太阳能热水器的制作方法

本实用新型涉及热水器技术领域，具体而言，涉及一种太阳能热水器。

背景技术：

太阳能热水器主要是利用集热管将太阳能转化为热能，将水从低温加热到高温，以满足人们日常用水，被广泛使用。若仅靠太阳能加热，则加热温度易受日照强度和日照时间的限制，导致太阳能热水器在阴雨天气或光照不强时无法正常使用。因此，现有的太阳能热水器一般包括电加热器等用于辅助加热。带有电加热器等辅助加热器件的太阳能热水器一般是在预设时间点检验水温达不到预设温度时，自动加热或手动加热，通过电加热器来加热整个水箱的水，升温慢，能耗大且造成能源浪费。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种太阳能热水器，以解决上述问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种太阳能热水器，包括：太阳能水箱、控制仪及与所述控制仪电连接的水温传感器、水位传感器、电加热器、上水阀门和监测天气状况的光伏板；

所述光伏板设置于室外，所述水温传感器、水位传感器和电加热器设置在所述太阳能水箱内，所述上水阀门设置于进水管上；

所述光伏板将光信号转换为电信号并发送至所述控制仪，所述控制仪根据所述电信号以及所述水温传感器的水温信号和水位传感器的水位信号控制所述上水阀门和/或电加热器开启或关闭。

可选地，所述控制仪包括壳体、设置在壳体内的微控制器和接线端子组，所述微控制器包括模数转换电路，所述接线端子组包括至少两个接线端子，所述光伏板的正负极分别与两个所述接线端子连接，与所述光伏板的负极连接的接线端子接地，与所述光伏板的正极连接的接线端子与所述微控制器的模拟信号输入端连接。

可选地，所述控制仪还包括运算放大器，与所述光伏板的正极连接的接线端子与所述运算放大器的正相输入端连接，所述运算放大器的负相输入端与所述运算放大器的输出端连接，所述运算放大器的输出端与所述微控制器的模拟信号输入端连接。

可选地，所述控制仪还包括电阻分压模块，所述电阻分压模块包括第一电阻和第二电阻，与所述光伏板的正极连接的接线端子与所述第一电阻连接，所述第一电阻的另一端和所述第二电阻连接，所述第二电阻接地，所述微控制器的模拟信号输入端连接在所述第一电阻和第二电阻之间。

可选地，所述微控制器为PIC16C72。

可选地，所述太阳能热水器还包括蓄电池和充放电控制模块，与所述光伏板的正负极分别连接的两个所述接线端子与所述充放电控制模块的输入端连接，所述充放电控制模块的输出端与所述蓄电池和微控制器分别连接，所述光伏板通过所述充放电控制模块为所述蓄电池充电，所述蓄电池通过所述充放电控制模块为所述微控制器供电。

可选地，所述光伏板参数为5V1W。

可选地，所述光伏板为柔性光伏板。

可选地，所述光伏板弯曲形成空心圆柱体，所述光伏板的轴线与集热管的轴线平行。

可选地，所述太阳能热水器还包括安装支架，所述安装支架包括左前腿、右前腿、左后腿、右后腿、底托及光伏板安装件，所述光伏板安装件包括第一支撑杆、万向节、第二支撑杆和连杆，所述连杆通过万向节与所述第一支撑杆连接，所述第二支撑杆与所述第一支撑杆平行且垂直于所述左前腿或右前腿，所述第二支撑杆远离所述左前腿或右前腿的一端设置有容纳所述连杆的凹槽，所述连杆的一端置于所述凹槽内时，所述连杆与所述集热管的轴线平行。

本实用新型提供的太阳能热水器通过光伏板的电压或电流监测天气状况，并结合所述水温传感器的水温信号和水位传感器的水位信号，控制所述上水阀门和/或电加热器开启或关闭，以调节所述水箱内的水温和水位。在天气状况差时，自动减少上水量，水箱里的水通过较弱的阳光加热，也能获得较高的水温。由于水箱里的水较少，基础水温较高，从而在靠阳光不足以达到满意水温而启动电加热器加热时，加热速度更快，更节能。由于光伏板的电压或电流和天气状况有关，利用光伏板监测天气变化比靠仪表的时间更科学，控制仪能随着春夏秋冬不同季节控制上水和电加热，无需用户手动调节。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的一种太阳能热水器的结构示意图。

图2为本实用新型实施例提供的一种太阳能热水器的另一视角的结构示意图。

图3为本实用新型实施例提供的太阳能热水器的水箱的剖面示意图。

图4为本实用新型实施例提供的光伏板安装件的结构示意图。

图5为本实用新型实施例提供的太阳能热水器在晴朗天气工作的示意图。

图6为本实用新型实施例提供的太阳能热水器在多云天气工作的示意图。

图7为本实用新型实施例提供的太阳能热水器在阴雨天气工作的示意图。

图8为本实用新型实施例提供的控制仪与光伏板的连接示意图。

图9为本实用新型实施例提供的另一控制仪与光伏板的连接示意图。

图10为本实用新型实施例提供的另一控制仪与光伏板的连接示意图。

图11为本实用新型实施例提供的另一种太阳能热水器的控制仪与光伏板的连接示意图。

图标：1-太阳能热水器；10-水箱；20-光伏板；30-控制仪；40-水温传感器；50-水位传感器；60-电加热器；70-上水阀门；81-左前腿；82-右前腿；83-左后腿；84-右后腿；85-底托；86-光伏板安装件；861-第一支撑杆；863-万向节；865-第二支撑杆；867-连杆；8651-凹槽；31-壳体；33-微控制器；35-接线端子组；351-接线端子；36-运算放大器；37-电阻分压模块；R1-第一电阻；R2-第二电阻；R3-第三电阻；90-蓄电池；95-充放电控制模块。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于区分描述，而不能理解为只是或暗示相对重要性。

请参阅图1、图2和图3，本实用新型实施例提供一种太阳能热水器1。图1为本实用新型实施例提供的一种太阳能热水器1的结构示意图。图2为本实用新型实施例提供的太阳能热水器1的另一视角的结构示意图。图3为本实用新型实施例提供的太阳能热水器1的水箱10的剖面示意图。所述太阳能热水器1包括：水箱10、光伏板20、控制仪30、水温传感器40、水位传感器50、电加热器60和上水阀门70。

所述光伏板20设置于室外，与所述控制仪30电连接，用于监测天气状况。所述光伏板20将光信号转换为电信号并发送至所述控制仪30。光伏板20的电压或电流与光照强度及温度呈相关的关系，控制仪30可以通过检测光伏板20的电压电流值以及根据电压电流变化的变化情况判断天气状况。当光伏板20不需要驱动任何电器，仅仅是作为控制仪30检测电压电流的电源时，所需的光伏板20的功率可以比较小，所述光伏板20参数可以是，但不限于5V1W。当光伏板20需要驱动电器时，所需的光伏板20的功率可以较大，例如18V100W、36V280W等。

所述光伏板20可以是平板型光伏板，也可以是柔性光伏板。所述光伏板20可以是，但不限于晶硅光伏板。可选地，所述太阳能热水器1还包括集热管，所述光伏板20弯曲形成空心圆柱体，所述光伏板20的轴线与集热管的轴线平行。集热管一般为圆柱形，将光伏板20设计成空心圆柱体，使光伏板20的接收光照面积与集热管的接收光照面积成线性相关，使光伏板20的电压或电流与集热管加热效率联系更紧密。可选地，所述太阳能热水器1还包括安装支架，所述安装支架包括左前腿81、右前腿82、左后腿83、右后腿84、底托85及光伏板安装件86。请结合参阅图4，所述光伏板安装件86包括第一支撑杆861、万向节863、第二支撑杆865和连杆867。所述连杆867通过万向节863与所述第一支撑杆861连接，所述第二支撑杆865与所述第一支撑杆861平行且垂直于所述左前腿81或右前腿82。所述左前腿81和右前腿82平行，所述左前腿81和右前腿82的倾斜角度与所述集热管的倾斜角度相同。在太阳能热水器1安装时，可以通过调节所述左前腿81和右前腿82的倾斜角度调整集热管的倾斜角度。

所述第二支撑杆865远离所述左前腿81或右前腿82的一端设置有容纳所述连杆867的凹槽8651，所述连杆867的一端置于所述凹槽8651内时，所述连杆867与所述集热管的轴线平行。所述连杆867为圆柱体，所述凹槽8651与所述连杆867的接触面为半圆柱形，将所述连杆867放入所述凹槽8651中时，所述连杆867与所述凹槽8651接触。当光伏板20为空心圆柱体时，移动所述连杆867，使连杆867离开凹槽8651，将所述光伏板20穿过所述连杆867后，再移动所述连杆867，使所述连杆867进入所述凹槽8651，即可完成所述光伏板20的安装。

应理解，在另一种实施方式中，所述光伏板20还可以安装在水箱10上。例如，所述光伏板20通过固定胶粘贴在水箱10的弧面上。

所述水温传感器40、水位传感器50和电加热器60设置在所述水箱10内，并与所述控制仪30电连接。所述水温传感器40和水位传感器50分别用于获得水箱10内水温和水位，并将测得的水温信号和水位信号发送至所述控制仪30。所述电加热器60用于辅助加热，其可以在控制仪30的自动控制下或在用户手动控制下加热所述水箱10内的水。所述上水阀门70设置于进水管上。所述上水阀门70可以是电磁阀，也可以是电动阀。

所述控制仪30根据所述光伏板20的电信号以及所述水温传感器40的水温信号和水位传感器50的水位信号，控制所述上水阀门70和/或电加热器60开启或关闭，以调节所述水箱10内的水温和水位。所述电信号是电压或电流。例如，清晨，所述控制仪30控制所述上水阀门70和水位传感器50，使所述水箱10上水40％，利用太阳能加热到洗浴温度要求后，例如50摄氏度。控制仪30通过光伏板20的电压判断天气状况，当所述光伏板20的电压大于第一预设值时或所述光伏板20在一段时间内的平均电压大于第二预设值时，所述控制仪30判断天气状况好。所述第一预设值和第二预设值可以根据具体情况灵活选择。所述光伏板20在一段时间内的平均电压，可以是控制仪30在10分钟、15分钟内检测到光伏板20的电压的平均值。当控制仪30判断天气状况好时，使所述水箱10再次上水20％，水箱10水温降低，当天气状况持续好，水箱10水温再次升高到50摄氏度，控制仪30通过光伏板20的电压监测天气状况。当所述控制仪30判断天气状况不好时，则不上水。周而复始下去，直到整个水箱10的水加满或达到预设量，或控制仪30判断天气状况不好。所述预设量可以根据客户需求等灵活设置，例如80％。傍晚时，当控制仪30通过水温传感器40检测水箱10内的水达不到50摄氏度，启动电加热器60对水箱10内的水加热。

图5、图6和图7为本实用新型实施例提供的太阳能热水器1分别在晴朗、多云、阴雨三种天气工作的示意图。图5、图6和图7中，A表示水位曲线，B表示水温曲线。图5中，清晨使所述水箱10上水40％，利用太阳能加热，8：50水温达到洗浴温度要求50摄氏度，控制仪30通过光伏板20的电压监测天气状况为好，再次上水20％，上水后水位为60％，水温开始下降。利用太阳能加热一段时间后，水温上升，10：30水温达到洗浴温度要求50摄氏度，控制仪30通过光伏板20的电压监测天气状况为好，再次上水20％，上水后水位为80％，水温开始下降。利用太阳能加热一段时间后，水温上升，11：30水温达到洗浴温度要求50摄氏度，控制仪30通过光伏板20的电压监测天气状况为好，再次上水20％，上水后水位为100％，水温开始下降后再持续上升。图6中，清晨使所述水箱10上水40％，利用太阳能加热，8：50水温达到洗浴温度要求50摄氏度，控制仪30通过光伏板20的电压监测天气状况为好，再次上水20％，上水后水位为60％，水温开始下降。利用太阳能加热一段时间后，水温上升，10：30水温达到洗浴温度要求50摄氏度，控制仪30通过光伏板20的电压监测天气状况为不好，不再上水。图7中，清晨使所述水箱10上水40％，利用太阳能加热，水温一直达不到洗浴温度要求50摄氏度，16：30启动电加热器60对水箱10内的水加热。

应理解，所述天气状况不限于上述的好和不好两种等级，还可以分多个等级，例如优、良、中和差。对于多个等级的天气状况，上水量可以不同，例如天气状况优上水30％，天气状况良上水20％，天气状况中上水10％，天气状况差上水0％。天气状况的等级对应的上水量可以根据历史实验数据等确定。判断天气状况属于哪个等级的方法可以不仅限于根据光伏板20的电压和光伏板20在一段时间内的平均电压判断，还可以根据当前时间等因素综合判断。

申请人经研究发现，现有的太阳能热水器1一般有三个模式：定时模式、温控模式和智能模式。定时模式：定时上水并加热，其中上水时间、上水量和加热温度可根据实际使用情况调整。例如，9：00和15：00上水至100％。4：00加热至50摄氏度，16：00加热至50摄氏度。该模式缺点是阴雨天耗能大。温控模式：用户设定好一个温度后，水箱10水温高于温控温度后自动补水至低于温控温度一定温度，例如15摄氏度。该模式不启动电加热器60，只在某个时间段并且水箱10水未满状态下才可以切换该模式，例如在8：00～17：00时间段。该模式缺点：晚上水箱10水温较低，需要用户手动启动电加热器60。并且，当水箱10内水较多时，则加热速度慢，耗电量大，用户体验差。智能模式：3：00上水50％，4：00加热50度，9点上水100％，17：00水温不到50摄氏度，启动电加热器60加热至50摄氏度。缺点：天气不好时，加热速度慢，易出现水箱10的水温过低，达不到洗浴温度要求的情况。如果启动电加热器60将整箱水加热到洗浴温度，则加热速度慢，耗电量大，用户体验差。

与现有太阳能热水器1相比，本实用新型提供的太阳能热水器1通过光伏板20的电压或电流监测天气状况，并结合所述水温传感器40的水温信号和水位传感器50的水位信号，控制所述上水阀门70和/或电加热器60开启或关闭，以调节所述水箱10内的水温和水位。在天气状况差时，上水量减少，启动电加热器60加热，加热速度更快，更节能，并且仅靠太阳能也容易保证水温达到用户洗浴要求。由于光伏板20的电压或电流和天气状况有关，利用光伏板20监测天气变化比靠仪表的时间更科学，控制仪30能随着春夏秋冬不同季节控制上水和电加热，无需用户手动调节。

请参阅图8，可选地，所述控制仪30包括壳体31、设置在壳体31内的微控制器33和接线端子组35。所述微控制器33包括模数转换电路，所述接线端子组35包括至少两个接线端子351，所述光伏板20的正负极分别与两个所述接线端子351连接，与所述光伏板20的负极连接的接线端子351接地，与所述光伏板20的正极连接的接线端子351与所述微控制器33的模拟信号输入端连接。所述微控制器33可以是单片机，如STC单片机、PIC单片机和EMC单片机等。可选地，所述微控制器33为PIC16C72，PIC16C72的模拟信号输入端包括13脚。所述单片机内置有电压检测电路，其能检测0～3.3V或0～5V的电压，可以直接用于检测光伏板20的电压。

请参阅图9，可选地，所述控制仪30还包括运算放大器36，与所述光伏板20的正极连接的接线端子351与所述运算放大器36的正相输入端连接，所述运算放大器36的负相输入端与所述运算放大器36的输出端连接，所述运算放大器36的输出端与所述微控制器33的模拟信号输入端连接。所述运算放大器36设置在所述壳体31内。

除了图8和图9所示的两种检测光伏板20的电压的方式，还可以采用电阻分压的方式检测光伏板20的电压。请参阅图10，可选地，所述控制仪30还包括电阻分压模块37，所述电阻分压模块37包括第一电阻R1和第二电阻R2，与所述光伏板20的正极连接的接线端子351与所述第一电阻R1连接，所述第一电阻R1的另一端和所述第二电阻R2连接，所述第二电阻R2接地，所述微控制器33的模拟信号输入端连接在所述第一电阻R1和第二电阻R2之间。可选地，所述电阻分压模块37还包括第三电阻R3，所述第三电阻R3的一端与所述微控制器33的模拟信号输入端连接，另一端微控制器33的模拟信号输入端连接。所述第一电阻R1、第二电阻R2和第三电阻R3的阻值根据光伏板20的参数和控制仪30的量程等灵活选择。采用电阻分压模块37，不仅可以间接调节所述微控制器33的测量量程，还可以保护所述微控制器33，防止所述光伏板20因过电压或过电流而烧坏微控制器33。

请参阅图11，可选地，所述太阳能热水器1还包括蓄电池90和充放电控制模块95。与所述光伏板20的正负极分别连接的两个所述接线端子351与所述充放电控制模块95的输入端连接。所述充放电控制模块95的输出端与所述蓄电池90和微控制器33分别连接。所述光伏板20通过所述充放电控制模块95为所述蓄电池90充电。所述蓄电池90通过所述充放电控制模块95为所述微控制器33供电。所述充放电控制模块95包括充电控制模块和放电控制模块。所述充放电控制模块95可以采用现有的电路模块或充放电一体机。所述蓄电池90还可以直接或间接地与所述水温传感器40、水位传感器50和上水阀门70相连，为所述水温传感器40、水位传感器50和上水阀门70供电。微控制器33、水温传感器40、水位传感器50和上水阀门70的耗电量较小，采用此种设计，就可以在停电的时，利用蓄电池90为微控制器33、水温传感器40、水位传感器50和上水阀门70供电，保证所述太阳能热水器1能正常测水温、测水位及上水，避免了因停电而无法上水或无法及时上水、水箱10供水不足及未充分利用太阳能的情况，提高用户体验。

本实用新型提供的太阳能热水器1通过光伏板20的电压或电流监测天气状况，并结合所述水温传感器40的水温信号和水位传感器50的水位信号，控制所述上水阀门70和/或电加热器60开启或关闭，以调节所述水箱10内的水温和水位。在天气状况差时，自动减少上水量，水箱10里的水通过较弱的阳光加热，也能获得较高的水温。由于水箱10里的水较少，基础水温较高，从而在靠阳光不足以达到满意水温而启动电加热器60加热时，加热速度更快，更节能。由于光伏板20的电压或电流和天气状况有关，利用光伏板20监测天气变化比靠仪表的时间更科学，控制仪30能随着春夏秋冬不同季节控制上水和电加热，无需用户手动调节。此外，该太阳能热水器1还可以包括蓄电池90和充放电控制模块95，利用蓄电池90为微控制器33、水温传感器40、水位传感器50和上水阀门70供电，保证所述太阳能热水器1能正常测水温、测水位及上水，避免了因停电而无法上水或无法及时上水、水箱10供水不足及未充分利用太阳能的情况，提高用户体验。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电性连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。