Chauffe-eau solaire, appareil qui utilise l'énergie thermique solaire pour produire de l'eau chaude. Un chauffe-eau solaire typique se compose d'un capteur solaire monté sur le toit d'un bâtiment et connecté à un réservoir de stockage d'eau. Selon le système, l'eau non chauffée peut soit circuler du réservoir à travers le collecteur pour être chauffée directement, soit être chauffée par un fluide d'échange thermique de grande capacité qui a été réchauffé dans le collecteur et transfère sa chaleur à travers des tubes dans l'eau dans le tank. Alors que le transfert de chaleur du capteur solaire à l'eau non chauffée peut être facilité passivement sans moyens mécaniques, les systèmes d'eau chaude solaire «actifs» utilisent l'électricité pour faire circuler le fluide caloporteur et pour faire fonctionner des pompes et des régulateurs mécaniques.
Bien que la pratique d'utiliser le soleil pour chauffer l'eau à usage domestique remonte à plusieurs cultures anciennes, ce n'est qu'en 1891 que le premier système d'eau chaude solaire breveté a été vendu dans le commerce. Inventé par Clarence Kemp à Baltimore, Maryland, le système s'appelait le «Climax» et était populaire en Californie et dans d'autres États américains chaleureux. Étant donné le coût relativement élevé et les inconvénients de l'utilisation de combustibles conventionnels pour chauffer l'eau, de nombreux ménages étaient désireux d'investir dans ces chauffe-eau solaires. Cependant, le système Climax était limité en ce que l'élément chauffant doublait comme réservoir de stockage, limitant ainsi la quantité d'eau chaude disponible. En 1909, William J. Bailey a breveté un système qui séparait le réservoir de stockage d'eau de l'élément de chauffage solaire, formant la base de la conception des chauffe-eau solaires utilisés aujourd'hui.
Systèmes actifs et passifs
Les systèmes d'eau chaude solaire actifs utilisent des pompes mécaniques et des contrôleurs différentiels pour réguler et diriger le flux du fluide caloporteur ou de l'eau du capteur solaire vers le ballon. Les contrôleurs détectent la différence de température entre l'eau du réservoir et la température du capteur solaire et mettent la pompe en marche lorsque l'eau du réservoir se refroidit en dessous de la température du capteur. Certaines pompes fonctionnent sur le réseau électrique (électricité de ligne), et d'autres fonctionnent sur l'électricité produite par un panneau solaire photovoltaïque. Alors que certains systèmes à énergie solaire ne font circuler le fluide que lorsque le soleil brille et stockent l'eau chauffée dans des réservoirs bien isolés pour le chauffage des locaux pendant la nuit, d'autres utilisent l'électricité du réseau en secours pour les nuits et les jours nuageux. Dans les systèmes d'eau chaude solaire actifs, les réservoirs de stockage d'eau peuvent être situés à l'intérieur de la toiture ou à tout autre endroit qui minimisera les pertes de chaleur dans l'air froid, car le débit d'eau ne dépend pas exclusivement de la gravité. Ces réservoirs peuvent donc être combinés avec les ballons d'eau chaude dans les systèmes de chauffage domestique, et le système solaire d'eau chaude peut être utilisé pour préchauffer l'eau du ballon en hiver pour le chauffage des locaux.
Les systèmes passifs, qui dépendent de la gravité plutôt que de l'électricité, sont plus efficaces dans les climats chauds où le gel nocturne ou hivernal n'est pas présent. Certains systèmes passifs utilisent une configuration de thermosiphon qui utilise les flux de chaleur par gravité et convectifs. L'eau froide d'une hauteur s'écoule par gravité vers le capteur solaire et, au fur et à mesure que l'eau passe à travers le capteur et se réchauffe, elle monte par convection pour atteindre à nouveau le réservoir de stockage. Un autre type de système passif est le système de stockage à collecteur intégré, dans lequel le collecteur forme le haut du réservoir de stockage d'eau et chauffe l'eau directement dans le réservoir.
