Ο ηλιακός θερμοσίφωνας είναι ένα ενεργητικό ηλιοθερμικό σύστημα παραγωγής ζεστού νερού χρήσης μέσω της ηλιακής ενέργειας. Ανεξάρτητα από τα είδη του, αποτελείται από δύο βασικά μέρη: Το τμήμα συλλογής (οι ηλιακοί συλλέκτες, η επιφάνεια απορρόφησης της ηλιακής ακτινοβολίας) και το τμήμα αποθήκευσης (η δεξαμενή αποθήκευσης του νερού).
Κατά τη διάρκεια λειτουργίας του ο ηλιακός θερμοσίφωνας εκμεταλλεύεται τη λεγόμενη «αρχή του θερμοσίφωνου», δηλαδή το φυσικό φαινόμενο της ροής των ρευστών λόγω διαφοράς θερμοκρασίας (διαφοράς πυκνότητας).
Επειδή το θερμό νερό έχει την τάση να ανεβαίνει προς τα πάνω, η συνεχής ροή του νερού επιτυγχάνεται με φυσικό τρόπο χωρίς μηχανικά μέρη (αντλία), από το θερμότερο σημείο που αναπτύσσουν οι ηλιακοί συλλέκτες προς το ψυχρότερο σημείο, δηλαδή το δοχείο νερού (μπόιλερ) μέχρις ότου τα δύο σημεία να αποκτήσουν παρόμοιες θερμοκρασίες.
Για το λόγο αυτό οι δεξαμενές αποθήκευσης του νερού τοποθετούνται πάντα ψηλότερα από τους ηλιακούς συλλέκτες. Εξαιρούνται οι ηλιακοί θερμοσίφωνες εξαναγκασμένης ροής, στους οποίους η μεταφορά της ενέργειας γίνεται με τη βοήθεια κυκλοφορητή.
Το κυριότερο μέρος ενός ηλιακού θερμοσίφωνα είναι οι ηλιακοί συλλέκτες, που είναι η επιφάνεια συλλογής της ηλιακής ακτινοβολίας. Αυτοί αποτελούνται από τέσσερα μέρη: την πλάκα συλλογής της ακτινοβολίας, τους σωλήνες ροής του νερού, την κάλυψη (κρύσταλλο) της πλάκας απορρόφησης και το θερμικά μονωμένο πλαίσιο πάνω στο οποίο στερεώνονται τα υπόλοιπα εξαρτήματα.
Ανοιχτά και κλειστά κυκλώματα ηλιακών θερμοσιφώνων
Τους ηλιακούς θερμοσίφωνες τους διακρίνουμε σε τέσσερις κύριες κατηγορίες. Οι δυο πρώτες διακρίνονται με βάση το κύκλωμα κυκλοφορίας του θερμαινόμενου μέσου (ανοιχτά και κλειστά κυκλώματα) και οι άλλες δυο ανάλογα με τον αριθμό ενεργειακών πηγών που μπορούν να εκμεταλλευτούν (διπλής και τριπλής ενέργειας).
Στους ηλιακούς θερμοσίφωνες ανοικτού κυκλώματος η θέρμανση του νερού χρήσης γίνεται απευθείας.
Το νερό χρήσης ρέει μέσα από το συλλέκτη, θερμαίνεται και αποθηκεύεται στο δοχείο ζεστού νερού (μπόιλερ) και ουσιαστικά το θερμαινόμενο μέσο είναι το ίδιο το νερό που χρησιμοποιείται. Αυτή η διάταξη επιτρέπει την γρήγορη θέρμανση, ωστόσο δεν ενδείκνυται η χρήση τους σε χαμηλές θερμοκρασίες (παγετούς), καθώς λόγω της ιδιαιτερότητά τους δεν επιτρέπεται να προστεθούν αντιψυκτικά μίγματα, ενώ δε λείπουν και τα προβλήματα να φράζονται τα συστήματα εξαιτίας των αλάτων που περιέχει το νερό.
Στους ηλιακούς θερμοσίφωνες κλειστού κυκλώματος υπάρχει έμμεση θέρμανση του νερού χρήσης. Το θερμαινόμενο μεσο κυκλοφορεί σε ιδιαίτερο κύκλωμα το οποίο θερμαίνει το νερό χωρίς να αναμειγνύεται, μέσω εναλλάκτη θερμότητας. Ουσιαστικά πρόκειται για διαφορετικό ρευστό. Το νερό χρήσης βρίσκεται αποθηκευμένο στο μπόιλερ, δεν ρέει στο σύστημα και η θέρμανσή του γίνεται με μεταφορά ενέργειας από το συλλέκτη στο δοχείο ζεστού νερού. Αυτός είναι και ο πιο διαδεδομένος τύπος ηλιακού θερμοσίφωνα σε Ελλάδα και Ευρώπη.
Διπλής και τριπλής ενέργειας
Όπως προαναφέραμε, ανάλογα με τον αριθμό ενεργειακών πηγών που μπορούν να εκμεταλλευτούν οι ηλιακοί θερμοσίφωνες διακρίνονται σε διπλής και τριπλής ενέργειας. Στη διπλή ενέργεια ο ηλιακός θερμοσίφωνας έχει τη δυνατότητα να εκμεταλλεύεται την ηλιακή ενέργεια για να έχει ζεστό νερό, αλλά όταν οι καιρικές συνθήκες δεν το επιτρέπουν, όπως κατά τη διάρκεια συννεφιάς που αποτρέπει την αξιοποίηση της ηλιοφάνειας, τότε χρησιμοποιείται το ηλεκτρικό ρεύμα. Για το λόγο αυτό οι κατασκευαστικές εταιρείες τοποθετούν στο μπόιλερ ηλεκτρική αντίσταση 4kW, ή δυο αντιστάσεις των 2kW που λειτουργούν παράλληλα.
Στην τριπλή ενέργεια, ο ηλιακός θερμοσίφωνας λειτουργεί όπως στη διπλή ενέργεια αλλά έχει επιπλέον μια είσοδο, για να εκμεταλλευτεί ως θερμαντικό μέσο το ζεστό νερό του καλοριφέρ που παράγεται από τον λέβητα κεντρικής θέρμανσης.
Ηλιακά θερμικά συστήματα και εξοικονόμηση ενέργειας
Ο ηλιακός θερμοσίφωνας συγκαταλέγεται στα ηλιακά θερμικά συστήματα που με τους συλλέκτες χρησιμοποιούν την ηλιακή ακτινοβολία και τη μετατρέπουν σε ωφέλιμη θερμική ενέργεια. Με το θερμαινόμενο μέσο (νερό) επιτυγχάνεται η θερμική ενέργεια η οποία χρησιμοποιείται για τη θέρμανση χώρων, για οικιακές και βιομηχανικές εφαρμογές.
Με τα δεδομένα ηλιοφάνειας της Ελλάδας, το κόστος ενός ηλιακού συστήματος αποσβήνεται σε 4-6 χρόνια. Σήμερα μια μέση ελληνική οικογένεια χρησιμοποιεί 160 λίτρα ζεστού νερού την ημέρα ή 6,05kW / ημέρα.
Με τη χρήση του ηλιακού θα εξοικονομήσει το 80% του κόστους θέρμανσης, δηλαδή περίπου 300-350 ευρώ το χρόνο.
Επίσης με τον ηλιακό θερμοσίφωνα έχει κανείς:
- Ζεστό νερό χρήσης σχεδόν δωρεάν. Μία τυπική οικιακή εγκατάσταση εξοικονομεί περίπου 1.400kWh ηλεκτρικής ενέργειας ετησίως.
- Άμεση παροχή ζεστού νερού στη βρύση και στις εγκαταστάσεις που συνδέονται με το σύστημα θέρμανσης.
- Σημαντική εξοικονόμηση ηλεκτρικής ενέργειας και χρημάτων όταν γίνεται χρήση πλυντηρίων (πιάτων και ρούχων) τεχνολογίας Hot Fill που παρέχουν την δυνατότητα σύνδεσης με την παροχή ζεστού νερού. Προστασία του περιβάλλοντος με χρήση της ηλιακής ενέργειας.
