太阳能作为一种取之不尽、用之不竭、分布广泛的可再生能源,在实现资源与环境的可持续发展中具有无可比拟的优越性。在太阳能利用中,太阳能热水器以其成熟的技术和具有市场竞争力的成本为人们提供生产和生活热水。本文基于昆明地区典型气象年水平面上的逐日太阳总辐射,利用较为简明实用的Hay模型计算了不同方位角和倾角倾斜面上的逐日太阳总辐射,分析得到平板型集热器的最佳方位角为正南向,最佳的倾斜角取决于具体系统的使用时间和目的:对于全年应用的太阳能系统,当方位角∣γ∣≤15°时,理想的倾斜角范围为25°≤β≤30°;当15°＜∣γ∣≤45°时,理想的倾斜角范围为15°≤β≤20°。对于夏半年应用的太阳能系统,理想的倾斜角范围为0°≤β≤10°。对于冬半年应用的太阳能系统,当方位角∣γ∣≤15°时,理想的倾斜角范围为40°≤β≤45°;当15°＜∣γ∣≤45°时,理想的倾斜角范围为25°≤β≤30°。本文基于典型气象年的逐日气象参数,模拟太阳能热水系统的热水生产、使用、贮存等过程,建立了太阳能热水系统的太阳能保障率数学模型,并分别对昆明地区的家用热水系统和第七届全国残运会游泳馆的太阳能保障率进行了计算和分析。研究发现,对于家用太阳能热水系统,太阳能保障率随着集热器面积的增加而增加,但是当集热器面积增加到一定数量时,曲线斜率明显减小,继续增加集热器面积,太阳能保障率增加的幅度很小;太阳能保障率随着水箱容积的增大先增大后减小,其原因是:当水箱容积增大时,热水量充裕,系统工作温度较低,热效率较高,热水箱的热累积性好,因而其保障率提高;但当水箱容积增大到一定数量时,水箱中水温过低,达到使用温度的热水量不足以正常供给,导致其保障率下降。对于游泳馆太阳能系统,太阳能保障率随着集热器面积的增加呈非线性增加。如第七届全国残运会游泳馆,当集热器面积小于2100m~2时,太阳能保障率随集热器面积的增加而快速增加;当集热器面积大于2100m~2时,太阳能保障率增加的趋势变缓,尤其是当集热器面积达3000m~2以上时,保证率的增加微乎其微。本文基于昆明地区的能源价格,以生命周期节约费用最大为目标,得出了昆明地区的太阳能热水系统在热负荷一定的情况下的最经济的系统配置和最佳太阳能保障率。如对于每日热负荷为200升50℃热水的家用系统,最为经济的配置为集热器面积5m~2、水箱容积0.25 m~3,最佳保障率为81.4%;对于第七届全国残运会游泳馆太阳能系统,最经济的集热器配置面积为2500m~2,最佳保障率为87.4%。通过本文的研究,获得了基于全年逐日气象数据及其太阳能系统基本参数的太阳能保障率的计算方法,使得太阳能保障率的计算更加结合实际、更科学合理,为太阳能系统的优化设计奠定了较为可靠的基础。