这是一个在太阳能热利用工程中非常经典和重要的设计选择。简单来说，核心原因是为了最大限度地利用太阳能，并保证系统的稳定和高效。下面我们从几个方面来详细解释为什么太阳能（尤其是太阳能热水系统）要尽量使用圆柱形水箱：

1. 受力性能：对抗强大的内压与外压

这是最关键、最根本的工程原因。

· 内部压力： 水箱内部储存的是水，并且被太阳能集热器加热。水被加热后会膨胀，导致水箱压力显著升高（形成一个承压系统）。同时，自来水供水本身也有压力。

· 圆柱形的优势： 圆柱形的曲面结构能够将内部压力均匀地转化为环向应力，并沿着壁面均匀分布。这种结构就像一个鼓胀的气球，各处受力均匀，因此可以用相对较薄的材料来承受很大的压力，既安全又节省材料。

· 方形（矩形）的劣势： 方形的平面板在内部压力下，会产生巨大的弯曲应力。为了抵抗这种弯曲，要么需要非常厚的板材，要么需要在内部焊接大量的加强筋。这不仅大大增加了材料成本、重量和制造工艺复杂度，还会在焊缝和加强筋处形成应力集中点，长期使用下更容易疲劳和开裂，存在安全隐患。

结论：在承压系统中，圆柱形水箱是强度最高、最安全、最经济的选择。

2. 热力学性能：促进自然对流，防止热分层

太阳能热水系统依赖于“热虹吸效应”来实现自然循环（对于非承压系统）或提高换热效率（对于承压系统）。

· 工作原理： 冷水密度大下沉，热水密度小上升。

· 圆柱形的优势： 光滑的圆形内壁对流体的阻力最小，非常有利于热水顺畅地上升到顶部，冷水顺畅地沉降到底部。这样可以形成清晰、稳定的热水分层：顶部最热，底部最冷。这种分层非常重要，因为它能保证我们任何时候从水箱顶部取用的都是最热的水，同时让集热器始终从底部抽取最冷的水去加热，效率最高。

· 方形（矩形）的劣势： 直角处会形成水的“死区”，阻碍水流，扰乱自然对流，不利于形成良好的热分层，会降低系统效率。

3. 卫生与清洁：无死角，不易结垢滋生细菌

· 圆柱形的优势： 圆形内壁光滑连贯，没有死角。无论是水垢沉淀还是细菌滋生，都更难找到附着和藏身的地方。即使需要清洗，也更容易将杂质排出。

· 方形（矩形）的劣势： 四个直角和内部的加强筋都是卫生死角，容易堆积水垢和污泥，为细菌（如军团菌）的繁殖提供了温床。

4. 保温性能：用料最省，效率最高

· 圆柱形的优势： 在相同容积下，圆柱形的表面积是最小的（球体最小，但圆柱体是实用性和制造便利性的最佳平衡）。表面积小，意味着与外界接触散热的面积也小。因此，包裹同样厚度的保温层，圆柱形水箱的热损失最小，保温效果最好。

· 方形（矩形）的劣势： 相同容积下，表面积更大，散热更快，需要更厚的保温层才能达到相同的保温效果，不经济。

那么，有没有例外呢？

有的。在一些非承压的、开放式的太阳能热水系统中，你可能会看到方形的水箱（通常被称为“水包”或“储水槽”）。因为这种水箱内部与大气相通，没有压力，所以不需要承受巨大的内压。在这种情况下，制作成本和安装空间可能成为更主要的考虑因素，方形可以更好地利用角落空间。但即便如此，其热效率和卫生状况依然不如圆柱形。

总而言之，对于主流的承压式太阳能热水系统，圆柱形水箱在强度、安全、能效、卫生和成本上实现了最佳平衡，是经过长期工程实践验证的最优解。