Scaldacqua solare, dispositivo che utilizza l'energia del calore solare per produrre acqua calda. Un tipico scaldacqua solare è costituito da un collettore solare montato sul tetto di un edificio e collegato a un serbatoio di accumulo dell'acqua. A seconda del sistema, l'acqua non riscaldata può essere fatta circolare dal serbatoio attraverso il collettore per essere riscaldata direttamente o può essere riscaldata da un fluido di scambio termico ad alta capacità che è stato riscaldato nel collettore e trasferisce il suo calore attraverso i tubi nell'acqua in il serbatoio. Mentre il trasferimento di calore dal collettore solare all'acqua non riscaldata può essere facilitato passivamente senza mezzi meccanici, i sistemi “attivi” di acqua calda solare usano l'elettricità per far circolare il fluido di scambio termico e per far funzionare le pompe meccaniche e i controller.
Sebbene la pratica dell'uso del sole per il riscaldamento dell'acqua per uso domestico possa essere fatta risalire a diverse culture antiche, fu solo nel 1891 che il primo sistema brevettato di acqua calda solare fu venduto commercialmente. Inventato da Clarence Kemp a Baltimora, nel Maryland, il sistema era chiamato "Climax" ed era popolare in California e in altri caldi stati americani. Dato il costo relativamente elevato e l'inconveniente dell'uso di combustibili convenzionali per riscaldare l'acqua, molte famiglie erano ansiose di investire in questi scaldacqua solari. Tuttavia, il sistema Climax era limitato in quanto l'elemento riscaldante raddoppiava come serbatoio di accumulo, limitando così la quantità di acqua calda disponibile. Nel 1909 William J. Bailey brevettò un sistema che separava il serbatoio di accumulo dell'acqua dall'elemento di riscaldamento solare, costituendo la base della progettazione di scaldacqua solari usati oggi.
Sistemi attivi e passivi
I sistemi di acqua calda solare attivi utilizzano pompe meccaniche e regolatori differenziali per regolare e dirigere il flusso del fluido termovettore o dell'acqua dal collettore solare al serbatoio. I controller rilevano la differenza di temperatura tra l'acqua nel serbatoio e la temperatura nel collettore solare e accendono la pompa quando l'acqua nel serbatoio si raffredda al di sotto della temperatura del collettore. Alcune pompe funzionano con l'elettricità di rete (elettricità di linea) e altre funzionano con l'elettricità generata da un pannello solare fotovoltaico. Mentre alcuni sistemi a energia solare fanno circolare il fluido solo quando il sole splende e immagazzinano l'acqua riscaldata in serbatoi ben isolati per il riscaldamento degli spazi notturni, altri usano l'elettricità di rete come supporto per i giorni notturni e nuvolosi. Nei sistemi di acqua calda solare attivi, i serbatoi di stoccaggio dell'acqua possono essere collocati all'interno dello spazio del tetto o in qualsiasi altra posizione che riduca al minimo la perdita di calore nell'aria fredda, poiché il flusso di acqua non dipende esclusivamente dalla gravità. Questi serbatoi possono quindi essere combinati con i cilindri di acqua calda nei sistemi di riscaldamento degli ambienti domestici e il sistema di acqua calda solare può essere utilizzato per preriscaldare l'acqua nel cilindro in inverno per il riscaldamento degli ambienti.
I sistemi passivi, che si basano sulla gravità piuttosto che sull'elettricità, sono i più efficienti nei climi caldi dove non è presente il congelamento notturno o invernale. Alcuni sistemi passivi utilizzano una configurazione a termosifone che utilizza la gravità e i flussi di calore convettivo. L'acqua fredda da un'altezza scorre per gravità verso il collettore solare e, quando l'acqua attraversa il collettore e si riscalda, sale attraverso la convezione per raggiungere nuovamente il serbatoio di accumulo. Un altro tipo di sistema passivo è il sistema integrato di stoccaggio del collettore, in cui il collettore forma la parte superiore del serbatoio di accumulo dell'acqua e riscalda l'acqua direttamente nel serbatoio.
