Ηλιακός θερμοσίφωνας, συσκευή που χρησιμοποιεί ηλιακή θερμική ενέργεια για την παραγωγή ζεστού νερού. Ένας τυπικός ηλιακός θερμοσίφωνας αποτελείται από έναν ηλιακό συλλέκτη τοποθετημένο στην οροφή ενός κτηρίου και συνδεδεμένο με μια δεξαμενή αποθήκευσης νερού. Ανάλογα με το σύστημα, το μη θερμαινόμενο νερό μπορεί είτε να κυκλοφορεί από τη δεξαμενή μέσω του συλλέκτη για να θερμανθεί απευθείας ή μπορεί να θερμανθεί από ένα ρευστό ανταλλαγής θερμότητας υψηλής χωρητικότητας που θερμαίνεται στον συλλέκτη και μεταφέρει τη θερμότητα του μέσω σωλήνων στο νερό μέσα η δεξαμενή. Ενώ η μεταφορά θερμότητας από τον ηλιακό συλλέκτη στο μη θερμαινόμενο νερό μπορεί να διευκολυνθεί παθητικά χωρίς μηχανικά μέσα, τα «ενεργά» συστήματα ηλιακού ζεστού νερού χρησιμοποιούν ηλεκτρική ενέργεια για την κυκλοφορία του υγρού ανταλλαγής θερμότητας και για τη λειτουργία μηχανικών αντλιών και ελεγκτών.
Παρόλο που η πρακτική της χρήσης του ήλιου για θέρμανση νερού για οικιακή χρήση μπορεί να εντοπιστεί σε αρκετούς αρχαίους πολιτισμούς, μόλις το 1891 το πρώτο πατενταρισμένο ηλιακό σύστημα ζεστού νερού πωλήθηκε στο εμπόριο. Εφευρέθηκε από τον Clarence Kemp στη Βαλτιμόρη του Μέριλαντ, το σύστημα ονομάστηκε «Climax» και ήταν δημοφιλές στην Καλιφόρνια και σε άλλες θερμές αμερικανικές πολιτείες. Λόγω του συγκριτικά υψηλού κόστους και της ταλαιπωρίας της χρήσης συμβατικών καυσίμων για τη θέρμανση νερού, πολλά νοικοκυριά ήταν πρόθυμα να επενδύσουν σε αυτούς τους ηλιακούς θερμοσίφωνες. Ωστόσο, το σύστημα Climax περιορίστηκε στο ότι το θερμαντικό στοιχείο διπλασιάστηκε ως δεξαμενή αποθήκευσης, περιορίζοντας έτσι την ποσότητα ζεστού νερού που διατίθεται. Το 1909 ο William J. Bailey κατοχύρωσε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας ένα σύστημα που διαχωρίζει τη δεξαμενή αποθήκευσης νερού από το στοιχείο ηλιακής θέρμανσης, αποτελώντας τη βάση του σχεδιασμού των ηλιακών θερμαντήρων ζεστού νερού που χρησιμοποιούνται σήμερα.
Ενεργά και παθητικά συστήματα
Τα ενεργά ηλιακά συστήματα ζεστού νερού χρησιμοποιούν μηχανικές αντλίες και ρυθμιστές διαφορικού για να ρυθμίζουν και να κατευθύνουν τη ροή του υγρού μεταφοράς θερμότητας ή νερού από τον ηλιακό συλλέκτη στη δεξαμενή. Οι ελεγκτές αντιλαμβάνονται τη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ του νερού στη δεξαμενή και της θερμοκρασίας στον ηλιακό συλλέκτη και ενεργοποιούν την αντλία όταν το νερό στη δεξαμενή ψύχεται κάτω από τη θερμοκρασία του συλλέκτη. Ορισμένες αντλίες λειτουργούν με ηλεκτρικό ρεύμα (ηλεκτρική ενέργεια γραμμής) και άλλες λειτουργούν με ηλεκτρική ενέργεια που παράγεται από ηλιακό φωτοβολταϊκό πάνελ. Ενώ ορισμένα ηλιακά συστήματα κυκλοφορούν το υγρό μόνο όταν ο ήλιος λάμπει και αποθηκεύει το θερμαινόμενο νερό σε καλά μονωμένες δεξαμενές για νυχτερινή θέρμανση χώρου, άλλα χρησιμοποιούν ηλεκτρικό ρεύμα ως εφεδρικό για νυχτερινές και συννεφιασμένες ημέρες. Σε ενεργά ηλιακά συστήματα ζεστού νερού, οι δεξαμενές αποθήκευσης νερού μπορούν να βρίσκονται εντός του χώρου οροφής ή σε οποιαδήποτε άλλη τοποθεσία που θα ελαχιστοποιεί την απώλεια θερμότητας στον κρύο αέρα, καθώς η ροή του νερού δεν εξαρτάται αποκλειστικά από τη βαρύτητα. Αυτές οι δεξαμενές μπορούν επομένως να συνδυαστούν με τους κυλίνδρους ζεστού νερού σε οικιακά συστήματα θέρμανσης χώρου, και το ηλιακό σύστημα ζεστού νερού μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την προθέρμανση νερού στον κύλινδρο το χειμώνα για θέρμανση χώρου.
Τα παθητικά συστήματα, τα οποία βασίζονται στη βαρύτητα και όχι στην ηλεκτρική ενέργεια, είναι τα πιο αποδοτικά σε θερμά κλίματα όπου δεν υπάρχει νυκτερινή ή χειμερινή κατάψυξη. Μερικά παθητικά συστήματα χρησιμοποιούν μια διαμόρφωση θερμοσιφώνου που χρησιμοποιεί τη βαρύτητα και τη ροή θερμότητας. Το κρύο νερό από ένα ύψος ρέει προς τα κάτω από τη βαρύτητα στον ηλιακό συλλέκτη και, καθώς το νερό περνάει από τον συλλέκτη και θερμαίνεται, ανεβαίνει μέσω της μεταφοράς για να φτάσει ξανά στη δεξαμενή αποθήκευσης. Ένας άλλος τύπος παθητικού συστήματος είναι το ολοκληρωμένο σύστημα αποθήκευσης συλλεκτών, στο οποίο ο συλλέκτης σχηματίζει την κορυφή της δεξαμενής αποθήκευσης νερού και θερμαίνει το νερό απευθείας στη δεξαμενή.
