1.2. Геліосистеми гарячого водопостачання

Отримання тепла шляхом прямої абсорбції сонячного випромінювання являє собою найбільш простий, з боку технічної реалізації, спосіб використання сонячної енергії. Тепло, отримане в результаті прямої абсорбції сонячної радіації, використовується для нагрівання води, обігріву приміщень, охолодження приміщень, сушіння матеріалів та продуктів сільськогосподарського виробництва. Великий практичний інтерес до обігріву приміщень та отримання гарячої води, за рахунок сонячної радіації, обумовлений тим, що в промислово розвинутих країнах близько 30-40% виробленої енергії споживається на так зване низькотемпературне нагрівання (<100°С).

Отримання такого низькотемпературного тепла можна здійснити за допомогою пласких та вакуумних сонячних колекторів (трубчастих), що працюють за принципом тепличного ефекту. Фізична суть цього ефекту полягає в тому, що сонячне випромінювання, падаюче на поверхню плоского чи вакуумного сонячних колекторів, який прозорий для сонячних променів, практично без втрат проникає всередину  та, потрапляючи на теплоприймач геліоколектора нагріває його, а процес розсіювання теплової енергії теплоприймача в сонячному колекторі мінімізований. Оскільки основна інтенсивність сонячного випромінювання в наземних умовах знаходиться в спектральному інтервалі 0,4 мкм –1,8 мкм, то як прозорий верхній шар використовується звичайне скло, що має коефіцієнт пропускання в цьому спектральному діапазоні до 95%. Розташований в нижній частині сонячного колектора (плаский) або всередині трубки (вакуумний) теплоприймач геліоколектора є абсорбуючим покриттям з коефіцієнтом поглинання сонячного випромінювання до 82-92%. Поглинаючи пряме сонячне випромінювання, це абсорбуюче покриття  може нагріватися залежно від потужності падаючого сонячного випромінювання до 50-90°С. Нагріте до таких температур тіло випромінює теплову енергію, основна потужність якого знаходиться в інфрачервоному діапазоні.

Для спектрального діапазону, відповідного інфрачервоному випромінюванню, скло володіє низьким коефіцієнтом пропускання, а вакуум в вакуумних сонячних колекторах зводить це до нуля. Це й призводить до тепличного ефекту, що полягає в накопиченні енергії під склом і збільшенні температури теплоприймача до 160°С для плаского геліоколектора та 250°С для вакуумного геліоколектора, якщо перетворена енергія не відводиться з сонячного колектора теплоносієм (режим стагнації). У робочому режимі накопичене тепло витрачається на нагрів води, яка циркулює через геліосистему.

В середній смузі Європи в літній період продуктивність пласких колекторів може досягати 50- 60 літрів води, а вакуумних сонячних колекторах 70-90 літрів води, нагрітої до 60-70°  із з кожного квадратного метра геліоколектора в день. ККД плаского сонячного колектора складає близько 70% та залежить від температури довкілля, щільності потоку сонячної енергії і температури, до якої необхідно нагрівати воду в геліосистемі. ККД вакуумного сонячного колектора складає близько 92% та залежить лише від щільності потоку сонячної енергії і температури, до якої необхідно нагрівати воду в геліосистемі. Із зменшенням температури, до якої необхідно нагрівати воду, циркулюючу через геліоколектор, ККД сонячного колектора підвищується. Проте стандартна температура води, що нагрівається складає 50°С. Для сонячного колектора основною технічною характеристикою є об'єм води, нагрітої до заданої температури протягом світлового дня квадратним метром. Цей параметр залежить від пори року та географічного положення місця, в якому встановлюються геліоколектори. Ефективність сонячного колектора залежить від характеристик селективно-поглинаючого покриття, яке володіє властивістю добре поглинати видиму частину сонячного спектру та практично не випромінювати в інфрачервоної області спектру. Селективні покриття є одним з наукоємних елементів в конструкції геліоколектора.

Одним з основних економічних показників сонячного колектора, поряд з його вартістю, є надійність та довговічність. Термін служби геліоколектора складає не менше 10 років. Вакуумні сонячні колектори володіють низькою матеріаломісткістю (вага матеріалу витрачена на виготовлення 1м2 поверхні) та низькою інерційністю (час нагріву води до заданої температури при заданому тиску води).  У геліосистему отримання низькотемпературного тепла, також входять накопичувачі тепла (баки акумулятори), які в простому випадку є термоізольованими ємкостями (термоси) для зберігання гарячої води. Об'єм бака акумулятора та необхідна площа геліоколекторів, визначаються добовим споживанням тепла та середнім числом сонячних днів на рік в даній місцевості. Якщо сонячний колектор використовує не воду, а незамерзаючу рідину, то за допомогою теплообмінника в накопичувальному теплоізольованому баці та додаткового нагрівача (газ, електрика і тому подібне) можна протягом року економити до 50-60% енергії, необхідної для обігріву будинку та інших теплових домашніх потребах, що практично широко використовується в промислово розвинених країнах. В цьому випадку сонячні колектори працюють цілий рік в автоматичному режимі, паралельно із звичайними паливними або електричними нагрівачами води.