由： 朱莉婭·萊頓

　　這所位于科羅拉多州戈?duì)柕堑姆孔釉O(shè)有太陽能熱水系統(tǒng)。查看更多 綠色科學(xué)圖片.

　　照片由 NREL加熱水占家庭能源使用的很大一部分。這是一個(gè)幾乎持續(xù)的需求 - 我們使用熱水淋浴，洗衣，洗碗 - 而且它加起來。一年內(nèi)，80加侖(302升)的電動 熱水器 平均運(yùn)行約500美元，使用4，800千瓦時(shí)的電力，貢獻(xiàn)約6，600磅(2，993公斤)的一氧化碳2 到大氣層[來源： 奧爾森路透社 某人].

　　天然氣加熱器做得更好，但它仍然占大約400美元和3，900磅(1，769公斤)的一氧化碳2 每年 [來源： 能源之星, GNG, 鉑族].

　　那里有更環(huán)保的選擇。兼具高效率和 無罐熱水器 可以減少能源使用。但太陽能處于另一個(gè)層次。它和熱水一樣綠色。太陽能熱水器通常與傳統(tǒng)加熱器結(jié)合使用，因?yàn)樘鞖鈺绊懱柲軣崴纳a(chǎn)。傳統(tǒng)加熱器補(bǔ)充了太陽能加熱器。在熱水系統(tǒng)中增加太陽能熱水器可以減少能源費(fèi)用和相應(yīng)的一氧化碳2 排放量減少50% - 有時(shí)甚至更多，具體取決于您居住的地方[來源： 體育].

　　太陽能是一種極好的清潔能源：它的燃料，陽光，是無限的，免費(fèi)的，當(dāng)轉(zhuǎn)化為能量時(shí)不會排放任何東西。正如我們大多數(shù)人所知，太陽能的問題在于它的效率。太陽能光伏技術(shù)(PV)在將其燃料轉(zhuǎn)化為電能方面的效率低于風(fēng)力渦輪機(jī)。但是當(dāng)你談?wù)摷訜崴?而不是為燈泡或音響供電)時(shí)，陽光不需要變成電。它需要變成熱量。將陽光轉(zhuǎn)化為熱量是沒有問題的。

　　這并不是說太陽能熱水器沒有缺點(diǎn)。在本文中，我們將了解太陽能熱水系統(tǒng)的工作原理，哪些因素決定了其效率，如何制作自己的熱水系統(tǒng)，以及為什么您可能想要或可能不想這樣做。

　　太陽能熱水器的核心是做一件事：它利用陽光來加熱水。當(dāng)你把一杯冰茶放在陽光下時(shí)，也會發(fā)生同樣的事情：過了一會兒，它就不再冰了。當(dāng)然，家用熱水器必須比這更快、更大，因此系統(tǒng)必須更加復(fù)雜。

　　但有時(shí)，只是輕微的。

　　太陽能熱水系統(tǒng)

　　基本的太陽能集熱系統(tǒng)

　　圖片由 密蘇里州自然資源部太陽能熱水器的核心是太陽能集熱器和儲水箱。太陽能集熱器基本上是一個(gè)玻璃絕緣盒子，內(nèi)部顏色深，通常還有一堆用于水流的管子或通道。(玻璃是一層材料，通常是玻璃，有助于保溫。太陽能集熱器將太陽的輻射轉(zhuǎn)化為熱量。儲罐正是它聽起來的樣子。它容納了水。

　　這是基本設(shè)置，有些系統(tǒng)并不比這復(fù)雜得多。太陽能熱水器的第一個(gè)區(qū)別是切割和干燥：被動還是主動?主動加熱器使用電動泵和控制裝置在系統(tǒng)周圍移動水。被動加熱器只使用自然力。被動是兩者中更簡單的。

　　有兩種主要類型 無源系統(tǒng):

　　批：這就像熱水器一樣簡單。它只是太陽能集熱器內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)水箱(這個(gè)沒有管子)。水在水箱內(nèi)升溫，重力或自然對流(熱水上升的趨勢)將水從水箱移動到家庭的管道。

　　熱虹吸管：水箱與太陽能集熱器分開。冷水通過太陽能集熱器的管子移動，自然對流將產(chǎn)生的熱水泵入儲罐。水從儲罐進(jìn)入家庭的水管。

　　主動系統(tǒng) 通常分為以下三類之一：

　　直接：水通過太陽能集熱器，在電動泵和控制裝置的幫助下進(jìn)入儲罐。

　　間接：太陽能集熱器不是加熱水，而是加熱“傳熱”流體，例如防凍液。然后，防凍液流入熱交換器的密封管道，在那里被水包圍。水從防凍液中吸收熱量(但從不與之混合)，然后泵入儲罐。

　　回流：排水系統(tǒng)與間接系統(tǒng)類似，只是它使用蒸餾水作為傳熱液體，并且它有一個(gè)單獨(dú)的“排水”罐用于蒸餾水。將所有傳熱液體從系統(tǒng)中泵出并泵入內(nèi)部罐中，使其成為寒冷氣候的理想選擇，因?yàn)橐后w不會暴露在極冷的天氣中。

　　無論太陽能系統(tǒng)是被動的還是主動的，它的成本都比你為天然氣或電動模型支付的費(fèi)用要高得多(稍后會詳細(xì)介紹價(jià)格)。但有些人正在通過自己制造來削減成本。事實(shí)證明，最基本的類型，間歇式加熱器，是一個(gè)相對簡單的家庭建造項(xiàng)目。

　　自制太陽能熱水器

　　建造太陽能熱水器并不完全適合初學(xué)者。它需要安裝管道、玻璃，最好是絕緣材料。但對于自己動手的人來說，這是一個(gè)理想的省錢和地球的項(xiàng)目。您可以以不到 100 美元的價(jià)格建造一個(gè)批量熱水器。

　　間歇式加熱器也稱為 一體式無源太陽能熱水器 --“整體”，因?yàn)樘柲芗療崞骱蛢藿Y(jié)合在一起。這是在家中構(gòu)建的最簡單的系統(tǒng)，實(shí)際上只需要幾個(gè)基本部件。(這只是一個(gè)簡短的概述;有關(guān)完整說明，請參閱 DIY 側(cè)邊欄。

　　電熱水器水箱(用的沒問題，只要狀態(tài)好)

　　黑色油漆

　　膠合板箱(足夠容納水箱)

　　玻璃板

　　盒子的鉸鏈蓋(以減少夜間冷卻)

　　絕緣材料

　　管道/配件

　　安裝件(用于屋頂、房屋側(cè)面或地面)

　　構(gòu)造非常簡單：

　　將水箱漆成黑色。

　　將玻璃固定在盒子頂部。

　　對盒子和額外的蓋子進(jìn)行絕緣，并在盒子上為流入和流出管道打孔。

　　將水箱固定在盒子內(nèi)。

　　將進(jìn)入的冷水輸送到水箱底部，將熱水從水箱頂部排出到家庭的熱水器水箱

　　將單元安裝在所需位置(屋頂通常最適合陽光照射)。

　　雖然建造熱水器可能很容易，但還有其他因素需要考慮。你必須確定加熱器的主要位置，這樣它每天暴露在最多的陽光下，這可能需要一些計(jì)算。您還需要確保理想的位置可以支撐設(shè)置的重量。與任何其他熱水器一樣，您需要弄清楚您需要什么尺寸的水箱，這樣您就不會在淋浴過程中耗盡熱水 - 并確定您需要多少玻璃表面積來加熱該水量。

　　如果您不愿意做出這些決定，您可能需要為專業(yè)構(gòu)建的設(shè)置掏錢。

　　無論哪種方式，太陽能熱水器都有一些一般的優(yōu)缺點(diǎn)。我們將從好處開始。

　　太陽能熱水器的好處

　　太陽能熱水的好處很多，而且相當(dāng)可觀。首先，您將節(jié)省電費(fèi)。

　　最有可能的是，您的熱水用電量將減少至少一半[來源： 體育].你實(shí)際存多少錢取決于你居住的氣候。如果你在美國西北部，那里在一年中的大部分時(shí)間里陽光照射不多，你的儲蓄將低于你住在像亞利桑那州這樣陽光明媚的地方，因?yàn)槟愕南到y(tǒng)可用的燃料較少。但如果你住在亞利桑那州，你可以減少高達(dá)90%的水加熱費(fèi)用[來源： 電子母乳].

　　然后是污染的相應(yīng)減少。傳統(tǒng)(排放)能源使用減少 50% 意味著一氧化碳減少 50%2 排放。因此，安裝太陽能熱水器可以將熱水碳足跡減少一半。同時(shí)，您正在為目前沒有容易獲得的可再生能源的應(yīng)用節(jié)省不可再生燃料。

　　由于太陽能熱水的好處，在您的家中增加一個(gè)單元也會增加其價(jià)值。因此，當(dāng)您出售房屋時(shí)，您最終可能會收回您投入太陽能供暖系統(tǒng)的任何資金。

　　這就把我們帶到了主要的負(fù)面因素：你投入的錢。雖然陽光是免費(fèi)的，但如果您走專業(yè)路線，將其轉(zhuǎn)化為您家的熱水所需的系統(tǒng)可能會花費(fèi)一分錢。

　　舊技術(shù)

　　太陽能熱水器聽起來像是過去幾十年中涌現(xiàn)的一種新的、具有地球意識的電器之一。事實(shí)上，自 1800 年代后期以來，它們一直以商業(yè)形式存在(而“技術(shù)”已經(jīng)存在了比這更長的時(shí)間)。一位名叫克拉倫斯·坎普(Clarence Kemp)的人于1891年為Climax太陽能熱水器申請了專利，到世紀(jì)之交，超過1，600個(gè)家庭正在使用一種[來源： 班布里奇].

　　對太陽能熱水器的擔(dān)憂

　　尼泊爾的這所學(xué)校使用太陽能熱水器集熱板。

　　照片由 NREL太陽能熱水的頭號缺點(diǎn)是前期價(jià)格。您可以花 500 美元甚至更少的價(jià)格購買新的高效燃?xì)饣螂姛崴?太陽能熱水器將為您安裝1，000美元至3，500美元不等[來源： 工具庫].您可以通過自己安裝或自己建造來降低價(jià)格，但大多數(shù)人都會由專家安裝，因?yàn)橥ǔＩ婕拔蓓敼こ?。但是，有?lián)邦(可能還有州)財(cái)政激勵(lì)措施可用于安裝太陽能熱水器，因此您的最終成本可能會更低。

　　同樣重要的是要記住，你會賺回這筆錢。但是收回前期投資需要多長時(shí)間取決于您住在哪里、您使用多少熱水以及電費(fèi)。如果你住在一個(gè)陽光明媚的地方，使用大量的熱水，天然氣或電力的成本每年都在上升，你將節(jié)省更多，你可以在短短幾年內(nèi)收回最初的投資。但是，如果你在芝加哥，傳統(tǒng)能源的成本會降低，你洗五分鐘的澡，冷洗衣服，手動洗碗，你的年度節(jié)省就不會那么顯著。在這種情況下，可能需要十年時(shí)間才能看到您的投資回報(bào)。

　　其他一些問題包括：

　　溫度：如果您住在非常寒冷的地方，由于凍結(jié)的風(fēng)險(xiǎn)，您可能無法使用直接加熱器型號(批量、熱虹吸和直接主動)。

　　家居定位：為了進(jìn)行有效的設(shè)置，您需要有一個(gè)具有大量陽光照射的安裝位置;城市住宅可能不符合條件。

　　水質(zhì)：如果您家的水特別堅(jiān)硬或酸性，您可能不適合使用主動系統(tǒng)。硬水或酸性水會腐蝕水循環(huán)系統(tǒng)。

　　電源要求：由于有源系統(tǒng)依賴于電動機(jī)械，因此它們在停電期間無法工作。

　　建筑法規(guī)：某些地區(qū)，如地震多發(fā)地區(qū)，對屋頂安裝的設(shè)備有嚴(yán)格的重量限制。太陽能熱水器可能太重了。

　　與一般的太陽能系統(tǒng)一樣，太陽能熱水器可能是您的特定情況的理想選擇，也可能不是理想的。但它確實(shí)提供了一些顯著的好處，可能值得努力使其工作。