Słonce to najważniejszy dostarczyciel energii dla Ziemi. Jest punktem początkowym dla chemicznych i biologicznych procesów na naszej planecie. Jest jednocześnie najbardziej przyjazną środowisku formą energii, dającą się spożytkować w różny sposób. Słonce oddalone jest od Ziemi o 148 milionów kilometrów, jedynie znikoma część promieniowania dociera do naszej planety. Pomimo tego, w cztery godziny Słonce dostarcza więcej energii niż cały świat zużywa przez cały rok. Szacuje się, że słonce świecić będzie jeszcze 5 miliardów lat. Ilość energii słonecznej dostępnej na Ziemi jest bardzo zmienna. Zależy od szerokości geograficznej, pory dnia i roku. Z powodu nachylenia osi Ziemi, dni letnie, na północnej półkuli dłuższe są od dni zimowych oraz słonce osiąga wyższą wysokość w lecie niż w zimie. I tak, w Londynie najwięcej energii otrzymuje się 21 czerwca (8,0 kWh/m2/dzien) o godzinie 13, podczas gdy 21 grudnia o tej samej godzinie jest to już tylko 0,7 kWh/m2/dzien. Sprawa ma się oczywiście odwrotnie na półkuli południowej, gdzie najwięcej energii słonecznej otrzymuje się 21 grudnia. Gdy słonce jest pionowo nad daną lokacją, światło słoneczne wędruje najkrótszą drogą przez atmosferę. Jednakże, jeśli kąt nachylenia jest mniejszy od 90 stopni, ta droga się wydłuża.Mapa Energii Słonecznej Ogólnie rzecz ujmując, dla regionów Europy centralnej, kąt nachylenia kolektora pomiędzy 30 a 60 stopniami oraz zorientowanie go pomiędzy południowym zachodem a południowym wschodem da optymalne napromieniowanie. W klimacie europejskim, dzięki dostatecznie częstym deszczom, nie trzeba czyścić paneli z kurzu (w tropikalnych i zakurzonych klimatach, sprawa mieć się może inaczej).

Zalety energii słonecznej:

• mniejsza zależność od rosnących cen energii,
• podatkowe korzyści i dotacje w wielu krajach
• instalacje solarne zwiększają wartość posiadłości,
• systemy solarne do podgrzewania wody użytkowej są dojrzałe i działają około 20 lat,
• standardowy system solarny zapewnia 50% (w północnych szerokościach geograficznych) i 90% (w tropikalnych klimatach) rocznego zapotrzebowania energii do zapewnienia gorącej wody,
• w przypadku basenów, solarne podgrzewanie wody zwraca się w bardzo krótkim czasie,
• systemy solarne wymagają bardzo mało konserwacji.

Kolektor słoneczny zamontowany na dachu, przekształca światło, które przechodzi przez jego szyby w ciepło. Kolektor jest zatem połączeniem pomiędzy słońcem a użytkownikiem ciepłej wody. Ciepło jest uzyskiwane poprzez absorpcję promieni słonecznych przez pokrytą ciemną barwą, zwykle metalową, płytę - absorber. To jest najważniejsza część kolektora. W absorberze znajduje się system rurek wypełnionych medium (woda, lub niezamarzająca mikstura). To zbiera wytworzone ciepło. Zebrane razem, płynie rurą do zbiornika ciepłej wody. W większości instalacji solarnych, woda użytkowa ogrzewana jest pośrednio, za pomocą bojlera z wężownicą. Ochłodzone w wężownicy medium wraca osobną rurą do kolektora, podczas gdy temperatura wody użytkowej rośnie. Sterownik uruchomi pompę obiegu solarnego tylko wtedy, gdy na kolektorze jest kilka stopni powyżej temperatury w dolnej części bojlera.

Kolektory zamieniają światło w ciepło najlepiej jak się da.

To najprostszy rodzaj kolektora. Składają się tylko z absorbera. Nadają się do podgrzewania wody do basenu.

• Zalety:
  • Absorber może zamienić pokrycie dachu, na przykład posiadając cynową blachę - mniejsze koszty.
  • Można stosować w najróżniejszych kształtach dachów.
  • Bardziej estetyczne, niż oszklone kolektory.
• Wady:
  • Niższa wydajność, większa powierzchnia wymagana.
  • Z powodu wyższych strat ciepła, przyrost temperatury (ponad temperaturę powietrza) jest ograniczony.

Większość takich kolektorów składa się z metalowego absorbera w płaskiej, prostokątnej obudowie. Kolektor jest zaizolowany z boków i tyłu, od przodu zaś osłonięty przezroczystą osłoną. Dwa połączenia rurowe dla medium umieszczane są zwykle z boku kolektora. Bez szklanej osłony, kolektor taki waży 8-12 kg na m2 powierzchni kolektora; osłona szklana waży 15-20 kg/m2.

Absorber składa się z przewodzącej ciepło blachy (miedź, aluminium, jako jednorodna powierzchnia bądź w paskach) pokrytej ciemnym kolorem. Rurki dla medium przenoszącego ciepło, zrobione zwykle z miedzi, stykają się z absorberem. Absorber powinien osiągać najwyższą możliwą wydajność cieplną, posiada więc wysoką pojemność ciepła i względnie niską emisję ciepła. Osiąga się to za pomocą warstwy selektywnej widmowo (spectral-selective coating). Najczęściej wykorzystuje się pokrycia z czarnego chromu lub czarnego niklu.

• Zalety:
  • Tańszy od próżniowych kolektorów.
  • Różne opcje montowania (na dachu, na ziemi, w dachu).
  • Dobry stosunek ceny do wydajności.
  • Istnieje możliwość samodzielnego zamontowania.
• Wady:
  • Niższa wydajność od próżniowych kolektorów (wartość k jest wyższa).
  • W przypadku płaskiego dachu, konieczny jest odpowiedni stelaż montażowy.
  • Nie nadaje się do wytwarzania wyższych temperatur (jak na przykład do wytwarzania pary).
  • Wymaga więcej miejsca niż próżniowe kolektory.

By zniwelować straty cieplne, szklane cylindry są opróżnione z powietrza, podobnie jak termosy turystyczne. By całkowicie zredukować straty, wymagana jest próżnia mniejsza niż 1kPa (10^-2 bara). Dzięki temu straty ciepła do otoczenia są znacznie zmniejszone. Nawet gdy absorber ma temperaturę 120 stopni C, szklana rura jest z zewnątrz zimna. Większość tych rur opróżniana jest do 10^-5 bara.

Absorber jest zainstalowany jako płaski pasek metalu lub jako pokrycie, naniesione na wkładaną do środka, szklaną “żarówkę”. Kolektor próżniowo-rurowy składa się z liczby rur, podłączonych do izolowanej skrzynki kolektora, gdzie znajdują się przewody obiegu medium grzewczego. Mamy dwa rodzaje kolektorów próżniowo-rurowych: o bezpośrednim przepływie ciepła i poprzez rurę.

W tych pierwszych, medium przenoszące ciepło jest płynie do każdej z rur za pomocą specjalnej rurki, po czym wraca do skrzynki kolektora.

W drugim przypadku, absorber przymocowany do rurki cieplnej, umieszczony jest w opróżnionej szklanej rurze. Rurka cieplna wypełniona jest alkoholem lub wodą, które to parują już przy temperaturze 25 stopni C. Para unosi się. Na wyższym końcu rurki cieplnej, ciepło uwolnione poprzez kondensację pary, przekazywane jest przez skraplacz, do medium przenoszącego wodę. Skroplony alkohol spływa z powrotem na dno rurki cieplnej. Aby zapewnić poprawne działanie tego rodzaju kolektorów, konieczne jest minimalne nachylenie 25 stopni. Takie kolektory są dostępne w dwóch rodzajach, z suchym i mokrym połączeniem. W suchym połączeniu, skraplacz jest otacza kolektor i zapewnia dobre połączenie przewodzące ciepło. Umożliwia to łatwą wymianę wadliwych rur próżniowych bez konieczności opróżniania obwodu solarnego. W mokrym połączeniu, skraplacz jest zanurzony w medium przenoszącym ciepło.

• Zalety:
  • Wysoka wydajność, nawet przy dużej różnicy temperatur pomiędzy absorberem a otoczeniem.
  • Osiąga wysoką wydajność z małym promieniowaniem (?).
  • Osiąga wysokie temperatury.
  • Łatwy transport spowodowany niską wagą, kolektory montowane są na miejscu instalacji.
• Wady:
  • Wyższa cena niż w przypadku paneli płaskich.
  • Nie można instalować w dachu.
  • Nie może być stosowany w poziomych instalacjach (tylko w przypadku, gdy korzystamy z drugiego rodzaju)

Najczęściej miedziane. Konieczne jest okrycie rur materiałem odpornym na wysokie temperatury (do 150-170 stopni C, kauczukowa otulina, Aeroflex, Armaflex HT).

Woda jest jednym z najczęściej stosowanych, z powodu jej:

• wysokiej pojemności cieplnej,
• wysokiej przewodności cieplnej,
• niskiej lepkości,
• niepalności,
• nietoksyczności,
• niskiej ceny.

Z powodu korzystania z kolektorów przy temperaturach -15 stopni jak i ponad 150, powstaje problem zamarzania jej przy 0 stopni i parowaniu - przy 100 stopniach. Aby temu zapobiec, dodaje się 40% glikolu propylenowego - temperatura zamarzania roztworu: -23, wrzenia: 150 stopni, zależnie od ciśnienia. Woda jest również wysoce korozyjna (powodująca korozję). Ta własność jeszcze jest zwiększana przez dodanie glikolu. Z tego powodu, korzysta się z różnorakich inhibitorów (czynników hamujących), zależnie od materiału. Dodanie glikolu powoduje zmniejszoną pojemność i przewodność cieplną jak i zwiększoną lepkość.