摘要：当前能源紧缺，用电紧张，太阳能是绿色能源，得到广大用户的喜爱。使用太阳能热水器时存在的问题：不可缺水，空晒情况下上水会爆炸；春、秋天，水温升高蒸发，造成热能损失；冬天水温不够，须用电等等。采用太阳能热水器智能仪（仪称太阳能热水器水温水位测控仪），能解决上述问题。使用户省心，使用方便，智能运行，用户不必作任何操作。

关键词：太阳能热水器 工作原理 技术性能

引言

　　当前能源紧缺，用电紧张，太阳能是绿色能源，得到广大用户的喜爱。使用太阳能热水器时存在的问题：不可缺水，空晒情况下上水会爆炸；春、秋天，水温升高蒸发，造成热能损失；冬天水温不够，须用电等等。采用太阳能热水器智能仪（仪称太阳能热水器水温水位测控仪），能解决上述问题。使用户省心，使用方便，智能运行，用户不必作任何操作。

　　太阳能是一种低密度、间歇性、空间分布不断变化的能源，与常规能源有很大的区别，这就对太阳能的收集和利用提出了较高的要求。在太阳能热利用中，为了得到中高温热能，必须使集热器从日出到日落跟踪太阳，而在太阳能光电中，相同条件下，自动跟踪发电设备要比固定发电设备的发电量提高35%，成本下降25%。因此在太阳能利用中，进行跟踪装置的控制方式进行研究是一项很有意义的工作。

　　1. 本课题技术性能要求：

　　(1) 使用电源220V AC，功耗<5W。

　　(2) 水温数码显示，测温范围0~99 ⁰C；精度±2⁰C。

　　(3) 水位分五档显示（缺水、20、50、80、100%）。

　　(4) 具有缺水上水、温控上水、手动上水和低水压上水等功能。

　　(5) 水位设置。可设置加水水位20、50、80、100%（本仪预置水位50%）。

　　(6) 缺水报警。当水位从高到低，出现缺水状态时，蜂鸣报警，缺水指示灯闪亮。

　　2. 工作原理：

　　2.1 原理：

　　利用热敏电阻和液位传感器检测水温和水位，并加以显示。根据水温水位情况进行控制。当水位从高到低，出现缺水状态时，蜂鸣报警，缺水指示灯亮，延时15分钟，若温度不超过99⁰C，（以免空晒后上水造成炸管），自动上水至预置水位；若温度高于100⁰C，不上水。太阳晒后，水温上升，当温度超过60⁰C且水未满时，打开电池阀上水至50⁰C；防止出现低水量、高水温的不合理现象。晚上，若热水已用完，延时15分，进行缺水上水；若热水未用完，不上水，以保证热水充分利用；第二天太阳出来后，利用温控上水。在上水的过程中，水压过低或停水，智能仪会自动进入低水压上水模式，低水压声光报警，间隔30分钟启动上水，若30分钟内不能使水位上升一挡，则停止30分钟，然后再启动，反复循环。以免电池阀长时间通电而烧毁。

　　2.2实现方案：（附录1：系统示意图）

　　通过“水位设置”键可进行水位设置，可设置加水水位20、50、80、100%（本仪预置水位50%）。通过“上水”键，可实现手动上水。通过“上水”键，若水位低于预置水位，可上水至预置水位；若水位已达到预置水位，则在原水位基础上再加一档；若水位已加满，则停止手动加水。在上水过程中，按“上水”键，可停止上水。

　　3.1 直流电源的设计：

　　3.1.1 直流电源的图解：

　　本课题可采用集成三端稳压器，只要加上一些外围元件即可实现。其框图和电路分别如下图：

　　3.1.2 方案论证：

　　通过框图分析，该电路由四个部分组成，它们的功能分述如下：

　　（1） 电源变压器

　　它的任务是把电源电压

　　（2） 整流电路

　　它的任务是将正弦波变换成直流电压。这里一般采用桥式整流电路来实现，即可用四个二极管来组成，也可用整流桥堆来完成，只是参数一定要选择合理。

　　（3） 滤波电路

　　它的任务是将全滤波形通过 RC 滤波网络以后变成更平坦的直流电压，减小脉动，提高整流的效果。这时整流管中通过的电流的瞬时值要比平均值大得多，特别在接通电源瞬间有相当大的冲击电流（即充电电流）通过整流管，这一点要引起注意。

　　（4） 稳压电路

　　要求输出恒定的直流电压，且要达到提出的要求，

　　3.1.3 方案实现 ：

　　（1）计算u₂和C₁

　　查阅集成三端稳压器的知了可知，对输出电压在5v~12v之间的稳压器，其输入端的电压一般要比输出端电压高5v。而输出电压在15v~24v的稳压器，其两端电压差达到7v~9v左右。在此，如果1，2两端的电压为12V，那么可以求得u₂为10v。从电容滤波出发，C₁的容量应足够大，但C₁的容量也不能太大，否则整流元件的瞬时电流太大，而且容量越大，电容器的体积越大，价格越贵，根据经验综合各方面情况，取C₁=3300uF.

　　(2) 整流元件的参数

　　1）反向耐压 根据桥式整流电路的性能可知，每个整流二级管在交流电网最高时承受的最大反向峰植电压为：