Ο ηλιακός θερμοσίφωνας είναι ένα ενεργητικό ηλιοθερμικό σύστημα παραγωγής Ζεστού Νερού Χρήσης (ΖΝΧ) χρησιμοποιώντας την ηλιακή ενέργεια. Ο ηλιακός θερμοσίφωνας είναι η απλούστερη και η γνωστότερη ηλιακή συσκευή. Κατά την λειτουργία του γίνεται εκμετάλλευση δυο φυσικών φαινομένων. Με την αρχή του θερμοσιφώνου επιτυγχάνεται η κυκλοφορία του νερού με φυσικό τρόπο χωρίς μηχανικά μέρη ενώ η θέρμανση του νερού γίνεται με την εκμετάλλευση του φαινομένου του θερμοκηπίου που αναπτύσσεται στους συλλέκτες του.

Είδη ηλιακών θερμοσιφώνων:

Διακρίνουμε δύο είδη ηλιακών θερμοσιφώνων ανάλογα με το κύκλωμα κυκλοφορίας του θερμαινόμενου μέσου:

• Ανοικτού κυκλώματος: απευθείας θέρμανση του νερού χρήσης (το θερμαινόμενο μέσο είναι το ίδιο το νερό που θα χρησιμοποιήσουμε), αυτή η διάταξη επιτρέπει την γρήγορη θέρμανση, αλλά σε περιοχές με σκληρά νερά βουλώνουν συνέχεια.
• Κλειστού κυκλώματος: έμμεση θέρμανση του νερού χρήσης (το θερμαινόμενο μέσο κυκλοφορεί σε ιδιαίτερο κύκλωμα το οποίο θερμαίνει το νερό που θα χρησιμοποιήσουμε χωρίς να γίνεται ανάμιξή τους, μέσω εναλλάκτη θερμότητας), αυτή η διάταξη καθυστερεί να θερμάνει το νερό αλλά δεν βουλώνει εύκολα ακόμα και με σκληρό νερό.

Οι ηλιακοί θερμοσίφωνες ανοικτού κυκλώματος είναι απλούστεροι και φθηνότεροι, έχουν όμως προβλήματα σε χαμηλές θερμοκρασίες (παγετούς) γιατί δεν μπορούμε να τους προσθέσουμε αντιψυκτικά μίγματα (το θερμαινόμενο μέσο είναι το ίδιο το νερό χρήσης). Στους ηλιακούς θερμοσίφωνες κλειστού κυκλώματος μπορεί το θερμαινόμενο μέσο να είναι και άλλο ρευστό (πχ. λάδι). Αν είναι μονο νερό, έχει αντιψυκτικά και αντιδιαβρωτικά πρόσθετα για προστασία της συσκευής.

Επίσης μπορούμε να κατηγοριοποιήσουμε τους ηλιακούς θερμοσίφωνες ανάλογα με τον αριθμό ενεργειακών πηγών που μπορούν να εκμεταλλευτούν σε:

• Διπλής ενέργειας: Ο θερμοσίφωνας λειτουργεί εκμεταλλευόμενος είτε την ηλιακή ενέργεια είτε το ηλεκτρικό ρεύμα (π.χ. κατά την διάρκεια συννεφιάς οπότε η ηλιακή ενέργεια δεν είναι αρκετή για να ζεστάνει το νερό). Για τον σκοπό αυτό, υπάρχει ηλεκτρική αντίσταση τοποθετημένη εντός του τμήματος αποθήκευσης.
• Τριπλής ενέργειας: Λειτουργεί όπως ο ηλιακός θερμοσίφωνας διπλής ενέργειας αλλά έχει επιπλέον μια είσοδο για να εκμεταλλευτεί ως θερμαντικό μέσο το ζεστό νερό του καλοριφέρ που παράγεται από τον λέβητα κεντρικής θέρμανσης. Προϋπόθεση για την εγκατάσταση ηλιακού θερμοσίφωνα τριπλής ενέργειας είναι να υπάρχει η κατάλληλη υποδομή στο οίκημα υπό την μορφή ξεχωριστών σωληνώσεων (ανά διαμέρισμα εάν πρόκειται για πολυκατοικία) που να συνδέουν το λεβητοστάσιο με τον χώρο εγκατάστασης του ηλιακού θερμοσίφωνα (ταράτσα ή σκεπή).

Κατηγορίες οικιακών ηλιακών θερμοσιφώνων:

Οι οικιακές ηλιοθερμικές εγκαταστάσεις χωρίζονται σε δύο ομάδες: τα παθητικά (μερικές φορές αποκαλούνται «συμπαγή») και τα ενργητικά συστήματα (μερικές φορές καλούνται «άντλησης»). Και οι δύο περιλαμβάνουν μια βοηθητική πηγή ενέργειας ή μια σύνδεση με ένα σύστημα (για παράδειγμα ο λέβητας αερίου) ή κεντρικής θέρμανσης που ενεργοποιείται όταν το νερό στη δεξαμενή πέφτει κάτω από την ελάχιστη ρύθμιση, εξασφαλίζοντας ότι το ΖΝΧ θα είναι πάντα διαθέσιμο. Ο συνδυασμός της θέρμανσης από ηλιακή ενέργεια και μιας εφεδρικής πηγής θερμότητας ορυκτού καυσίμου (όπως καυστήρας φυσικού αερίου, υγραερίου ή πετρελαίου) ή ηλεκτρισμού μπορεί να επιτρέψει σε ένα σύστημα ζεστού νερού να λειτουργεί όλο το χρόνο σε ψυχρότερα κλίματαχωρίς κάποια πρόσθετη θερμική απαίτηση. Όταν χρησιμοποιούνται από κοινού ένα σύστημα ηλιακής θέρμανσης νερού και ένα σύστημα κεντρικής θέρμανσης με ζεστό νερό, η ηλιακή θερμότητα θα συγκεντρώνεται είτε σε μια δεξαμενή προθέρμανσης που τροφοδοτεί τη δεξαμενή που θερμαίνεται από την κεντρική θέρμανση είτε ο ηλιακός εναλλάκτης θερμότητας θα αντικαταστήσει το κατώτερο στοιχείο θέρμανσης και το άνω στοιχείο θα παραμείνει για να παρέχει συμπληρωματική θερμότητα. Ωστόσο, η κυριότερη ανάγκη για κεντρική θέρμανση είναι το βράδυ και το χειμώνα, όταν δεν έχουμε μεγάλο κέρδος από την ηλιακή ακτινοβολία ή και καθόλου. Ως εκ τούτου, η ηλιακή θέρμανση νερού για οικιακή χρήση και μπάνιο είναι συχνά μια καλύτερη εφαρμογή από το να υπάρχει μόνο μία κεντρική θέρμανση, επειδή η προσφορά και η ζήτηση σε ΖΝΧ ταιριάζουν καλύτερα. Σε πολλά κλίματα, ένα ηλιακό σύστημα ζεστού νερού μπορεί να παρέχει μέχρι και το 85% της ενέργειας ΖΝΧ που απαιτείται. Αυτό μπορεί να περιλαμβάνει εγχώρια μη ηλεκτρική συγκέντρωση ηλιακών θερμικών συστημάτων. Σε πολλές χώρες της Βόρειας Ευρώπης χρησιμοποιούνται συνδυασμένα συστήματα ηλιακής θέρμανσης και θέρμανσης χώρων (ηλιακά combisystems) για την παροχή 15 έως 25% της οικιακής ενέργειας θέρμανσης.

Συστήματα βεβιασμένης κυκλοφορίας

Στα συστήματα βεβιασμένης κυκλοφορίας το θερμοδοχείο δεν βρίσκεταισε εσωτερικό χώρο, σε χαμηλότερο ύψος από το επίπεδο των συλλεκτών. Έτσι δεν είναι δυνατόν το ζεστό νερό των συλλεκτών να οδεύσει με φυσικό τρόπο λόγω της βαρύτητος προς το θερμοδοχείο αλλά υποβοηθείται από μία αντλία, αυτό που καλείται ως «βεβιασμένη κυκλοφορία». Το πότε και για πόσο χρόνο θα λειτουργήσει η αντλία, καθορίζεται από έναν αυτόματο ελεγκτή (controller), ο οποίος είναιπρογραμματισμένος να συγκρίνει μεταξύ άλλων παραμέτρων και τις θερμοκρασίες.Το θερμοδοχείο (boiler) συνήθως είναι τριπλής ενεργείας, δηλαδή, εκτός από την ηλιακή ενέργεια, διαθέτει ηλεκτρική αντίσταση και εναλλάκτη από λέβητα ή αντλία θερμότητας ή και άλλες πηγές ενέργειας.

Ένα σύστημα βεβιασμένης κυκλοφορίας επιλέγεται όταν τις απαιτήσεις μας για ΖΝΧ δεν μπορεί, λόγω ποσότητας, να μας τις καλύψει κάποιος ηλιακός θερμοσίφωνας. Επίσης τα συστήματα βεβιασμένης κυκλοφορίας, χρησιμοποιούνται κατά κόρων σε κτηριακές εγκαταστάσεις με μεγάλες απαιτήσεις σε ΖΝΧ όπως ξενοδοχεία, νοσοκομεία κ.ά..

Πλεονεκτήματα:

1. Υψηλότερη απόδοση σε σχέση με τον συμβατικό ηλιακό θερμοσίφωνα, λόγω μικρότερων απωλειών.
2. 24ωρη παροχή ΖΝΧ λόγω του συνδυασμού της λειτουργίας του ελεγκτή (controller) και του συστήματος αποθήκευσης (boiler) το οποίο είναι μεγάλης χωρητικότητος και πολύ χαμηλών απωλειών επειδή έχει πολύ καλή μόνωση και βρίσκεται σε προστατευμένο χώρο.
3. Καλύτερο οπτικό αποτέλεσμα μιας και το boiler τοποθετείται στο μηχανοστάσιοκαι οι συλλέκτες θα βρίσκονται σε σημείο όπου δεν θα παρεμποδίζουν τη θέα.

Σχηματική αναπαράσταση συστήματος βεβιασμένης κυκλοφορίας σε σύστημα θέρμανσης από αντλία θερμότητας