太阳能热水器的电控原理与维修

2023年4月23日发(作者：房子装修风格大全2021新款图片)

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太阳能热水器的原理与维修

山东大学 王德涛

太阳能热水器由于节能、安全、使用方便，现在家庭保有量大。而早些年安装的太阳能

热水器，已经进入故障高发阶段。现在热水器的维修人员良莠不齐，且收费高，维修时不能

一次性解决全部问题，或者不能将热水器维修到良好的状态。

本人购房时从原房东接收一台桑乐钻石160热水器，由于安装时间较长，出现过多次

故障及各种问题，花钱多但维修不理想，因此上网搜集各种资料，自己进行了全面维修，尽

管不能保证不再出现故障，但是可以保证放心使用，再出现问题时可以尽快解决。

如果你有一定技术基础和动手能力，相信看完本文你也可以自己动手修理你的热水器，

甚至成为专业的修理工。本文仅介绍楼顶安装非承压真空管式太阳能热水器。

1. 太阳能热水器结构图解

太阳能热水器结构图

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2. 太阳能热水器工作原理

太阳能热水器工作原理图

真空管式太阳能热水器，太阳辐射透过真空管的外管，被集热镀膜吸收后沿内管壁传递

到管内的水，水受热温度逐渐升高，比重减小而上升，形成一个向上的动力。热水不断上移

至储水箱，水箱中温度较低的水沿管的另一侧不断补充如此循环往复，最终整箱水都升高至

基本一样的温度。

3. 太阳能热水器的安装

3.1. 准备工作

（1）准备施工工具。比如：螺丝刀、扳手、电钻等。

（2）打开热水器包装，按照装箱单检查配件是否齐全。1)真空管数目齐全且是否完好;2)电

加热是否完好;3)水箱箱体是否有凹痕;4)支撑辅件是否齐全;5)只能控制仪包装是否完好等。

3.2. 安装支架

（1）安装位置选择。一般选择在屋顶，方向是坐北向南，正向南偏西5~10°，确保没有遮

挡物。入户管线也应该减少，这样可以增加日照时间。

（2）组装支架。安装时应当按照说明谁把前片和后片组装在一起，然后使用扳手上紧螺丝，

无松动即可。再将安装前后片侧斜撑住，起到结构上的加固作用。

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（3）将水箱和真空管都安装完毕后，再进行检验所有的螺丝，再拧紧。

3.3. 固定支架

一般采用水泥墩、打膨胀螺栓或者是钢丝绳固定支架，当然需要更具自身屋顶的情况来

选择最佳的固定方式。钢丝绳固定方法：把钢丝绳或大号钢筋套在前支架左右框及桶托左右

U型环上，并用螺母拧紧，将连接好的四根钢丝绳或钢筋向热水器四角方向拉伸，在女儿墙

或其它地方选择适当位置，钻孔按膨胀挂钩，将钢丝绳或钢筋与相应膨胀挂钩U型环牢固

连接。

3.4. 安装水箱

（1）电加热的安装。首先打开电加热口的防尘保温盖，松开里面的螺丝，然后将底部的塞

撬开，检查内置密封胶圈，看它是否贴紧，随后将内置电热棒放入，贴紧后恢复，上紧螺栓。

（2）先把水箱放在组装好的之家桶托上，将水箱与桶托用螺栓连接，拧紧架子与桶托连接

螺母，使水箱两端与支架左右两端距离相等，真空管中心线与前支架平面平行，然后把硅胶

密封圈放入内桶翻边孔内放平。

3.5. 安装真空管

（1）管座的安装。先安装真空管管座，集热管的下部要安装，且将管座安装在支架的指定

位置。

（2）插管。先检查保温层水箱内胆套着的密封硅胶圈，然后检查真空管工艺尾角是否破损，

接着检查像水银的涂层透明度，检查管口是否有加工毛刺、圆度。把真空管外密封胶圈逃入

真空管约15cm，用肥皂水充分浸湿管口，右手把握真空管尾端，一是为了保护工艺尾角，

二是便于插管用力。垂直管口方向插入真空管，用力均匀轻旋推入水箱，插入后退回管座，

这样依次把所有真空管安装完毕。

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3.6. 接冷热水管

（1）进出水口缠住胶带，然后上好管件，链接太阳能专用管道；

（2）电伴热带紧贴在管道外壁，用粘性扎带扎紧；

（3）把传感器装在水箱水位仪孔，管道外侧用厚聚乙烯橡塑管做保温；

（4）太阳能水箱上水由自来水接入。

3.7. 接线

（1）电加热接线。红色线为火线，双色线为接地线，其余一根为零线。剥皮，露出2cm左

右铜线，并套上热缩管，进行绝缘和防尘。然后把电源线与这三根线对色链接，接实接牢，

从外侧用防水绝缘胶带统一缠好，避免短路。

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（2）电伴热带接线。在电伴热带的端口切一斜面，让它的两线的距离相对较远，避免链接

短路。用绝缘胶带缠住使其充分绝缘，并将电伴热带的端头与管的端头对齐，用绝缘胶带固

定在官道上，使其紧贴管壁。另一端为智能控制仪端子，若有增压水泵，水泵接线与电伴热

并联链接。

3.8. 安装智能控制仪

（1）定位。在室内侧墙上，打孔，然后插入塑料胀管，将测控仪的固定底座安装在墙面上;

（2）传感器信号线与控制盒的信号线借口按照标记对接，插牢;

（3）恒温混水电磁阀要水平安装，电磁阀的接线分别接入控制盒上的接线端子。

3.9. 调试运行

安装完毕，接通控制器电源，依次检查上水功能，水位监测功能，温度监测功能，管道

保温功能。

第、、段说明：这段均来自网络，并进行了适当修正，旨在使读者对于太阳能热

1233

水器有全面了解。

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4. 太阳能热水器电气原理

4.1. 传感器

太阳能热水器通常选用温度水位一体式传感器，也许包含管道温度监测传感器。桑乐钻

石160热水器采用下述传感器：水位传感器为电极式传感器，温度传感器为20K-3950 NTC

热敏电阻，传感器外置放大转接板。

现在新式传感器一般为一体式传感器，没有外置放大板，且两线制四线制均有，网上资

料很多，不再赘述。

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4.2. 160

桑乐钻石传感器原理

4.2.1.

传感器外观图

原理说明：

1

）箍用于将绝缘橡胶管与电极相连，无电气用途；

2

）随着水位的上升水位电极依次没入水中，从而检测水位；

3

）温度传感器置于公共电极内，但与水及公共电极绝缘。

4.2.2. 7-4

线线转换盒外观

现在使用的传感器线转线的接线盒

74

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网购的7线转4线的接线盒

4.2.3. 传感器原理

R1

10k

GND

R2

150k

R6

100k

R10

22k

GND

R3

150k

R7

100k

R11

22k

GND

R4

150k

R8

100k

R12

22k

GND

R5

150k

R9

100k

高水位电极

Q1

2N2904

VO

Q2

2N2904

3

水位电极

2

水位电极

Q3

2N2904

低水位电极

Q4

2N2904

公共端

水位检测水位公共电极

R15

20k

GND

V1

+5V

GND

去单片机

R13

20KNTC

水位温度传感器放大转换板保温检测

水温检测

R16

20k

GND

去单片机

R17

20k

GND

控制器

去单片机

R14

20KNTC

放置在管道内

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原理说明：

1）水位检测与控制：随着水位升高，水位检测电极依次没入水中去单片机的水位检测

电压逐渐升高，R15仅为示意阻值，单片机根据预设的方式，检测水位进行相应的显示。单

片机根据设定可以自动或者手动启动上水阀上水，达到水位自动关闭上水阀停止上水。

2）温度检测原理：随着温度升高，R13（R14）阻值减小，水温检测电压及保温检测电

压随之升高，单片机根据分度值进行温度检测与显示。

3）水温控制：用户可以设定电加热温度，手动启动电加热，水温到达设定值后自动停

止加热。

4）管道保温：当管道温度低于4℃时启动管道加热保温，高于15℃停止。

5. 传感器故障与维修

5.1. 常见故障

水位不准，比如从三格跳到一格，显示还有两格水却放不出来，上不满水等。

1）水垢导致问题：水位传感器浸在水中，极易结垢，水垢吸水后导电，会导致显示水

位比实际水位高，尤其是洗澡过程中水位电极在刚刚离开水面时，水垢湿润导电，显示水位

不能准确反应实际水位。

2）水温检测问题：桑乐该款热水器温度检测采用20KNTC热敏电阻，其他热水器有的

采用10K热敏电阻，请认清规格，如不能确认，可以在控制器侧接入可调电阻根据热敏电

阻的分度表及实际显示温度测试。热敏电阻插在水箱中，如果传感器内管进水，将导致温度

偏高，极端情况认为短路故障。热敏电阻也会出现内部开路情况，万用表测量阻值显示∞。

3）保温问题：保温温度传感器，在管道内，管道漏水会导致阻值降低，使得检测温度

偏高，设备失去管道自动保温功能；保温温度传感器开路会导致设备一直开启保温功能，消

耗太多电能。

下图是加热棒的水垢，实际上传感器在使用时通入直流电或者脉冲直流电，直流电会导

致吸附作用，导致传感器水垢产生很快。

讨厌的水垢

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5.2. 故障维修

传感器由于质量问题及水垢问题，通常1~2年出现故障，轻则水位水温不准，重则失

效，当出现传感器水位不准确时，一般清理水垢后可以正常工作。如果是锈蚀严重或者破损，

只能更换同型号的传感器。

6. 电加热故障与维修

由于加热棒在加热时会积累大量水垢，当然不加热时也有水垢，水垢会导致加热棒导热

变差，进而导致加热棒过热烧毁。主要现象是启动电加热后漏电跳闸。

电加热棒有多种规格，安装位置也各不相同，放水后拆下，更换相同规格的加热棒即可。

尽量不要加大加热棒的功率，以免烧毁控制器及电缆！

该热水器加热棒在底部，直径47mm，拆除加热棒注意的是，1）加热棒爆裂后可能变

宽，掰窄后才能取出！2）螺钉一般不需要松动。3）谨防烫伤！

7. 水垢与去除

不论是太阳能热水器还是电热水器，都会因为水垢出现故障，太阳能热水器建议1~2

年除垢一次。除垢通常采用柠檬酸除垢剂，每次用1~3kg除垢剂，首先将热水器排至20~30%，

然后将除垢剂用温水配置成10%左右的饱和溶液，通过溢水口或者传感器口加入热水器储

水桶，加水至100%，浸泡3~5小时，排空后将太阳能热水器冲洗3次，即可正常使用。

说明：

1）柠檬酸除垢剂大约10~20元/kg比较便宜，可以根据容积年限确定用量；

2）柠檬酸属于无毒产品，可用作食品添加剂，即使手浸泡到饱和溶液中，一般也没有

伤害。但是依然建议尽量不要接触皮肤。

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简易漏斗

上水管取水

加水用简易漏斗

8.

管道保温

管道保温层应及时维护，否则易出现管道结冰甚至冻裂。维护时选用铝胶带缠绕修复即

可，出现大面积破损后只能更换保温层。

破损的保温层

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铝箔胶带

三层保温管套

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9. 混水阀及淋浴器问题

太阳能热水器由于水温很高，可安装恒温混水阀。恒温混水阀应选用第三代弹簧恒温结

构阀芯。

正如普通龙头由于起泡器堵塞引起出水量减少或出水分叉一样，混水阀的进水管道、进

水口的单向阀、混水阀本身、淋浴头等均需要定期疏通除垢。当出现出水变小、恒温变差等

现象，即表示应该除垢了。

10. 结束语

太阳能热水器属于机电一体产品，涉及到电子电气、水暖器材等知识，一些机械、水暖

等知识往往浅显易懂，因此本文侧重电子方向的原理与维修。有一定电子知识有一定动手能

力的理科工程师，参考本文，适当查阅网上的相关知识可以自行安装、维修相关产品。一方

面降低费用，另一方面避免一知半解的维修工胡乱修理，故障不断。