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L'uso di pannelli solari per riscaldare l'acqua può ridurre significativamente i costi energetici, ma se si vive in un clima freddo, è necessario progettare il sistema per evitare il congelamento. Le matrici di riscaldamento solare per basse temperature impiegano in genere uno scambiatore di calore sigillato all'interno del serbatoio dell'acqua e circolano in glicole o acqua. Se il sistema fa circolare l'acqua, di solito ha un meccanismo che scarica l'acqua dal pannello ogni volta che non c'è il sole.
Progettazione del freddo
Nel design più semplice del riscaldatore solare, l'acqua potabile circola tra i pannelli e il serbatoio di accumulo e gli utenti utilizzano quell'acqua estraendola dal serbatoio. In questo design ad anello aperto, tuttavia, l'acqua nel pannello è soggetta a congelamento, quindi i sistemi in climi freddi di solito impiegano invece un circuito chiuso. In una versione, il glicole circola attraverso i pannelli e attraverso uno scambiatore di calore - spesso una serpentina di rame - all'interno del serbatoio di accumulo dell'acqua. Un'altra versione utilizza acqua che scarica automaticamente dal sistema in un serbatoio interno quando non c'è il sole. In entrambi i casi, il fluido circolante non è mai a diretto contatto con l'acqua immagazzinata.
Un sistema a circuito chiuso a glicole
Le estremità del "circuito" in un sistema a circuito chiuso di glicole sono i tubi o le bobine all'interno dei pannelli solari e le bobine all'interno del serbatoio di accumulo. Una pompa mantiene il fluido in circolo tra di loro e deve essere programmata per spegnersi ogni volta che la temperatura dei pannelli scende al di sotto di quella dell'acqua nel serbatoio. Il sistema richiede anche un vaso di espansione per regolare la pressione. Il glicole è un buon fluido circolante, perché non è tossico e non si congela durante la stagione fredda, ma mantenerlo in circolazione in modo efficiente richiede solitamente un numero di valvole e controlli sensibili.
Sistemi di drenaggio
Alcuni sistemi a circuito chiuso utilizzano l'acqua come fluido circolante anziché glicole. Per evitare il congelamento all'interno delle bobine o dei tubi del pannello, l'acqua defluisce in un serbatoio ogni volta che il sole tramonta o la temperatura scende al di sotto di un punto prestabilito. Questo tipo di sistema è più efficiente di un sistema a circuito chiuso a base di glicole, poiché l'acqua trasferisce il calore meglio del glicole, ma poiché necessita di un serbatoio di accumulo aggiuntivo per l'acqua in circolazione, è più costoso da installare. Richiede anche controlli e sensori precisi, poiché scaricare l'acqua al momento opportuno è fondamentale per prevenire il congelamento.
considerazioni
Un sistema a circuito chiuso non deve solo far circolare glicole o acqua. Altre possibilità includono aria, oli di idrocarburi, refrigeranti e siliconi. Nessuno si congela con tempo freddo, ma tutti hanno degli svantaggi rispetto al glicole o all'acqua. I pannelli a tubo, che sono meno sensibili alla temperatura ambiente rispetto ai pannelli con bobine, sono la scelta migliore per un sistema di riscaldamento solare per basse temperature. Gli assorbitori di rame attraverso i quali passa il fluido riscaldante sono racchiusi in tubi di vetro da cui l'aria è stata evacuata. La costruzione minimizza la perdita di calore dagli assorbitori, che è particolarmente importante nei climi freddi.