文献综述
一、课题研究意义及应用价值
太阳能热水器是解决我国家庭热水最有希望的、最有效可行的途径。太阳能光热的应用市场前景广阔，除家庭用热水外，还可用于工业热水、采暖、空调、干燥、农业种植、水产养殖、海水淡化等领域[1]。从发展角度看，城市家庭生活热水的供给不应由业主考虑，而应与建筑设计开发同时进行[2]。
太阳能热水器是太阳能热利用中商业化程度域高、应用域普遍的技术，而且在电子技术飞速发展的今天，有必要而且有可能采用新技术对原电气控制系统进行改造[3][4]，以提高可靠性，并实现系统的自动控制，提高太阳能热水器稳定性[5]。但是目前，在太阳能热水器控制部分，往往需要人量的中间继电器和时间继电器来满足生产工艺需求，结果使电路设计复杂、繁琐，故障时有发生，给使用和日常维护带来了很大的不便[6]。
二、国内外发展趋势及研究现状
太阳能热水器的发展最早要追溯到18世纪60年代瑞士科学家设计的第一台太阳能集热器。它奠定了太阳能热水器的发展方向和核心原理，为后来热水器的设计和完善提供了模板和基础。在1891年，世界上第一台真正意义的太阳能热水器在美国马里州发明问世，根据设计原理命名为闷晒式太阳能热水器。闷晒式太阳能热水器设计布局结构简单，成本低廉，对工艺要求较低。同时缺点很明显，保温性能差，热水必须在当天傍晚及时用完，很大程度上制约了太阳能热水器的应用与发展。在20世纪40年代，热水器的发展步入正轨。当时在美国生产了6万多套太阳能热水器，实现了初步的大规模生产，迈出了全球普及的第一步。在随后的40年里，太阳能热水器迅速地发展壮大规模，到20世纪80年代，全球已经有超过300多万台太阳能热水器投入使用。近10年里，欧洲的太阳能热水器使用率一直呈现着迅猛的增长趋势，不仅一直保持着17%以上的增长率，而且还提出了在2020年达到14亿平方米覆盖面积的宏伟预言[4]。由此可见欧洲国家对太阳能热水器的重视程度之高。太阳能热水器的发展在我国起步较晚。1958年在天津大学设立的太阳能浴室才算是我们对太阳能热水器研究与开发的真正起步。在20世纪70年代，我国兴起了对太阳能的开发利用为核心的科技浪潮，开始重视研发太阳能的吸收利用和太阳能热水器的设计。起初，我们以平板式和闷晒式为主[7]，但生产和研发都受到技术与工业水平的制约，难以追赶国外先进水平，只能进口外国设备对热水器进行研究学习。直到1987年，我国对平板集热器的设计制造有了重大突破，建立了全玻璃真空集热管和热管真空管集热器工业，使得太阳能热水器的制造水平达到一个新的高度。随后十多年，我国的太阳能热水器行业保持着旺盛的生命力，一直快速地进行着更新换代和设计研发。1992年，我国进行过一次全国性的普及调查，调查显示当时我国在太阳能热水器行业的年平均生产量仅为不到50 万平方米10。而在2000年的追样调查中，这个数据增长了近13倍,达到了640 万平方米的数值，可这还不是我国太阳能热水器的生产量临界值,在2006年又突破了1800 万平方米,行业产量的固定资产已经达到了200亿元以上。2013年的太阳能行业报告显示，太阳能热水器年产量为6360万平方米，达到年产量的顶峰值，随后的这几年，太阳能热水器年产量持续下滑。2014-2015年我国太阳能热水器产业总体皇现迅速下降态势, 2016年的下降速度开始趋于平缓，生产运行总体平稳。面对太阳能热水器出现的生产瓶颈期，我国相关政策开始重视热利用行业的转型升级，标志着我国太阳能热水器行业开始进入了新的发展阶段。正在制定的《十三五建筑节能规划》仍将把可再生能源建筑能耗替代率作为目标，“十三五”期间将继续加大在新建和既有建筑上太阳能热水系统的推广力度[8]。
目前市场上所出售的太阳能热水器因为没有真正实现系统的智能化全自动而给人们的实际应用带来了很多不便，主要表现在水位控制方面不能自动化所谓水位控制就是通过设定水位来实现太阳能热水器里缺水时自动补水[9][10]和水满时自动停水的功能[11]。大多数太阳能控制系统都实现了水满时自动停水的功能，却对缺水时自动补水的功能无法把握。有时遇到阴雨天，太阳光线不强，无法达到需求，就需要系统自动进行补温[12][13]，但如果在夜间，没有太阳光，补温时就需要启动辅助加热装置而此时我们却不用水，这样无疑就耗费了很大能量[14]。针对上述问题，提出了一种新设想，即可以使太阳能控制器实现较好地自动补水[15]和自动补温[16][17]。由此，需要在控制系统中，加入时控电路、水温控制电路和水位控制电路共同控制水箱以达到较好地自动补水和补温的目的[18][19][20]。
三、参考文献[1]王志锋.分布式太阳能热发电技术与产业发展分析[J]中国科学院，2016，（02）:182-190[2]翟耀耀.太阳能热水器与建筑一体化在住宅小区设计中的应用关键探索[J].智能城市，2018，(19):33-34[3]胡丰光.浅析我国太阳能热水器的发展[J].天津建设科技，2015，（19）：206-207[4]刘剑桥等.太阳能热水器研究近况与展望[J].技术交流，2018，11:80-85[5]宋忠诚.中国太阳能热水器产业创新价值的重要性及应用探讨[J].东方企业文化，2013（35）:382[6]段生财.推广太阳能热水器技术中应重视的问题[J].绿色科技,2015,(3):251-252[7]姜立军，刁立鹏，徐冯.太阳能涂层在平板集热器上的应用研究(下)[J].家电科技，2012，（03）[8]王承平.新能源与可再生能源的开发与利用探讨[J].南方农机,2019，1:238[9]沈兆振.农村太阳能热水器自动上水装置的设计[J].装备制造技术,2016，12:151-153[10]江莺等.基于HT48R54A单片机太阳能热水器水位控制系统设计[J].现代计算机,2013，(5):59-61[11]杨海玲,李晓青.太阳能热水器自动关水实验[J].中国现代教育装备,2013,(08):39-40[12]张震等.基于单片机的通用太阳能热水器控制器设计研究[J].科技创新与应用,2018，(24):93-94[13]陈永建等.单片机在太阳能热水器辅助电加热温度控制器的应用与研究[J].电子世界，2016，20:193-195[14]方小坤.智能太阳能热水器温度控制系统设计[J].扬州职业大学学报，20014，（03）：143-144[15]王彤.太阳能热水器恒温节能器设计方案[J].山西科技，2017，（05）：46-47[16Naseral.Schedulingandeconomicanalysisofhybridsolarwaterheatingsystembasedontimerandoptimalcontrol[J].JOURNALOFENERGYSTORAGE,2018，20:16-29[17]LawrenceWetal.AnAutomatedBatteryManagementSystemForPhotovoltaicSyIEEEIndustryApplicationMagazine,2014，7:67-72[18]SeanE.Wrightetal.TheUpperLimittoSolarEnergyConversion[J].theAmericanInstituteofAeronauticsandAstronautic,2009，(2861):384-392[19MohammadA.S.Masoum,HoomanDehbonei,andEwaldF.Fuchs,TheoreticalandexperimentalanalysisofphotovoltaicSystemswithVoltageandCurrentBasedMaximumPowerPointTracking[J].IEEEtransactionsonenergyconversion,2012，17(4):514-522[20]Z.T.Yu,Y.C.Hu,R.H.Hong,K.F.Cen.Investigationandanalysisonacellularheatpipeflatsolarheater[J].HeatMassTransfer,2005(42):122-128
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