In sogenannten Solarkollektoren wird eine zirkulierende Trägerflüssigkeit erwärmt. Diese Flüssigkeit transportiert die Wärme mit Hilfe einer Umwälzpumpe zu einem Wärmetausche im Speicher, die Wärme wird an das im Speicher enthaltene Wasser abgegeben. Die abgekühlte Flüssigkeit läuft zurück in den Kreislauf und nimmt erneut Sonnenenergie auf. Reicht die Sonneneinstrahlung nicht aus, um das Wasser zu erwärmen, übernimmt eine Heizspirale diese Aufgabe, die über die Heizungsanlage betrieben wird. So ist die Versorgung mit heißem Wasser im Haushalt jederzeit gewährleistet. Als Heizungsanlage sind besonders Anlagen beliebt, die ebenfalls mit regenerativen Energien betrieben werden.
Möglich ist der Einsatz der Solarthermie für die Warmwasserbereitung oder für die kombinierte Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung. Ebenfalls möglich ist der Einsatz zur solaren Kühlung. Aktuell sind zwei unterschiedliche Kollektorarten gebräuchlich.
Die Flachkollektoren sind weit verbreitet und eignen sich besonders zur Bereitung von Warmwasser. In einem wärmegedämmten Metallgehäuse verlaufen Kupferrohre. Diese sind in Schlaufen verlegt und enthalten die Wärmeträgerflüssigkeit, die aus mit Frostschutz versehenem Wasser besteht. Die Oberfläche des Kollektors ist mit Glas abgedeckt. Das Sicherheitsglas ist hoch lichtdurchlässig, so dass kaum Energie verloren geht.
Für die Warmwasserbereitung mit den kostengünstigen Flachkollektoren wird eine Fläche von 1,5 m² pro Person veranschlagt. Die Kollektoren sind für die Indach-Montage geeignet und können in unterschiedlichen Farben installiert werden. So zeigt das Dach ein harmonisches Bild. Flachkollektoren haben im Vergleich zu den anderen Kollektorarten einen geringen Wirkungsgrad und können deshalb lediglich für die Warmwasserbereitung in der warmen Jahreszeit eingesetzt werden. Weiterhin musst die Ausrichtung nach Süden besonders beachtet werden.
Diese auch als Vakuum-Röhrenkollektoren bezeichneten Solarkollektoren sind deutlich komplizierter aufgebaut als die Flachkollektoren. In vakuumierten Glasröhren sind die sogenannten Absorber eingebaut, mehrere Glasröhren werden verbunden und bilden zusammen einen Kollektor. Bei nicht idealen Bedingungen wie zum Beispiel einer nicht idealen Ausrichtung oder Dachneigung sowie bei weniger günstigem Klima sind Röhrenkollektoren aufgrund des hohen Wirkungsgrades ideal. Sie arbeiten auch bei diffusen Lichtverhältnissen effektiv, weiterhin ist der Platzbedarf geringer. Für die Warmwasserbereitung wird pro Person 1,0 m² Kollektorfläche benötigt, wird die Solarenergie zusätzlich zur Heizungsunterstützung verwendet, steigt der Flächenbedarf pro Person auf 3 bis 4 m².
Röhrenkollektoren sind in drei unterschiedlichen Bauarten erhältlich:
- Direkt durchströmter Vakuum-Röhrenkollektor: Die Wärmeträgerflüssigkeit fließt in zwei Kupferrohren im Inneren der Vakuumröhre.
- Indirekt durchströmter Vakuum-Röhrenkollektor (Heat-Pipe): Innerhalb des Glaszylinders liegt ein Wärmerohr, in dem eine leicht verdampfende Flüssigkeit enthalten ist.
- CPC-Vakuum-Röhrenkollektor: Ein Kollektor besteht aus zwei Glasröhren, die konzentrisch angeordnet sind. Die Absorberschicht ist auf der inneren Röhre aufgebracht, die Röhren sind vor einem Parabolspiegel angebracht der die Absorption der Solarwärme optimiert.
Wird eine Solaranlage als Unterstützung der Warmwasserbereitung konzipiert, können die günstigeren Flachkollektoren eingesetzt werden. Die Auslegung wird vom Fachbetrieb vorgenommen und richtet sich nach dem Jahresbedarf an Warmwasser im Gebäude, bzw. im Nutzungsbereich der Anlage. Folgende Komponenten werden für die Anlage benötigt:
- Solarkollektoren als Flach- oder Röhrenkollektoren, die die Wärme der Solarstrahlung in einer Wärmeträgerflüssigkeit aufnehmen
- Einen Solarkreislauf, der als Rohrsystem von den Kollektoren zum Wasserspeicher und wieder zurück führt
- Ein Warmwasserspeicher, der für den bivalenten Betrieb ausgerichtet ist und in dem das enthaltene Wasser über die Solarenergie oder eine Heizspirale erwärmt werden kann
- Einen Wärmetauscher mit angeschlossener Umwälzpumpe, die die Trägerflüssigkeit transportiert
- Steuereinheiten und Sensoren wie Solarsteuerung und Temperaturfühler
- Wasseranschluss mit Warm- und Kaltwasser
- Ausdehnungsgefäß
- Entlüftung
- Geregelte Nachheizung
Bei der Auslegung der Anlage ist der Warmwasserbedarf im Haushalt entscheidend. Man rechnet mit einer Wassermenge von 80 Litern pro Tag und Person. Für eine möglichst realistische Auslegung empfiehlt sich die Orientierung am tatsächlichen Verbrauch, geplanter Familienzuwachs und andere für die Zukunft anstehende Aspekte sollten in der Planung mitberücksichtigt werden.
Wird ausreichend solare Wärme produziert, können Solaranlagen nicht nur Warmwasser bereiten, sondern zusätzlich auch die Heizung unterstützen. Kombiniert werden kann die Anlage zum Beispiel mit Pelletheizungen, Wärmepumpen oder modernen Brennwertheizungen. Da die Sonneneinstrahlung in der Heizsaison in unseren Breiten recht gering ist, sind Kollektoren mit hohem Wirkungsgrad erforderlich. Auch die Ausrichtung muss so optimal wie möglich gewählt werden. Die erforderlichen Komponenten entsprechen einer Anlage zur Warmwasserbereitung, zusätzlich erforderlich ist ein Anschluss an die Heizungsanlage, bzw. den verwendeten Heizkessel. Für die Auslegung sind die zusätzlich erforderlichen Flächen zu berücksichtigen, der Bedarf misst sich an den im Haushalt lebenden Personen und deren Nutzungs- beziehungsweise Lebensgewohnheiten, auch die Wohnfläche kann in die Berechnung mit einfließen.
Wird das solarthermische Funktionsprinzip nicht zur Erwärmung, sondern zur Kühlung genutzt, dann wird die solare Energie für den Betrieb einer Kältemaschine genutzt. Dem sogenannten Sorptionsmittel im Kreislauf wird Wärme zugeführt, dadurch verdampft die Flüssigkeit. Der Dampf wird erst kondensiert und anschließend wieder auf einem Wärmetauscher verdampft. Die dazu erforderlich Wärme wird dem Wasser im Kreislauf entzogen, dieses wird anschließend als Kühlmittel in einen Kreislauf eingespeist. Wird eine Solarthermieanlage im Sommer zur solaren Kühlung genutzt, steigt deren Gesamteffizienz. Denn gerade zu dieser Jahreszeit ist für die Heizungsunterstützung und die Warmwasserbereitung nur wenig Energie erforderlich.
In Verbindung mit einer Solaranlage werden verschiedene Speicher genutzt. Welches Modell zum Einsatz kommt, hängt von der Art der Anlage sowie von der geplanten Nutzung ab: