Zonneboiler, apparaat dat zonne-energie gebruikt om warm water te produceren. Een typische zonneboiler bestaat uit een zonnecollector die op het dak van een gebouw is gemonteerd en is aangesloten op een wateropslagtank. Afhankelijk van het systeem kan onverwarmd water ofwel uit de tank worden gecirculeerd door de collector om direct te worden verwarmd, of kan het worden verwarmd door een warmtewisselaar met hoge capaciteit die in de collector werd opgewarmd en zijn warmte door buizen in het water in de tank. Terwijl de warmteoverdracht van de zonnecollector naar het onverwarmde water passief kan worden gefaciliteerd zonder mechanische middelen, gebruiken “actieve” warmwatersystemen op zonne-energie elektriciteit om de warmte-uitwisselingsvloeistof te laten circuleren en mechanische pompen en regelaars te bedienen.
Hoewel de praktijk van het gebruik van de zon voor het verwarmen van water voor huishoudelijk gebruik terug te voeren is op verschillende oude culturen, duurde het tot 1891 voordat het eerste gepatenteerde zonneboilersysteem commercieel werd verkocht. Het systeem, uitgevonden door Clarence Kemp in Baltimore, Maryland, heette de "Climax" en was populair in Californië en andere warme Amerikaanse staten. Gezien de relatief hoge kosten en het ongemak van het gebruik van conventionele brandstoffen om water te verwarmen, wilden veel huishoudens graag investeren in deze zonneboilers. Het Climax-systeem was echter beperkt omdat het verwarmingselement ook dienst deed als opslagtank, waardoor de beschikbare hoeveelheid warm water werd beperkt. In 1909 patenteerde William J. Bailey een systeem dat de wateropslagtank scheidde van het zonneverwarmingselement, wat de basis vormde voor het ontwerp van zonneboilers die tegenwoordig worden gebruikt.
Actieve en passieve systemen
Actieve warmwatersystemen op zonne-energie gebruiken mechanische pompen en differentiaalregelaars om de stroom van de warmteoverdrachtsvloeistof of het water van de zonnecollector naar de tank te regelen en te sturen. De controllers nemen het temperatuurverschil waar tussen het water in de tank en de temperatuur in de zonnecollector en schakelen de pomp in als het water in de tank onder de temperatuur van de collector afkoelt. Sommige pompen werken op netstroom (lijnelektriciteit), andere werken op elektriciteit die wordt opgewekt door een fotovoltaïsch zonnepaneel. Terwijl sommige op zonne-energie werkende systemen de vloeistof alleen laten circuleren als de zon schijnt en het verwarmde water opslaan in goed geïsoleerde tanks voor nachtelijke ruimteverwarming, gebruiken andere netstroom als back-up voor nachtelijke en bewolkte dagen. In actieve zonne-warmwatersystemen kunnen de wateropslagtanks zich in de dakruimte of op een andere locatie bevinden die warmteverlies naar de koude lucht minimaliseert, omdat de waterstroom niet uitsluitend afhankelijk is van de zwaartekracht. Deze tanks kunnen daarom worden gecombineerd met de warmwatercilinders in ruimteverwarmingssystemen voor huishoudelijk gebruik, en het zonne-warmwatersysteem kan worden gebruikt om in de winter water in de cilinder voor te verwarmen voor ruimteverwarming.
Passieve systemen, die eerder afhankelijk zijn van zwaartekracht dan van elektriciteit, zijn het meest efficiënt in warme klimaten waar nacht- of winterbevriezing niet aanwezig is. Sommige passieve systemen gebruiken een thermosifonconfiguratie die gebruik maakt van zwaartekracht en convectieve warmtestromen. Koud water van een hoogte stroomt door de zwaartekracht naar de zonnecollector en terwijl het water door de collector stroomt en opwarmt, stijgt het door convectie op om de opslagtank weer te bereiken. Een ander type passief systeem is het geïntegreerde collectoropslagsysteem, waarbij de collector de bovenkant van de wateropslagtank vormt en het water direct in de tank verwarmt.
