太陽能（Solar Energy），一般是指太陽光的輻射能量，太陽能是一種可再生能源，廣義上的太陽能是地球上許多能量的來源，如風(fēng)能，生物質(zhì)能，潮汐能、水的勢能等等。太陽能利用的基本方式可分為光—熱利用、光—電利用、光—化學(xué)利用、光—生物利用四類。在四類太陽能利用方式中，光—熱轉(zhuǎn)換的技術(shù)成熟，產(chǎn)品也多，成本相對較低。如：太陽能熱水器、開水器、干燥器、太陽灶、太陽能溫室、太陽房、太陽能海水淡化裝置以及太陽能采暖和制冷器等。太陽能光熱發(fā)電比光伏發(fā)電的太陽能轉(zhuǎn)化效率較高，但應(yīng)用還不普遍。在光熱轉(zhuǎn)換中，當(dāng)前應(yīng)用范圍廣、技術(shù)成熟、經(jīng)濟(jì)性的是太陽能熱水器的應(yīng)用。

熱電材料(又稱溫差電材料)是一種利用固體內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)熱能和電能的直接相互轉(zhuǎn)化的功能材料,其工作原理是固體在不同溫度下具有不同的電子或空穴激發(fā)特征,當(dāng)熱電材料兩端存在溫差時(shí),材料兩端電子或空穴激發(fā)數(shù)量的差異將形成電勢差(電壓)。熱電材料主要分為半導(dǎo)體金屬合金型熱電材料、方鈷礦型熱電材料、金屬硅化物型熱電材料、氧化物型熱電材料4種。2007年日本在氧化物熱電材料的研究中走在世界前列。目前,已經(jīng)商業(yè)應(yīng)用的熱電材料有PbTe(工作溫度為230～ 530℃,主要用于發(fā)電)、Bi2Te3/Sb2Te(工作溫度為室溫～ 130℃,主要用于小規(guī)模發(fā)電以及制冷)、SiGe(工作溫度高于530℃,主要用于外太空發(fā)電)。

太陽主要以電磁輻射的形式給地球帶來光與熱。太陽輻射波長主要分布在0.25～ 2.5μm范圍內(nèi)。從光熱效應(yīng)來講,太陽光譜中的紅外波段直接產(chǎn)生熱效應(yīng),而絕大部分光不能直接產(chǎn)生熱量。我們感覺在強(qiáng)烈的陽光下的溫暖和炎熱,主要是衣服和皮膚吸收太陽光線,從而產(chǎn)生光熱轉(zhuǎn)換的緣故。從物理角度來講,黑色意味著光線幾乎全部被吸收,吸收的光能即轉(zhuǎn)化為熱能。因此為了限度地實(shí)現(xiàn)太陽能的光熱轉(zhuǎn)換,似乎用黑色的涂層材料就可滿足了,但實(shí)際情況并非如此。這主要是材料本身還有一個(gè)熱輻射問題。從量子物理的理論可知,黑體輻射的波長范圍在2～ 100μm之間,黑體輻射的強(qiáng)度分布只與溫度和波長有關(guān),輻射強(qiáng)度的峰值對應(yīng)的波長在10μm附近[3]。由此可見,太陽光譜的波長分布范圍基本上與熱輻射不重疊,因此要實(shí)現(xiàn)的太陽能熱轉(zhuǎn)換

吸熱過程，真空管式熱水器的吸熱時(shí)，太陽輻射透過真空管的外管，被集熱鍍膜吸收后沿內(nèi)管壁傳遞到管內(nèi)的水。管內(nèi)的水吸熱后溫度升高，比重減小而上升，形成一個(gè)向上的動(dòng)力，構(gòu)成一個(gè)熱虹吸系統(tǒng)。隨著熱水的不斷上移并儲(chǔ)存在儲(chǔ)水箱上部，同時(shí)溫度較低的水沿管的另一側(cè)不斷補(bǔ)充如此循環(huán)往復(fù)，終整箱水都升高至一定的溫度。

平板式熱水器，一般為分體式熱水器，介質(zhì)則在集熱板內(nèi)因熱虹吸自然循環(huán)，將太陽輻射在集熱板的熱量及時(shí)傳送到水箱內(nèi)，水箱內(nèi)通過熱交換（夾套或盤管）將熱量傳送給冷水。介質(zhì)也可通過泵循環(huán)實(shí)現(xiàn)熱量傳遞。