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自然循环太阳能热水系统是依靠集热器和储水箱中的温差，形成系统的热虹吸压头，使水在系统中循环；与此同时，将集热器的有用能量收益通过加热水，不断储存在储水箱内。系统运行过程中，集热器内的水受太阳能辐射能加热，温度升高，密度降低，加热后的水在集热器内逐步上升，从集热器的上循环管进入储水箱的上部；与此同时，储水箱底部的冷水由下循环管流入集热器的底部
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太阳能热水器的原理主要包括了以下2个原理：第一水循环原理，冷水比热水密度大，冷水下沉，热水上升，形成自然对流循环、使水箱中的水逐渐变热，达到设定的水温为止。当太阳强度不足以满足循环需要的时候，可以在水循环闭路加一水泵，实现强制循环；第二就是集热器吸热原理太阳能热水器的集热器表面，有一特殊的涂层，此涂层对太阳能可见光范围具有很大的吸收率，吸收为热。

太阳能热水系统是利用利用太阳辐射能加热水的装置，它由集热器、贮水箱、管道、控制设备、辅助加热设备五部分组成。作为利用太阳能的一个设备整体，也称为太阳热水装置。目前，在市场上广为销售的家用太阳热水器，同样由上述的集热器等四个部分组成。所以家用太阳热水器，实质上是一个最小的太阳能热水系统，和采光面积几千平米的大型太阳热水系统原则上是一样的。