入射角与太阳能热水器的效率，本文主要内容关键词为：入射角论文,太阳能热水器论文,效率论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
各地正午时阳光对水平面的入射角β（以下简称入射角β）的大小不仅与季节有关，还与纬度有关，冬至这天的入射角最大，夏至这天最小。如图2设A地的纬度为α°N，入射角为β。过A点的切线表示A地的水平面，过A点的半径所在的直线则为水平面的法线。由地理知识可知，冬至日阳光直射南回归线，阳光射线又是平行的，∴β[,最大]＝23.5°＋α。 类似地夏至日阳光直射北回归线，见图3，可得入射角β[,最小]＝α－23.5°。
A地一年中，正午阳光的年平均入射角β＝α。大家知道，地球表面热能主要来自太阳，由于入射角夏天小，冬天大，所以夏天热，冬天冷，各地随着纬度的增大，年平均入射角也逐渐增大，因而年平均气温也随之降低（排除地形、海陆、洋流等因素）。让热水器自动跟踪太阳，保持与太阳光线垂直，可最大限度提高热水器的效率，但这将大大提高热水器的成本，使普通消费者难以接受，现在的热水器一般都采用固定角架来调整正午阳光的入射角。品牌不同，角架的倾斜角是不同的，同一品牌的倾斜角却是不变的，如上海的新东牌约37°，北京清华阳光牌约为45°，山东皇明牌约38°，江苏华阳牌约33°。
装了角架（设倾斜角为∠1）的热水器，如图1，若使正午阳光直射热水器AC，显然∠1＋∠2＝∠2＋β＝90°，所以∠1＝β，由于β是变化的，而∠1却是固定的，所以∠1一般取β的平均值β＝α，即角架的倾斜角应等于各地的纬度，这时，冬至日与夏至日正午阳光对热水器的入射角都为23.5°。其余日子阳光的入射角都小于23.5°，如图4 正午时热水器效率将不低于直射时的91％（cos23.5°的值）。
由于各品牌角架的倾斜角固定不变，而各地的纬度又是不同的，因而热水器的效率将大打折扣。如倾斜角∠1＝23°的热水器在广州， 由于倾斜角与广州的纬度基本相同，如上所述，它正午时的效率可不低于直射时的91％，而同一品牌的热水器在北京（40°N）， 由于北京的最大入射角为23.5°＋α＝63.5°＝∠GAB（见图4），∠BAC＝90°－∠1＝67°，所以冬至日正午阳光对热水器平面（AC）的入射角∠GAE＝67°＋63.5°－90°＝40.5°，热水器的受光量将仅为直射时的76％，为了提高热水器的效率，用户在安装选定的热水器时，可根据所在地的纬度，将热水器平面的倾斜角调整到纬度数加12°（从理论上讲，倾斜角等于纬度数时，热水器全年的平均效率最好，但考虑到冬天水温低，更需提高热水器的效率，夏天水温高，热水器效率低一些，对使用效果影响不大）。同时笔者建议厂方将固定式角架改为可调式角架（并附有倾斜角的刻度）。这将使你厂牌号的热水器在各地都有更好的销路，用户在使用这种热水器时，如能在春分和秋分时节各进行一次调整，秋分时使倾斜角＝（纬度数＋12）度，（秋分以后太阳对地球的直射点在赤道与南回归线之间移动，故取β[,最大]与
的平均数）。类似地， 春分时的倾斜角＝（纬度数－12）度。那么正午时，全年任何一个晴天，热水器的效率都将不低于阳光直射时效率的97％。