大家汇报呢? 分组汇报
生1：我们小组主要调查太阳能热水器的发展历史，而且还调查了当前市场上太阳能热水器的发展情况。下面首先由XX同学来汇报。
生2：我们从课外书中发现，太阳能热水器一般是按水流方式来分类的，分闷晒式、直流式、循环式三种。
这是我奶奶家前几年使用的一个闷晒式太阳能热水器，长方形黑色的塑料袋，里面装满了水，全靠太阳光把它里面的冷水晒热。（展示照片）
循环式太阳能热水器改进了直流式太阳能热水器的缺点，使热水和冷水自然地在黑色玻璃管内上下循环，使冷水变成热水，变直流成循环。
生3：我调查了现在市场上的太阳能热水器构造。（边展示一幅太阳能热水器图边讲解）：一般都是由黑色的全玻璃真空集热管、储水箱、支架三大部分及相关附件组成的。
师：不错，这个同学认真研究了其构造，还把图片也带来了，你的准备很充分。请其他同学继续你的汇报。
生5、6：我们从网上搜集到了太阳能热水器工作的原理图片。师：好，来这里展示你们的资料吧！
（展示原理图）：太阳光照射到玻璃真空集热管上，集热管向阳面温度高，背阳面温度低，这时管内水便产生温差反应，利用热水上浮冷水下沉的原理，在真空管内形成冷水自上而下，热水自下而上的自然循环，使整个水箱内水的温度逐步升高，从而达到所需要的热水。
师：小小的年纪就有这么深的思考，真不简单。是呀，从最初的一个黑色的大塑料袋到今天的热管真空管式的太阳能热水器走进千家万户，科学的发展和进步可真快呀！请继续你们小组的汇报吧！
生4：我们小组还调查到以前太阳能热水器不能在天气冷的季节使用。今天随着科技的发展，太阳能热水器聚光集热与保温性能有了更大的提高，不但春夏秋季能使用，在冬季还可以正常使用，像皇明太阳能热水器。
生4：是XXX同学告诉我们大家的，他爸爸开了一家皇明太阳能热水器专卖店。师：哦，那你对太阳能热水器一定有更深入的了解，是吗？还知道哪些这方面的知识？ 生7：我知道皇明太阳能热水器在所有热水器中排名第一，（展示中国2008年10大太阳能热水器排行榜）。我还带来了一份皇明太阳能热水器说明书（简单介绍皇明太阳能热水器）。欢迎大家购买！
师：你可真聪明，知道利用自己知道科学知识推广你熟悉的产品。对，科学技术在不断的发展，人们在使用太阳能热水器的同时也注意到了品牌的质量，开始选择最尖端的产品了，其实太阳能热水器的发展，同其他科技产品一样，经历了一个漫长的发展历程。哪些同学关注了这方面的知识？
生8：老师，课本中第60页的资料卡讲了这方面的知识。全班同学一起看书，生3朗读。
师：请坐，看来你已经掌握了读书法这种研究问题的基本方法。其他同学也快来把你的研究成果展示给大家。
生10：我把搜集到的关于太阳能热水器的发展历史制作成了一张手抄报。（展示手抄报）
师：同学们，刚才通过追寻历史小组的汇报交流，使我们大家对太阳能热水器的发展历史有了一个初步的了解，同时告诉了我们一些有效的调查方法，我们知道了一项科学探究活动，需要许多人之间互相合作。老师相信你们两个小组的调查也一定很成功，汇报会更精彩。
生1：我们小组针对自己确定的活动主题—“太阳能热水器的使用”做了重点调查。师：有计划有实施，很好。
生 1：老师，我们组同学在调查的过程中首先发现了一个问题，为什么太阳能热水器在城市中几乎是家家户户都在使用呢？
生1：针对这个问题，我们走访了几十户人家，得出了答案，因为太阳能热水器的有很多优点。
1、只要有阳光，太阳能热水器就会流出热水，一年四季都可使用。可用来洗碗、洗菜，洗衣服，尤其是在冬季的时候，只要室内温度适宜，还可以照常用来洗澡，特别是为老人孩子免去了去澡堂的麻烦；
4、经济效益显著。一般情况下，如果用电或煤烧水约4年的费用就能买一台太阳能热水器。
生1：通过这次研究使我们发现太阳能热水器已经与人们的生活息息相关，已成为大家的生活中必不可少的一件生活用品了，是科技的发展给人们的生活带来了方便。
师：不错，科学的最终目的在于应用。你们小组发现了最有价值的问题。继续你们的汇报。
４、大气污染严重或风沙大、干燥地区要定期冲洗线、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。师：哦，你的汇报让我们大家懂得了如何使用太阳能热水器。可在使用的过程中会遇到很多问题，哪一位同学有新的发现？
生4：我研究了如何判断太阳能热水器是否水满？一般太阳能热水器安有溢流管，可根据溢流管是否排水判断水满状态，也可以配备水位控制仪，水满自动报警，根据报警判断。我家的就是看排水管是否流出来，如果流出就表示是水满了。
生3：我还调查了太阳能热水器上水应注意哪些问题？不要在中午温度高的时候注水。师：知道为什么吗？ 生讲解，师补充。
师：由于太阳能热水器的真空管在空晒时，管内温度能达到２５０℃左右，这时如果上冷水，晒热的真空管遇冷就很容易炸裂，所以在水箱内无水或第一次上水时必须在日出前或太阳落山半小时后进行。
生1：我们小组的同学还详细记录了一个暑假期间自己、家人、小区人们使用太阳能热水器的情况。
师：不错，详细记录了一个假期自己使用热水器的情况，而且也计算出节约了多少能源矿产。很好，你的记录还在继续吗？哪个同学再来？
生1：XX记录了她们一家五口人一个暑假使用热水器的情况。生12汇报展示记录表。师：很详细，继续你们的汇报。
生1：她们三个同学住在同一个小区，调查了小区内人们使用太阳能热水器的情况，就让她们来汇报吧！
师：科学探究的过程不是一条平坦的大道。为了完成你们的调查计划，走访了整个小区十几户人家，付出了艰辛的劳动。其他小组的同学觉得他们的研究方式与你有什么不同？
生：他们没有局限在学校或家里调查，而是走上了社会上去进行综合调查。师：那么，你们在去各户调查之前都做了哪些准备？你们最担心的是什么？ 生6：我们最担心的就是邻居没有时间，不理睬我们。
师：看到你们的调查活动完成的这么认真，看来你们表现的不错，老师提议，现在就请你们把怎样进行调查采访的给同学们再现一下，好吗？
师：虽然开始的时候这一小组的同学并不太顺利，但是后来他们还是凭着智慧和真诚的话语成功的完成的这次调查任务，老师为你们的成功而高兴。师：看了他们的事实再现，其他小组的同学想一想，他们有哪些长处值得大家学习？在公共场所，当你有求于人或想征得别人的支持时，你们还有哪些心得？来说一说。
师：是呀！在我们参加的活动中，会经常到社会上去实践调查，与我们不认识的人打交道，当我们不被欢迎时，才是锻炼我们如何交际的最好机会，也是对你综合能力的考验。
生1：我们小组的同学在调查走访的过程中又发现一个新的问题，大家的太阳能热水器安放的位置都是倾斜放置的，于是我们小组一起设计了一个实验来探究了其中的秘密。
师：真是一个爱动脑筋的小组呀！你们怎么做的？ 两生展示自制太阳能热水器，投影实验记录表。
讲解：用三个相同的易拉罐制成三个简易太阳能热水器。首先在三个易拉罐装入等量的水,水的温度相同,并将罐口封好。然后将三个装好水的简易太阳能热水器放到阳光下，其中，第一个简易太阳能热水器竖直放置；第二个倾斜放置,第三个水平放置 ；三个简易太阳能热水器在阳光下照射相同的30分钟后，用温度计测量热水器里水的温度。结果发现倾斜放置的简易太阳能热水器里的水温最高半小时后达到
℃。这说明太阳能热水器倾斜放置时吸热能力最强的，所以我们看到的太阳能热水器都是倾斜放置的。
师：是的，这样放置容易保持太阳能热水器集热面和阳光垂直，尽可能得到最强的光和最大的热量。同学们，这个小组的同学在调查的过程中又发现了新问题，并能及时通过亲自动手实验证明了太阳能热水器的倾斜放置是有一定的科学道理的，这种能发现问题而自己动手解决的好习惯的确值得我们大家学习，同时也为我们节约能源提供了有力的证据。
师：看来这个小组的同学对太阳能热水器的知识了解的真不少。其他同学根据你的记录还有这方面的问题想向他们咨询吗？
其他组一生提问：我想知道暑假期间妈妈带我去看望在沈阳工作的爸爸的时候，为什么妈妈要把太阳能热水器里的水放干净？
生9：老师，让我来告诉他，我调查到了这方面的资料。在夏季晴天的情况下，太阳能热水器里的水不到两天水温就可达到100℃，使水箱长时间处于高温、高压的状态下，可能会使水箱胀坏，还会结水垢，缩短水箱的寿命。因此，如果你长期不在家，应安排别人经常放热水上冷水，或者在真空管集热器上放置遮盖物挡住阳光，待回家后，再除去。
其他组一生提问：我也有一个问题，太阳能热水器好几天未用的热水还能洗澡吗？
生10：我来告诉你。太阳能热水器好几天未用的水一般都是较热的水了，达到７０℃以上，尤其在夏天晴朗天气超过２天，水就会沸腾，到夜间会适当降温，使水温保持在６０℃－７０℃区域时间很长，而这个温度区域是水中细菌繁殖的极佳温度，因此，好几天或长期不用的热水，水质较差，细菌多，因此要排放掉，不要洗澡或用来烧开水饮用，这样的水洗澡对皮肤不利，长期使用这种水洗澡会引发皮肤病。
生2：太阳能热水器投入使用后，要经常使用，每天最好使用４至５次，间隔时间在４小时以内，这是因为：
①长时间地用水，对楼层较低的用户来说，所用到的水实际上是管道中的低温水（太阳能热水器里面的水停留在管道中降温后形成）；尤其在北方冬季，外界气温低，有时达到－２５℃以下，上下水管内的水凉得很快，若是六层楼，一楼用户每次需放掉一脸盆冷水，特别浪费，如果频繁使用就好一些；
②能有效防冻，让上下水管内始终有热源，加上保温层，可有效防冻。在北方冬季，不少人还采用室内稍微打开热水器阀门，往下滴水的办法来防冻。
师：科技应用小组的同学真了不起，各个可以称得上是太阳能热水器专家了。其他同学你有什么收获？
生：我要告诉爸爸太阳能热水器的优点，争取在我家也安装一个太阳能热水器，既方便，又节约能源。
师：同学们，以上追寻历史、科技应用两个小组的同学为我们带来了关于太阳能热水器的发展与使用等方面的知识，真让我们大开了眼界，增长了知识，谢谢你们！我们集体为他们鼓掌。
相信科技研发小组的的同学一定会同样精彩，下节课就是你们展示的舞台，下课！
师：上节课追寻历史小组和科技应用小组进行了成功的汇报，下面该轮到科技研发小组的同学一展风采了！
生1：我们小组的同学是分工完成调查任务的。主要通过查阅课外书籍、上网查阅、问家长、设想的方法探究了如何改进了太阳能热水器和在未来生活中人们使用太阳能热水器的情况。
生2：在生活中，我们经常看到有人忘记了关闭太阳能热水器输水管导致大量的水白白的浪费掉，费钱费水。我想在热水器上做改动，可以自动关闭的。我想到了在公共场所那种大的自动饮水器，直接接到自来水上，当饮水器充满了水时，自来水就不再往里输水了，如果把这种原理放到太阳能热水器上，应该可以吧！
生3：我在洗澡时发现，水温很难调节，混水阀稍微动一点点，水不是太冷就是太热。并且洗的过程中，如果关一会儿，再打开，水就变得很凉，要等很长时间才能在热起来。如何解决哪？我从点子公司发布的消息中发现了解决的办法：买一个恒温混水阀安上，就可以了。
师：这个同学善于发现问题、敢于动脑解决问题，看来在你的心中已埋下了科学的种子！生5：我在调查的过程中发现我家、奶奶家、舅舅家的太阳能热水器控制装置不耐高温，较易发生渗漏现象，使用一段时间后就要修理。针对这个问题，我到处查阅资料，终于有一天听爸爸说，他从报纸上看到一种硅胶体将用于太阳能热水器的控制装置，现在已经在研制的过程中了。这种技术应用到太阳能热水器中后将避免不耐高温和渗漏的问题。
师：真了不起，最先进的技术应用到我们的生活中，让我们一下子受益。继续你们的汇报。
生6：我看到了一篇报道，题目叫做：“壁挂式太阳能热水器问世”：山东力诺集团生产的壁挂太阳能产品已于2006年5月上市了，通过壁挂分体技术，实现阳台、墙壁、坡顶随意安装，解决了高层和非顶层用户无法安装问题，同时也实现了360度采光。
师：是呀，在科技高速发达的今天各种太阳能热水器先后问世，给人们的生活带来了极大的方便。老师也搜集到了阳台壁挂式太阳能热水器的图片，请同学们看屏幕，这种太阳能热水器早已大量投入生产，还有这种分体式和平板式太阳能热水器也已经走进了家庭。其他同学还有什么发现吗？
生7：我在调查的过程中发现，尤其是新的住宅小区刚刚建成，家家户户都在忙安装太阳能热水器，而且大家基本都选购了一些大容量的，据我调查有的太阳能热水器装满要400多斤的水。想一想，我真怕有一天整座楼房会被压倒，所以我设计了一座楼房集体使用一个大太阳能热水器的模型，它可以在楼房的附近另外建一座太阳能热水器供水站。
师：是呀！高层建筑与太阳能热水器设备一体化将是建筑设计的一个新方向。目前，我国已经有一些企业针对高层建筑已经推出了节能又美观的太阳能产品，太阳能热水器与住宅建筑有机结合，使住户享受清洁能源的同时又保持建筑设计的整体风格。
师：你们真棒，你们用这么多的科技知识解决了这样深奥的问题，有了良好的科学态度，再加上科学探究的执着，相信明天的你们一定成为一个个小发明家、小科学家。老师期待着你们。生1：我们小组还有两个问题没有找到答案，一种情况是太阳能热水器在用久了以后,由于空气中的尘埃会在集热管上“堆积”，所以将会影响到集热效果，要进行清理的话，一般使用者也不可能经常或者定期爬到楼顶去清理的既有难度还有一定的危险。如何解决呢？另外一般情况下，都要求用户在早晚间上水，避免白天有阳光时由于集热管温度较高而引起上水时水温差比较大而产生“炸管”现象。
生：我在调查太阳能热水器的发展历史的过程中，曾经看到了一篇网络中的新闻报道：一种改进的太阳能热水器，将水箱设计为两只，第一只水箱为预热水箱，第二只水箱为高温水箱，第一只水箱与第二只水箱相串接。预热水箱内的预热水流入第二只高温水箱中，使高温水箱中的水直接由较高水温的水集热升温，使用者在用水时，无需先放掉很多水箱底部的低温热水，直接使用高温水箱中的水，无浪费；另外还能同时进水和放水，用户在用水时不需要停止太阳能热水器进水，所以不会引起真空集热管爆管。
师：哦，你真棒，不但完成了自己的调查任务，而且还能关注其他小组的问题，谢谢你！你的汇报使我们一起看到了在不远的将来，各个品种的太阳能热水器都能解决“炸管”的问题，我们期待着吧。
师：同学们，你们的想法真是各个了不起，老师发现你们通过在本次活动的开展，不但知道到了很多关于太阳能热水器的知识而且思维变的更活跃了，老师为你们的表现自豪。下面我们全体同学都来做一名小小设计师，打开你智慧的大门，发挥你丰富的想象力，设计未来的太阳能热水器，使它更科学，更广泛得以应用。各小组同学之间可以讨论设计制作方案，也可以用图画的形式表现出来。
师：看到你们一副副作品，一个个创新方案，老师也仿佛置身于了一个崭新的太阳能热水器的世界中，老师祝愿你们好梦成真！
师：是呀，在今天太阳能热水器已是我们非常熟悉的太阳能产品了，太阳能还在哪些领域得到开发利用了哪？你们知道吗？
生4：我从《百科千万选答》中看到了两个关于太阳能的问题。一是为什么说太阳是地球的能量源泉？二是太阳能发电站是怎样发电的？
师：来，把你查到的资料和同学们共享吧！生展示课外书上的知识。生8：我也知道„„
师：你们真是一群热爱科学的好孩子呀！万物生长靠太阳，太阳每天都源源不断的提供能量。能源是人类社会发展的重要基础资源，随着世界能源新技术的进步及环保标准的日益严格，未来世界能源将进一步向清洁化的方向发展。太阳能的利用为人类创造了一种新的生活形态，使人类进入一个节约能源、减少污染的时代。老师前些日子也从网络中查到了这方面的资料，请看大屏幕。（课件展示）：
2、举世瞩目的北京2008年奥运会主场馆“鸟巢工程”，在其周围设有太阳能路灯，一些场馆、奥运村、媒体村等工程大量采用太阳能光伏发电技术，充分体现了“绿色奥运”的环保理念。
3、青岛奥帆中心：奥帆中心大坝上的太阳能发电车成为一道风景；太平角附近草坪的路灯装有太阳能电池板；在新启用的青岛火车站，58300平方米的站台风雨棚中镶嵌着2000平方米的太阳能电池组，电池组与车站配电系统并网，发电量足以供给车站照明。
4、将太阳辐射能转换为热能，我们熟悉的太阳能灶、太阳能电池板几年前就已在光照充足的西藏地区得到了广泛应用。
5、神7升空图片：每次神舟飞船发射升空进入预定轨道后，飞船都要张开两只巨大的“翅膀”——飞船太阳能电池阵，它负责全飞船的用电供应。
师：同学们知道吗？由于石油价格在不断上涨，加之石油不能再生的特性，使汽车能源匮乏成为未来汽车工业全球性的问题。石油总有干枯用尽的一天，那时汽车会以什么能源作为替代？于是太阳能，作为最清洁的能源之一，取之不尽，用之不竭，越来越成为汽车厂家未来能源开发利用的方向。请同学们继续看大屏幕。（展示各种新兴太阳能汽车）
老师前几天从齐鲁晚报上看到了这则新闻。（投影报纸，讲解太阳能在不久的将来应用到潜艇中）
听了大家的交流，老师很高兴，看来你们在这次活动中都有了自己的收获和体会，为了我们以后活动的顺利开展，老师建议大家把整个活动中获得的资料整理,每个小组汇制成一本活动读本来供我们以后学习使用，老师已经给你们准备好了封面，你们也可以制作成自己喜欢的模式。
太阳能热水器在农村的推广应用不仅有利于农村生态环境的改善,而且有利于提高农民生活水平。然而,在长期实践中发现,市场上现有太阳能热水器控制系统存在诸多不适合农村地区应用的因素,影响了太阳能热水器在农村地区的推广应用,如水位测量结果不准确、出现注水溢出或空烧空晒等现象、用电安全性不高以及价格昂贵。本文介绍一种适用于农村地区应用的太阳能热水器水位水温控制系统。
水箱内水位检测对于太阳能热水器的多功能化和智能化具有非常重要的作用。国内外制造商、开发商和学术界都十分重视太阳能热水器水位检测技术,研制了电极式[1]、浮球式[2]和电容式[3]等多种结构的水位传感器,但受水垢、成本和安装复杂度等因素影响均未得到广泛应用。电阻式水位传感器结构简单,成本低廉,是目前太阳能热水器中最通用的水位传感器之一。
电阻式水位传感器的基本原理是:含有无机盐或矿物质的水具有一定的导电能力,可以使浸在其中的电阻短路,从而将液位转换成电阻输出,实现水位测量。图1(a)所示为电阻式水位传感器内部结构,引线(a) 结构图 (b)工作原理图
测量时,传感器被垂直放入水箱,导电橡胶或浸入水中或显露在空气中,图1(b)所示为传感器工作原理图。若水中溶解了矿物质或无机盐,具有较强导电能力,导电橡胶间的电阻被短路或者相当于并联一个可以忽略不计的小电阻,引线①和②之间的电阻值显著减小。0档,20%档,50%档,80%档和100%档水位下传感器等效阻值见表1所示。
应用时只需采用各种电路测量出传感器的实际输出电阻,便可通过查表的方法得到水箱内的实时水位。然而在长期实践中发现,由于农村地区注入太阳能热水器的水有井水、山泉水、溪塘水或河水等,而且山区水质与沿海地区水质差异较大,同一水位下传感器输出在较大范围内变化,以致测量不准,出现了太阳能热水器注水溢出或空烧空晒等现象。
电阻浸入水中,可以等效为在电阻管脚间并联一个水电阻rw,如果忽略不同档位电阻管脚间距而引起水的电阻差异,不同水位下传感器的等效电路如图2所示。
由图2可知,水质纯净度不同时,水电阻rw差异较大,各档水位下传感器的输出电阻随着rw变化发生偏移。如果在任意情况下都按表1中的数据判断水位,则测量结果有很大偏差。水质纯度越高,rw值越大,误差越大。
软件补偿方法:通过实验方式确定在井水、山泉水、溪塘水、河水和自来水等水质中各档水位与传感器电阻之间的对应关系,存入不同的表中。太阳能热水器在投入使用之前,设置所使用的水源,针对不同的水源选择不同的数据进行查表,确定实际水位。
太阳能热水器控制系统要求实现水位检测、水温检测、注水控制、辅助电加热控制、管道保温控制、掉电数据保存、防雷保护和漏电保护等功能,系统框图如图3所示。
EM78P468是义隆公司针对中高端产品推出的一款高性价比单片机,内部资源丰富,系统设计更加简单。其双向I/O口具有输入阻抗高和输出电流大等特点,非常适合于电容充放电测电阻的场合,且I/O口数目较多,无需外部扩展。另一个突出的优点是在批量生产时可以选择裸片,大大降低产品的成本。
在太阳能热水器中,常用热敏电阻测量水温,因此水温与水位测量的本质就是电阻测量。常用的测量电阻方法有串联分压法和电桥法等。这些测量方法都需要A/D转换器,价格较高,不能满足太阳能热水器控制仪的低成本要求。
采用电容充放电技术[4]将电阻转换为充电时间,对时间值进行测量和计算,从而获得电阻值。图4所示为水温测量电路。
为防止雷电通过传感器电缆线窜入控制器,在水位传感器Rs和热敏电阻Rt接入电路板后,先经压敏电阻进行防雷处理。
测量水温时,先将P60与P61设置为输出管脚,输出低电平并保持一段足够长的时间,让电容充分放电;然后,将P61设置为输入管脚,设置P60输出高电平,通过热敏电阻Rt对电容充电,直到电容上的电压高于单片机I/O口的阈值电压,P61翻转为高电平,充电过程结束。与此同时,利用定时器统计电容的充电时间。通过预先标定好的充电时间与温度之间的关系,可以测得太阳能热水器水箱内的水温。同理,可测得水箱内的水位。
水位传感器上的导电橡胶作为电极长期浸泡在含有杂质的热水中,容易结垢,致使其与外界绝缘。为此,应尽可能减少传感器的供电时间,同时采用方波驱动技术。例如,测量传感器电阻结束后,设置P63输出高电平,P62输出低电平,产生一反向电流流过水位传感器。
采用继电器控制加热丝的启动与停止,电路原理如图5所示。单片机I/O口输出高电平,S8050导通,继电器吸合,加热丝开始加热;反之,I/O口输出低电平时停止加热。针对农村地区电源接线不规范的现状,采用两路继电器分别对火线和零线同时进行控制,提高了安全性能。二极管D1的作用是防止干扰通过I/O口窜入单片机,提高系统抗干扰性能。
漏电检测的原理是在一个铁芯上绕有一个输入电流绕组和一个输出电流绕组,无漏电时,输入电流和输出电流相等,在铁芯上二磁通的矢量和为零,就不会在第3个绕组上感应出电势;否则,第3绕组上就会形成感应电压,经滤波和整流后驱动开关管,向单片机报警。其原理图如图6所示。
系统需要3种电源,即用来驱动电磁阀和继电器等执行器件的12V电源、正常工作时的电源Vcc1以及停电时的电源Vcc2,电路如图7所示。220V电压经变压器降压、二极管整流和电容滤波后产生+12V电压,再经7805稳压后得到Vcc1。其中,D5可以防止干扰信号窜入7805,R4与R5用于掉电检测。正常工作时,Pd输出高电平;停电时,Pd输出低电平。正常工作时,Vcc1经R7对电池B1充电;停电时,则由B1对单片机供电,确保单片机RAM内的重要参数不丢失。
太阳能热水器控制系统任务多,而且各任务之间相互耦合,借鉴模块化程序设计思想将总任务分解成多个具有明确任务的程序模块,各任务之间采用消息进行通信,并采用时间片轮转法进行任务调度,设计的程序结构清晰、组合灵活且调试维护非常方便。
以一个片上定时器为基准,实现多个虚拟定时器,完成各子任务调度。定时器TCC每隔1ms中断一次,在中断服务子程序内给每个虚拟定时器加1,主程序中判断各子任务对应的虚拟定时器是否溢出,以此确定是否需要执行该子任务[4]。表2列出系统的子任务及各自的执行周期。
试验前,从临安(山区)和宁波(沿海地区)各取井水、山泉水、溪塘水、河水以及自来水一份,采用电容充放电技术对不同水质下充电时间进行标定,得到的数据存入单片机。测量时,由用户选择水源,再根据充电时间在对应的表格中查表,确定最终水位。
3) 检测到水箱内水位低于20%且水箱内温度不超过70℃时,自动注水至20%。
4) 若水箱内水位低于20%且水温高于70℃,则禁止自动注水,防止炸管。
5) 若水箱内水位低于100%且水温高于99℃,则自动注水,以充分利用太阳能。
7)在注水时,需要统计注水时间。如果持续注水30min水位没有上升,应停止注水,并通过声光报警的方式提醒用户可能出现水管破裂或水压过低。
1) 用户可以在任意时间通过按键控制进行手工加热,水温上升至最高温度时停止。
3) 如果用户设置了恒温模式,则水温低于设定的最低温度时开始加热,到达最高水温时停止加热,水箱内水温保持恒定。
5) 加热时,如果水位低于20%,则停止加热,防止空烧;如出现漏电信号,立即切断电源,并发出声光报警信号。
针对太阳能热水器在农村地区推广应用中存在的实际问题,设计了一种水温水位控制系统,所设计的系统具有以下特点:
1) 用软件实现不同水质下水位测量误差的自动补偿,提高了水位测量的精度与通用性。
2) 采用的电容充放电技术将模拟水温及水位信号转换成数字信号输出,系统无需A/D转换器,成本低廉。
3) 辅助电加热控制系统中,采用两路继电器分别对火线和零线进行控制,避免了农村地区接线不规范引起的触电事故,增强了系统安全性。
4) 模块化程序设计方法、任务间消息传递机制及时间片任务调度算法的应用,使系统程序具有结构清晰、组合灵活和调试维护方便等特点。
[1]王正彦,范延滨,汪健.太阳能热水器控制器的设计与实现[J].仪表技术与传感器,2004(11):53-55;58.
[4]张俊.匠人手记—一个单片机工作者的实践与思考[M].北京:北京航空航天大学出版社,2008.
[5]王怀龙,许晓光.分体式太阳能热水器控制系统的优化设计[J].计算机测量与控制,2010(18):586-588.
