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人类社会的生存和发展离不开能源的大量消耗。在当前能源匮乏、环境恶化、气候变暖的严峻形势下，太阳能作为一种清洁的可再生能源，越来越引起人们的关注。各国纷纷出台相关的政策和规划，积极发展太阳能产业，为经济发展寻求新动力。在太阳能产业的发展中，太阳能热水器的热利用转换技术无疑是最为成熟的，其产业化进程也较光伏电池、太阳能发电等产业领先一步。
我国具有非常丰富的太阳能资源，太阳能年日照时数超过2200小时以上的地区约占国土面积的2/3以上，年辐照总量每平方米超过5000兆焦耳。这是太阳能产业发展最为有利的外在客观条件。
1 太阳能热水器
太阳能热水器作为一种方便、安全的太阳能热利用装置,已经得到了广大群众的认可,它与电热水器、燃气热水器等供热水装置形成了强烈的竞争态势。我国广大科研工作者投入了大量的人力、物力对太阳能热水器进行开发研究,形成了具有我国特色的太阳能热水器产业。截至2006年，我国太阳能热水器运行保有量达到9000万平方米，占世界总量的60％左右，年生产能力超过1900万平方米，产值达200多亿元。中国已成为全球最大的太阳能热利用产品生产、应用和出口的国家，并以20～30％的速度快速增长。今年九月，国家环境保护总局首次对清华阳光为首的二十一家太阳能企业颁发了中国环境标志产品认证，这也象征着中国太阳能热利用行业在规范化与标准化方面又迈出了重要的一步。
然而，太阳能热水器有其先天性的不足，其工作过程完全依赖天气情况。太阳能热水器一年中有多少时间能够使用，必须遵循自然规律。太阳能集热器晚上、阴天以及气温太低时都不能工作；在遭遇阳光辐照度低时，热水温度低，不能满足淋浴等生活用水需要，就需要用电加热或者燃气加热器来提升水温。这样一来，原有的太阳能热水器在节能上就大打折扣，同时还存在安全隐患,有故障也不好处理。太阳能热水器的阳光不确定性问题严重制约了太阳能热水器的发展。
2 风光互补
要想更高效地利用太阳能热水器，就必须考虑到室外无阳光这个重要因素，解决措施只能考虑贮热和集热两个方式。现在的热水器使用聚氨酯整体发泡保温，在没有研制出新的保温材料前，我们只有从集热方式上进行改进。鉴于此，设想用光伏电源[1]，把多晶硅或者单晶硅结合到大口径真空管内，让它一管两用。当这种真空管受到阳光照射时，其红外线部分进行光热转换的同时，其他光线粒子流就能使硅片进行光电转换，然后，把转换后的电能储存在蓄电池内，待太阳能贮水器内水温降低后，再进行电热转换，来提升贮水器内的水温。但是这种靠太阳能集热器和集电器结合的真空管还是受到日照强度的制约。
如何提高太阳能热水器的利用性，真正做到节能、全天候，是当前太阳能热水器产业亟需解决的问题。将风光互补应用于太阳能热水器，在现实的技术条件下，是一种实在可行的解决措施。
风能、太阳能利用受地理环境、气象条件影响很大，很多地区夏季风力资源贫乏，造成风能可用量下降，而冬季太阳能辐射量降低，太阳能热利用减少，难以满足使用要求。因此采用单一的风能或太阳能，往往出现某些月份能源不足。根据风能和太阳能在冬季和夏季的互补特性，克服由于风能、太阳能所特有的季节变化而造成能量不均衡的缺陷，采用风光互补，可以保证一年四季能量均衡，还可以保证一天内热水器的稳定运行。
3 风力致热
风能是目前最有开发利用前景和技术最成熟的一种可再生能源，虽然相对常规能源来说，风能的能量密度低，但从发展的高度看，风能对经济、社会和环境持续发展会起到重要影响。我国位于亚洲大陆东南，濒临太平洋西岸，风能储量丰富。全国理论可开发风能储量为32.26亿kW。通过对风能资源的深入勘测调查表明，全国实际可开发利用的风能资源为2.53亿kW。我国分力资源分布广泛,在东南沿海、山东、辽宁沿海及其岛屿年均风速达到6m/s～9m/s，内陆地区如内蒙北部、甘肃、新疆北部以及松花江下游也属于风资源丰富区，这些地区均有很好的开发利用条件。
3.1 风力致热方式
风力致热是将风能转换为热能，有三种转换方式[2]。一是风力发电，再将电能通过电阻丝发热，变成热能。虽然电能转换成热能效率接近100%，但风力发电的效率却很低，从成本控制及能量利用的角度看，这种方法都是不可取的。二是由风力机将风能转换为空气的压缩能，再转换为热能，即由风力机带动离心压缩机，对空气进行决热压缩放出热能。三是将风力直接转化为热能，显然第三种方法致热效率最高。风力直接转换为热能目前主要有以下四种方式：
1、液体搅拌致热
液体搅拌致热是在风轮的转轴上联接一搅拌转子，转子上装有叶片，将搅拌转子置于装满液体的搅拌罐内，罐内壁为定子，也装有叶片。当风轮带动转子叶片转动时，转子搅拌液体，液体在转子叶片、定子叶片及容器壁之间作涡流运动，并不断撞击、摩擦，通过液体分子之间产生不规则的摩擦和碰撞，吸收机械能转化为热能，提高液体温度。如此慢慢使液体变热，就能得到所需要的热能。这种方法可以在任何风速下运行，比较安全方便，磨损小。
2、固体摩擦致热
固体摩擦致热装置的基本工作原理是风力机输出轴驱动一组摩擦片，利用离心力的原理，用强制制动元件在固体表面上摩擦产生热，用水箱蓄水在发热装置的外壁进行热交换。这种致热装置结构简单，维护方便，不足之处是存在磨损问题。国内试验表明，采用普通汽车的刹车片做制动元件，大约运转300小时就要更换，磨损太快。
3、液体挤压致热
液体挤压致热利用液压泵和阻尼孔来进行致热。风力机输出轴驱动液压泵旋转，使液压油从狭小的阻尼孔高速喷出，高速喷出的油和尾流管中的低速油相冲击。油液高速通过阻尼孔时，由于分子间互相冲击、摩擦而加速分子运动，使油液的动能变成热能，导致油温上升。这样反复循环，使油温越来越高。通过热交换器将油的热量传给水，供应给用户。这种方法没有部件磨损，比较可靠。
4、涡电流致热
涡电流法致热是依靠风力机转轴驱动一个转子，在转子外缘与定子之间装上磁化线圈，当微弱电流通过磁化线圈时，便产生磁力线。这时转子转动，则切割磁力线，产生涡电流，并在定子和转子之间生成热量。
3.2 搅拌致热应用于太阳能热水器
太阳能热水器上的风能利用，按照市场开发，从成本控制方面考虑，排除采用风能—电能—热能的转化方式，采用风能直接转换为热能的转化方式，来开发新一代的风光互补太阳能热水器。在以上四种风能直接转换为热能的致热方式中，液体搅拌致热最适合应用于风光互补太阳能热水器。
搅拌致热与其它致热方式比较有如下优点[3]：搅拌致热方式不需要辅助装置；搅拌致热装置结构简单，价格便宜，容易制造，体积小，无易磨损件，对载热介质无严格要求；搅拌致热装置在整个工作过程中，将投入能量全部转换为热能，能很好地与风力机输出功率特性相匹配，功率系数大。
4 风光互补太阳能热水器的优点
风光互补太阳能热水器在原有的太阳能热水器的基础，充分地利用了风能和太阳能的互补特性，有两个热量来源：太阳能集热器和风力致热器。风光互补太阳能热水器较单一依靠太阳能的传统太阳能热水器有以下特点：
（1）采用风光互补，可以保证热水器的全年全天候稳定运行，提高了热水器的利用率；
（2）风光互补太阳能热水器无需其他有偿能源提供温度补偿，不消耗常规能源，真正实现了节能、环保，不存在安全隐患；
（3）采用风力直接转换为热能的风力致热形式，风能利用效率较高。
5、结束语
太阳能和风能都受制于天气条件，在单纯的风能和太阳能的利用中，这是技术所无法改变的客观事实。风光互补太阳能热水器，充分利用太阳能和风能互补特性，即无风可能有阳光，阴天可能有风，克服了现有太阳能热水器的阳光来源不确定性问题，弥补了太阳能热水器在资源利用上的缺陷，实现了可再生能源的完美结合。风光互补太阳能热水器可以基本上实现全年全天候供应热水，真正做到了节能、环保，具有很大的开发利用价值，前景广阔。
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我国具有非常丰富的太阳能资源，太阳能年日照时数超过2200小时以上的地区约占国土面积的2/3以上，年辐照总量每平方米超过5000兆焦耳。这是太阳能产业发展最为有利的外在客观条件。
1 太阳能热水器
太阳能热水器作为一种方便、安全的太阳能热利用装置,已经得到了广大群众的认可,它与电热水器、燃气热水器等供热水装置形成了强烈的竞争态势。我国广大科研工作者投入了大量的人力、物力对太阳能热水器进行开发研究,形成了具有我国特色的太阳能热水器产业。截至2006年，我国太阳能热水器运行保有量达到9000万平方米，占世界总量的60％左右，年生产能力超过1900万平方米，产值达200多亿元。中国已成为全球最大的太阳能热利用产品生产、应用和出口的国家，并以20～30％的速度快速增长。今年九月，国家环境保护总局首次对清华阳光为首的二十一家太阳能企业颁发了中国环境标志产品认证，这也象征着中国太阳能热利用行业在规范化与标准化方面又迈出了重要的一步。
然而，太阳能热水器有其先天性的不足，其工作过程完全依赖天气情况。太阳能热水器一年中有多少时间能够使用，必须遵循自然规律。太阳能集热器晚上、阴天以及气温太低时都不能工作；在遭遇阳光辐照度低时，热水温度低，不能满足淋浴等生活用水需要，就需要用电加热或者燃气加热器来提升水温。这样一来，原有的太阳能热水器在节能上就大打折扣，同时还存在安全隐患,有故障也不好处理。太阳能热水器的阳光不确定性问题严重制约了太阳能热水器的发展。
2 风光互补
要想更高效地利用太阳能热水器，就必须考虑到室外无阳光这个重要因素，解决措施只能考虑贮热和集热两个方式。现在的热水器使用聚氨酯整体发泡保温，在没有研制出新的保温材料前，我们只有从集热方式上进行改进。鉴于此，设想用光伏电源[1]，把多晶硅或者单晶硅结合到大口径真空管内，让它一管两用。当这种真空管受到阳光照射时，其红外线部分进行光热转换的同时，其他光线粒子流就能使硅片进行光电转换，然后，把转换后的电能储存在蓄电池内，待太阳能贮水器内水温降低后，再进行电热转换，来提升贮水器内的水温。但是这种靠太阳能集热器和集电器结合的真空管还是受到日照强度的制约。
如何提高太阳能热水器的利用性，真正做到节能、全天候，是当前太阳能热水器产业亟需解决的问题。将风光互补应用于太阳能热水器，在现实的技术条件下，是一种实在可行的解决措施。
风能、太阳能利用受地理环境、气象条件影响很大，很多地区夏季风力资源贫乏，造成风能可用量下降，而冬季太阳能辐射量降低，太阳能热利用减少，难以满足使用要求。因此采用单一的风能或太阳能，往往出现某些月份能源不足。根据风能和太阳能在冬季和夏季的互补特性，克服由于风能、太阳能所特有的季节变化而造成能量不均衡的缺陷，采用风光互补，可以保证一年四季能量均衡，还可以保证一天内热水器的稳定运行。
3 风力致热
风能是目前最有开发利用前景和技术最成熟的一种可再生能源，虽然相对常规能源来说，风能的能量密度低，但从发展的高度看，风能对经济、社会和环境持续发展会起到重要影响。我国位于亚洲大陆东南，濒临太平洋西岸，风能储量丰富。全国理论可开发风能储量为32.26亿kW。通过对风能资源的深入勘测调查表明，全国实际可开发利用的风能资源为2.53亿kW。我国分力资源分布广泛,在东南沿海、山东、辽宁沿海及其岛屿年均风速达到6m/s～9m/s，内陆地区如内蒙北部、甘肃、新疆北部以及松花江下游也属于风资源丰富区，这些地区均有很好的开发利用条件。
3.1 风力致热方式
风力致热是将风能转换为热能，有三种转换方式[2]。一是风力发电，再将电能通过电阻丝发热，变成热能。虽然电能转换成热能效率接近100%，但风力发电的效率却很低，从成本控制及能量利用的角度看，这种方法都是不可取的。二是由风力机将风能转换为空气的压缩能，再转换为热能，即由风力机带动离心压缩机，对空气进行决热压缩放出热能。三是将风力直接转化为热能，显然第三种方法致热效率最高。风力直接转换为热能目前主要有以下四种方式：
1、液体搅拌致热
液体搅拌致热是在风轮的转轴上联接一搅拌转子，转子上装有叶片，将搅拌转子置于装满液体的搅拌罐内，罐内壁为定子，也装有叶片。当风轮带动转子叶片转动时，转子搅拌液体，液体在转子叶片、定子叶片及容器壁之间作涡流运动，并不断撞击、摩擦，通过液体分子之间产生不规则的摩擦和碰撞，吸收机械能转化为热能，提高液体温度。如此慢慢使液体变热，就能得到所需要的热能。这种方法可以在任何风速下运行，比较安全方便，磨损小。
2、固体摩擦致热
固体摩擦致热装置的基本工作原理是风力机输出轴驱动一组摩擦片，利用离心力的原理，用强制制动元件在固体表面上摩擦产生热，用水箱蓄水在发热装置的外壁进行热交换。这种致热装置结构简单，维护方便，不足之处是存在磨损问题。国内试验表明，采用普通汽车的刹车片做制动元件，大约运转300小时就要更换，磨损太快。
3、液体挤压致热
液体挤压致热利用液压泵和阻尼孔来进行致热。风力机输出轴驱动液压泵旋转，使液压油从狭小的阻尼孔高速喷出，高速喷出的油和尾流管中的低速油相冲击。油液高速通过阻尼孔时，由于分子间互相冲击、摩擦而加速分子运动，使油液的动能变成热能，导致油温上升。这样反复循环，使油温越来越高。通过热交换器将油的热量传给水，供应给用户。这种方法没有部件磨损，比较可靠。
4、涡电流致热
涡电流法致热是依靠风力机转轴驱动一个转子，在转子外缘与定子之间装上磁化线圈，当微弱电流通过磁化线圈时，便产生磁力线。这时转子转动，则切割磁力线，产生涡电流，并在定子和转子之间生成热量。
3.2 搅拌致热应用于太阳能热水器
太阳能热水器上的风能利用，按照市场开发，从成本控制方面考虑，排除采用风能—电能—热能的转化方式，采用风能直接转换为热能的转化方式，来开发新一代的风光互补太阳能热水器。在以上四种风能直接转换为热能的致热方式中，液体搅拌致热最适合应用于风光互补太阳能热水器。
搅拌致热与其它致热方式比较有如下优点[3]：搅拌致热方式不需要辅助装置；搅拌致热装置结构简单，价格便宜，容易制造，体积小，无易磨损件，对载热介质无严格要求；搅拌致热装置在整个工作过程中，将投入能量全部转换为热能，能很好地与风力机输出功率特性相匹配，功率系数大。
4 风光互补太阳能热水器的优点
风光互补太阳能热水器在原有的太阳能热水器的基础，充分地利用了风能和太阳能的互补特性，有两个热量来源：太阳能集热器和风力致热器。风光互补太阳能热水器较单一依靠太阳能的传统太阳能热水器有以下特点：
（1）采用风光互补，可以保证热水器的全年全天候稳定运行，提高了热水器的利用率；
（2）风光互补太阳能热水器无需其他有偿能源提供温度补偿，不消耗常规能源，真正实现了节能、环保，不存在安全隐患；
（3）采用风力直接转换为热能的风力致热形式，风能利用效率较高。
5、结束语
太阳能和风能都受制于天气条件，在单纯的风能和太阳能的利用中，这是技术所无法改变的客观事实。风光互补太阳能热水器，充分利用太阳能和风能互补特性，即无风可能有阳光，阴天可能有风，克服了现有太阳能热水器的阳光来源不确定性问题，弥补了太阳能热水器在资源利用上的缺陷，实现了可再生能源的完美结合。风光互补太阳能热水器可以基本上实现全年全天候供应热水，真正做到了节能、环保，具有很大的开发利用价值，前景广阔。