太阳热水器用能免费，又环保方便，从闷晒式太阳热水器、平板式太阳热水器迅猛发展到今天的真空管式太阳热水器。真空管式太阳热水器虽较先进，吸热率已达９５％以上，发射率在０．５％以下，但日平均热效率还不高，尚在５０％左右，而且结构复杂，成本高，头重脚轻，可靠性差，使用过程问题多等等。这些缺点，虽经广大科技工作者十余年的努力进行改进，略有改善，但仍未能得到彻底克服。为什么呢？经反复研究发现问题出在做太阳热水器几何体上面，如不在原来的几何体的基础上进行改革，上述存在的缺点是不会得到彻底克服的。 经研究可做太阳热水器的几何体有：长方体的台形、扁盒形、箱形（如闷晒式、平板式太阳热水器），圆柱体的管形、筒形、圆盒形、覆竹（瓦）形（如平板式、真空管式太阳热水器的吸热管），棱柱体的棱柱形、棱锥形、棱台形、圆锥体的圆锥形、高圆锥形、矮圆锥形，圆球体的球形、半球形、高球缺形、矮球缺形等。发现做闷晒式、平板式太阳热水器的长方几何体和做真空管式太阳热水器的圆柱体均不适合是根本原因，所以必须跳出原来的几何体进行改革，才能彻底克服上述缺点。经反复试验对比，只有球缺几何体做太阳热水器最理想。 一、四季、全日自然跟踪太阳 太阳热水器在条件相同的情况下，日平均热效率高低，取决于热水器日照时间的长短，日照时间越长，日平均热效率越高，反之，日平均热效率越低。矮球缺体的太阳热水器平坐于楼（地）面，其球冠面的吸热涂层一年四季每天的全天均能自然跟踪太阳，而且时时刻刻均有垂直阳光照射。这是太阳热水器做不到的。如圆柱体的玻璃真空管和管翼流道，沿南北向放置时，可日跟踪太阳，但不能四季跟踪；若东西放置可四季跟踪，不能日跟踪。管与管也有相互遮挡的时候，且圆柱体的吸热管只有朝光面的５０％吸热涂层能采光吸热，另背光的５０％吸热层处于闲置无效状态（加反射板收效也甚微），覆竹（瓦）体的吸热器虽能克服闲置的吸热层，但不能解决四季、全日自然跟踪太阳的缺点；圆锥体比圆柱体跟踪太阳紧些，但比不上球缺体。太阳热水器直径为１．５ｍ，高０．３ｍ相同的情况下，球缺体的上午８时和下午６时的时候采光面占８０％，上午９时后至下午５时前的８小时内１００％采光，而圆锥体在上午９时和下午５时的时候采光面为６０％上午１０时至下午４时前的６个小时内１００％采光，球缺体比圆锥体日采光多２小时，即增加３３．３３％，而且由于锥度所限，不能四季自然跟踪太阳，几何体更不用说了。所以球缺体的太阳热水器比几何体太阳热水器日平均热效率高得多。 二、整体、紧凑、简单的结构 太阳热水器在高效的前提下越简单，成本越低，可靠性越高。球缺体的太阳热水器的吸热器由矮球冠形的内外玻璃罩熔焊起来，夹层抽成真空，内罩有选择性吸收涂层。吸热器下加上个底就是贮热水箱，吸热器和贮热水箱叠成为一个整体，安上上水管、下水管和进排气管就是一台太阳热水器了。不像平板式、真空式的吸热器由十几至几十支吸热管组成，并要与在其上的贮热水箱一一连接起来，再安上上、下水管，进排气管，才成为一台太阳热水器。平板式的几十条吸热流道由金属焊成，两侧加焊翅翼，焊路长，难免漏水。真空管式的几十支吸热管有内外两层，其夹层为真空层，内层全面涂选择性吸收涂层，几十支吸热管又要与贮热水箱一一连接，也难免漏水。贮热水箱置于吸热器上面，使水自然循环，否则要加泵强制循环，更复杂了。由于贮热水箱在上，热水器向南斜放，因而必须有支架支撑，热水器要高达１．５－２ｍ，长宽则根据吸热管的数量和长短而定，因而需要几十支金属管（条）构成支架，并要用螺栓与楼（地）面紧固防风，实在是太复杂了。如果设想把几十支真空管做成一个大圆筒为整体真空管太阳热水器，结构虽然简单了，管与管间的间隙没有了，但５０％的闲置吸热层却无法克服，全日和四季跟踪不能兼得。若做成覆竹（瓦）形真空管整体太阳热水器，克服了管间间隙和闲置吸热层问题，但问题仍然存在。若做成扁盒体、圆盒体、矮圆台体整体太阳热水器，则不能自然跟踪太阳，又由于上下面是平的，承压力差，若加厚，成本又高。若做成矮圆锥体尚且较好，接近矮球缺体的优点，但比不上矮球缺体。如自然跟踪太阳不如球缺体，锥面承压也不如球面好。 三、投影面积95%采光 太阳热水器应当充分利用太阳辐射到大地上的每个单位面积的能量。球缺体的太阳热水器没有边框，没有闲置吸热层，投影面积９５％以上用于采光吸热，如直径１．６２ｍ的太阳热水器的投影面积为１．６２２∏４＝２．０６㎡，利用于吸热面积为１．６２∏４＝２．０１㎡，吸热层的面积为投影面积的２．０１２．０６×１００％＝９７．５７％。而真空管式太阳热水器用于吸热层的面积不到其投影面积的５０％。如“冬冠”１８０ＨＭ１４ＴＴ１８φ５８—５０°的真空管式太阳热水器其投影面积为１．７４（东西）×１．５２（南北）＝２．６４４８㎡，其能吸热面积是０．０４８（内管径）×１４（管数）×１．７（管长减去接头部分）＝１．１４２４㎡，占投影面积的１．１４２４２．６４４８×１００％＝４３．１９％。球缺体的太阳热水器比真空管式太阳热水器多５４个百分点，当然提高了热效率。 四、吸热层100%采光吸热，吸热层减少60%以上 球缺体的太阳热水器的球冠面涂的吸热层均向阳没有背光面，１００％采光吸热。而平板式和真空管式太阳热水器的吸热层涂满管壁，不论太阳入射角如何变化，只有５０％采光吸热，另５０％背光闲置，就算加装反射板，收效也甚微。球缺体的太阳热水器的热层只是涂在一个球冠面上即可。而真空管式太阳热水器的吸热涂层要涂满几十支管壁。例如底直径为１．６ｍ，高为０．２８ｍ的球冠吸热面，涂覆吸热层底面积为１．６２∏４＝２．０１㎡，涂覆吸热层面积为（０．８２＋０．２８２）∏＝２．２５７０㎡，真空管式的涂覆吸热面积为６．３１２８㎡真空管直径５８，长１８００的真空管底吸热层面积２．０１㎡则需２．０１０．０４８（内管）×１．８＝２３．２６支管，每支管涂吸热层为０．０４８∏×１．０－０．２７１４㎡，总涂吸热层为２３．２６×０．２７１４＝６．３１２８㎡。那么球缺体的比真空管式的涂覆吸热层少（６．３１２８－２．２５７）６．３１２８×１００％＝６４．２７％。因此不但提高了热效率，也降低了成本。 五、互不遮挡，更适合组装大型供热水系统 矮球缺体的太阳热水器，底大身矮，它们之间不会互相遮挡阳光，如２㎡的球缺体的太阳热水器，安装占地面积不超过３㎡，而２㎡的平板式、真空管式的太阳热水器因其高达１．５ｍ以上，南北向间隔需要１．５－２ｍ，安装占地７－８㎡，因此，球缺体的太阳热水器能密集安装，用串联、并联方法组成大型供热水系统，它安装的数量是平板式、真空管式太阳热水器的２．３－２．７倍，可解决３０层楼的所有住户的热水需求。 六、成本为真空管式的30—50% 球缺体的太阳热水器由于四季全日跟踪太阳，采光面积多，日平均热效率比真空管式太阳热水器高得多，而且结构简单，又无支架，无效吸热层大幅度减少，成本比真空管式太阳热水器低得多。它有三种实施方式三种成本。第一种实施方式，无透明罩，外罩为金属罩，表面涂铝阳极氧化等选择性吸收涂层，被加热后的水贮于贮热水箱内保温，成本约为真空式的３０％左右。第二种实施方式，由内外两层玻璃罩熔焊起来或由外层玻璃和内层金属结合起来，内层表面涂选择性吸收涂层，其夹层抽成真空，吸热涂层比真空管式少６４．２７％，其成本约为真空管式的４０％。第三种实施方式是将第二种实施方式的真空吸热罩覆盖在第一种实施方式而成，其成本约为真空管式的５０％。 综上所述，球缺体的太阳热水器结构简单，热效率高，成本低，可靠性高，一旦上市，定会受到广大群众欢迎，不论在城市或农村，均易推广。
