浅析太阳能热水系统安全性
2009年我国太阳能热水器年产量突破4000万平方米，保有量达到1.45亿平方米，中国太阳能热水器行业国内销售额约为578.5亿元人民币，同比增长34.5%，出口额为2亿美元，增长66.6%。已成为太阳能热水器的世界超级使用大国。
在哥本哈根全球气候大会上，温家宝总理向全世界宣布中国太阳能热水器集热面积居全球首位，温总理对太阳能热利用产业的高度评价给行业发展注入了信心，指明了方向，意味着太阳能热利用产业已经纳入国家新能源发展战略，太阳能光热产业迎来了发展的春天。
随着太阳能热利用产业的不断扩大和发展，太阳能热水系统的安全质量问题也在影响行业信誉和行业的发展。2011年2月14日中央电视台《每周质量报告》对市场上贴牌和傍名牌的作坊生产加工的太阳能产品进行了质量跟踪调查，对太阳能行业引起了不小的波澜，也引发了更多层次的不同人群对太阳能行业发展的思考。
1.太阳能热水系统安全性的由来及特殊性太阳能热水系统安全性的由来，主要来自两方面：
1.1
1.2太阳能热水器系统的特殊性
太阳能热水系统的运行含有集热——储热——补热——介质输送——控制诸多过程，过程较为复杂，介质热媒流程长，转换环节多，受建筑及天气影响较大。存在比常规热水器系统更多的安全节点;太阳能热水器系统与电热水器、燃气热水器不同之处在于以下四个方面，这也是太阳能热水系统的特殊之处。
1.2.1从太阳辐射能采集能量
其能量属性为不连续、间歇性、低密度的特点，而系统的输出则必须是保证具有稳定的、连续的、能流密度。
1.2.2太阳能热水系统的能力采集——集热器必须暴露在日光之下集热器及其部分辅配件必须连续经受长达10年之久日晒雨淋，季节变换，风雨交加，而不失其功效。
1.2.3太阳能热水系统必须与建筑物良好结合，太阳能系统在结构和功能两方面相辅相成，互不伤害。
1.2.4
以上两方面，造成系统安全隐患较多，事故多发，也正是安全性的源头。因此，解决安全性问题必须从源头抓起，方能治本治表。
2.太阳能热水系统安全性缺失的表现
2.1太阳能热水系统的安全事故一般存在以下几个方面：
2.1.1跑水
2.1.2漏电：太阳能热水系统当中考虑到光电两用(也可以作为电热水系统)和防冻伴热才引入常规电能。电加热装置的引入带来了漏电的隐患。而电加热伴热带过热或短路则可能引发漏电等安全事故。
2.1.3塌架：太阳能热水系统一般安装在建筑物的屋顶和建筑外墙，太阳能集热器的安装则需要钢结构支架的支撑，支持系统的持久性影响到太阳能热水系统的安全性。同时，安装时的高空作业也可能引发人身安全事故。
2.1.4雷电：太阳能热水系统集热器及辅配件部分属于露天安装，一般容易暴露于建筑物的避雷范围外，可能在雷雨天气引发雷击造成损坏或传导伤人。
2.2太阳能热水系统安全事故多发地区一般在严寒地区，突出的问题是：
2.2.1真空管炸管，控制失灵
全玻璃真空集热管在入冬前真空消失，入冬后没有及时更换新管而冻爆，造成系统跑水。控制器失灵多因传感器故障而引发跑水。
2.2.2农村建筑失火
多数由于电伴热带质量低劣、安装不规范、接点过热引燃管道保温层，从而造成建筑物失火。
2.2.3跑水结冰，冰柱伤人，损坏屋面
跑水结冰可能造成破坏屋面防水层，易引发屋顶漏水，并造成路面湿滑，影响人车通行的安全。跑水结冰后冰柱悬挂与屋面屋檐下，可能造成冰柱坠落伤人。
3.太阳能热水系统主要部件的安全性隐患及对策
3.1太阳能集热器
常见隐患有全玻璃真空管型集热器因真空管应力未完全消除或因漏气真空消失而引发炸管、集热联箱漏水;平板集热器因水垢堵塞集热管道或因严寒冻裂;U型真空集热管内管受水质腐蚀等隐患;热管集热器导热头高温黏结或传导介质衰减等隐患。集热器应从基础性方面考虑安全性隐患的解决办法。
全面贯彻国标和落实认证制度。严格按国家相关产品和工艺标准执行，重视设计过程的试验环节，考虑在极端环境情况下的使用安全。在生产制造环节对原材料质量严格把关，生产过程严格按照产品工艺要求及规范进行生产制造，严控检验和抽检环节，杜绝质量瑕疵和设计缺陷。按照国标ISO9001：2000质量管理体系进行控制，施行太阳能产品的认证标准，严要求、高标准进行企业管理和产品控制。
3.2储热水箱
储热水箱一般在结构设计、安装位置、固定方式、水箱漏水等方面进行安全性防御。
储热水箱容量大小的划分一般按照自身内压的承受能力、现场安装条件的限制、水箱的使用用途不同等进行分类设计。水箱设置安装在楼顶时承重问题是设计人员重要考虑的因素，一般都需要有专业的结构设计人员进行核算。水箱设置在地下室时设计人员主要考虑水箱的空间位置、维修通道、溢水或排污通道等。
3.3机电设备(泵、阀)
设备中常用到的是水泵和电磁阀。水泵在实际工程当中存在较多的问题是水泵冻裂、杂质或水垢堵塞、长时间空转过热损坏电机、水封垫片老化漏水等故障。水泵的安全使用主要多考虑扬程、流量、功率、防冻、防雨、噪音、适用水温、水质等使用条件，原则上可以安装在室内的水泵设备不进行露天安装，水质较差的地区要加装除垢器和过滤器装置，并做好防冻保护。
电磁阀在使用中经常出现的问题是关闭不严或不能开启两种问题。关闭不严多为水流中杂质、水垢存留或密封垫片问题，不能开启原因多为电磁线圈雨淋漏电损坏造成。电磁阀选用及安装多考虑安装条件、工作寿命、工作电压、开启状态、适用的流体范围(黏度和温度等)。
3.4管道
管道分室外和室内两部分。室外管道多考虑安装方便性和耐压强度，同时要求横平竖直的安装视觉效果。其中热镀锌管、薄壁不锈钢管、衬塑钢管是室外管道安装的首选。衬塑钢管对热水有限温要求，水温过高后塑料熔化或老化脱落易造成管道堵塞问题。一般选用时考虑使用寿命、耐压强度、耐冷热温度、热胀冷缩系数、安装的方便性等。
室内管道可选用：薄壁不锈钢管、热镀锌管、PPR热熔管、铝塑管等，主要考虑管道的寿命、耐腐蚀程度、安装的方便性、成本造价等因素。PPR管道以安装方便，使用寿命长，清洁耐腐蚀等特点。近年来新建建筑中室内管道的安装多被采用，但尤为注意的是对PPR的品质和质量的把关，同时严格按照工艺要求热熔连接，并按规范进行打压试水试验，否则易出现接头漏水现象，给后期使用时带来损失。
3.5辅助热源
辅助热源是作为太阳能热水系统必不可少的一部分，因为太阳能系统受天气状况制约，如要获得持续的、连续的热媒体，必须有常规能源(电、煤、气、油等)为燃料的加热设备作为补充。
辅助热源采用的较为多的是电加热装置。采用辅助加热为电加热装置的系统要充分考虑用电的安全。电缆、电线的载荷电流是否满足系统中最大功率工作时的要求。同步考虑电力用电安全的其他要求，我们一般采用的方式有：双漏电保护、可靠接地保护、设备材料可散热、防雨外罩、涮锡接线、消音减震等措施。
采用其他常规能源(煤、气、油等)或余热利用装置的加热方式，相应又引入了其设备安装、使用、操作、维护的安全性问题。
3.6控制器
控制系统为太阳能热水系统的神经控制中枢，它的执行情况好坏也是系统安全性的关键。
控制器故障(多为传感器故障)易造成水箱里的水不热、管道冻堵、跑水等使用安全问题。市场上的控制器产品多采用单片机集成电路控制、工业仪器仪表控制和PLC可编程序控制器控制。随着PLC成本的降低和功能的加强，在使用上变得更加方便，PLC以其稳定的运行性能和可靠快捷的运算速度，以及可实现人机对话和可以进行升级，逐渐将成为太阳能热水系统主流的控制器产品。
3.7其他安全问题
太阳能系统在设计过程中还要考虑当地的气候特征，如水质水压是否正常，是否考虑除垢和增压;当地的历史最低气温和风向、最大风力，是否考虑超强防冻措施和加强楼顶设备的固定措施等涉及到太阳能热水系统运行安全性的问题。
4.太阳能热水系统安装安全性的保证
4.1要安全，先规范
太阳能热水系统的安装应有专业的施工队伍进行，并配备相应的施工专业工种持证上岗，进行岗前安全教育培训和技术交底。严格执行各工序和设计图纸的操作规范和工艺要求，做好相应的物资供应和后勤保障，严格物资采购程序和物料保管措施，建立检查和巡检制度，规范例会和施工记录。
4.2安装过程中的安全性
太阳能热水系统很重要的一个环节就是安装过程，安装是执行的具体过程，是否能按设计要求进行施工安装，达到预期效果，安装过程起决定作用。
4.2.1人员安全和防火安全
太阳能热水系统一般主要的操作平台为楼顶，面临高空作业的复杂环境，尤其要注意在安装过程中的人身安全，做好相应的人身保护措施，一定要系好安全带、戴好安全帽、穿上防砸鞋等，准备好灭火器、防火毯等防火器材。不可违章操作，一旦发生事故，必将造成较大的生命和财产损失。2008年某地太阳能经销单位，在太阳能系统的安装过程中，曾出现过因违章操作、防护措施不到位而造成施工工人坠落的后果，给经销商和工人家属造成了巨大的伤害，应引以为戒，警钟长鸣。
4.2.2吊装搬运中的安全性
安装过程当中一般存在吊装、搬运过程，此过程应严格按照吊装规范操作，以免发生意外。2004年5月，某太阳能厂家施工单位在4层楼顶为节省成本而采取人工用绳拉的方式进行6吨水箱吊运，当拉到4层楼顶女儿墙位置时因工人消耗了大量体力，一时无法将水箱越过女儿墙，而将水箱悬挂于墙外半空。此时，拉水箱的麻绳因被墙体摩擦而变得很细，一旦体力不支或麻绳断裂，水箱必将摔落楼下造成巨大危害。幸亏有附近正在进行建筑装修的工人及时赶来协助，才解决了这场虚惊。
4.2.3安装中的用电安全
安装过程中用电比较频繁，焊接、切割、钻孔、套丝等都涉及到用电的安全，安装过程用电应设有专门的漏电开关箱，做好防雨、防漏电等防护，严格检测线路的情况，应定期检查并及时更换接触不良的开关和绝缘效果不好的线路。
4.2.4防风、防雷的安全性
安装的集热器阵列和保温水箱，应进行加固和防风处理，确保达到10级以下风力的防风等级，并制作安装维修检查通道或爬梯，方便维护管理。安装在楼顶的钢结构支架和储热水箱都需要做好避雷措施(如果系统在建筑的避雷带内，一般可做与建筑避雷合并接地处理)。当集热器或水箱高于建筑物高度时要按规范要求做专门的避雷设施(做避雷针或制作避雷带并可靠接地)。
5.太阳能热水系统维护服务系统
5.1正确指引用户自我管理
太阳能热水系统在安装调试验收完毕交付用户使用时，应将设计图纸、竣工图纸、太阳能系统图、设备说明书、控制说明书、使用操作规范等材料一并转交用户，并对用户的管理人员进行系统的使用操作、维护管理的培训和实操，使用户做到对太阳能系统能熟练操作、正确管理、故障自查、简易维护等。
5.2建立上门服务机制
建立入冬前定期巡检制度尤其重要。安排专业人员配合用户进行太阳能系统的整体检测，检测设备的完好情况及性能，检查集热器、真空管、水箱、保温、防冻、控制柜等是否正常，发现问题及早修复和更换，为系统正常越冬打下良好基础。
5.3建立维护服务自查系统
为用户建立服务档案，定期进行系统的后期跟踪回访，建立服务自查系统，不断将太阳能系统的容易出现的问题及解决办法形成规范，提早避免。
6.严寒地区安全性的特殊考虑
近年来，气候恶劣情况频频出现，极寒气候出现或突然来袭的寒流必将给太阳能系统带来严峻的考验。一般以全玻璃真空管型系统而言，在环境温度-18℃以上都能正常运行。应对寒冷天气的主要办法是对系统管路和设备的防冻措施保护得当或控制科学。在室外安装的管道保温层不能低于50mm厚并做好防雨防腐保护，同时管道内应设有防冻电伴热带自动低温保护和低温循环泵循环启动保护。在控制系统上应做的一般防冻保护和应急防冻保护等双重保护功能。在一些系统中部分设计有排空防冻保护措施，将管道内的水回流到保温水箱内，以达到防冻的效果。
高温防护一般主要在控制上实现此功能。设有高温报警提醒，为防止出现高温采取循环散热、高温禁止集热器加水等方式。一般非季节性储热的采暖系统可采取部分集热器停用(排空覆盖)的方式进行高温保护。
结论
随着行业的快速发展，太阳能热利用领域变得更加广泛，对太阳能系统安全性的研究工作尤显重要。太阳能热水系统的安全性表现在系统的方方面面。太阳能系统的安全性是关乎太阳能热水系统发展的重要前提，我们应以此为起点，努力提高我们的理论水平和解决实际问题的能力，不断总结积累经验，将太阳能系统安全性灌输于从事太阳能系统工程设计、安装、服务的团队中去。
