thumb|In een dak verwerkte zonnecollectoren verwarmen het zwemwater Een zonnecollector is een wisselaar die direct en diffuus zonlicht omzet in warmte (niet te verwarren met een zonnepaneel, dat voor omzetting van zonlicht naar elektriciteit wordt gebruikt). Zonnecollectoren zijn er in veel verschillende varianten. De meest bekende zijn wel de vlakkeplaatcollector en de vacuümbuiscollector, die weer onder te verdelen zijn in verschillende typen. Het uiterlijk van de collector, maar ook het binnenwerk en de gebruikte materialen kunnen verschillen. De keuze voor het binnenwerk en de verbindingen kunnen het afgiftevermogen en de levensduur van de collector beïnvloeden en de montagemogelijkheden beperken. Isolatiewaarden kunnen verschillen en dit kan invloed hebben op hoe goed de collector reageert op de buitentemperatuur. Ook de vorm van het glas kan belangrijk zijn, vanwege reflectie en de invalshoek van de zon.
Typen zonnecollectoren Vlakkeplaatcollectoren: Meandercollector Harpcollector Gedeelde harpcollector Parallel meandercollector Vacuümbuiscollectoren: Heatpipe Pipe in Pipe directFlow U-pipe directFlow U-pipe CPC directFlow
Vlakkeplaatcollector frame|Zonnecollector De vlakkeplaatcollector is de meest gebruikte collector in Nederland en Vlaanderen. Kleinere collectors van 2 tot 5 m² worden gebruikt om een huishouden van warm water te voorzien en grotere collectors worden gebruikt voor grotere gebouwen.
Het hart van een vlakkeplaatcollector is een zwarte plaat, de absorber. Boven de absorber zit meestal een glazen plaat. Zonlicht wordt als het ware 'gevangen' achter het glas, als in een broeikas. Door de absorber in een isolerende bak te plaatsen houdt hij warmte goed vast. Het gevolg hiervan is dat de temperatuur van de absorber stijgt. Naarmate de temperatuur van de absorber hoger is dan de omgevingstemperatuur, zal de warmtestroom van de absorber naar de omgeving groter worden, totdat deze gelijk is aan de opgenomen warmte. De temperatuur van de absorber zal niet verder stijgen.
Om de gewonnen warmte te kunnen benutten, zijn aan de achterkant van de absorber leidingen gemonteerd waardoor water stroomt. De hete absorber geeft zijn warmte af aan het water. Dit water circuleert tussen de collector en de boiler. Dat is een groot opslagvat voor het warme water, waardoor warmte ook beschikbaar is als de zon niet schijnt.
Vacuümbuiscollector thumb|Vacuümbuiscollector thumb|Vacuümbuiscollectors op een plat dak. thumb|left|Vacuümbuiscollector constructie Het werkingsprincipe van de vacuümbuiscollector is te vergelijken met een thermosfles. Twee glazen buizen, de een binnen de ander, zijn van elkaar gescheiden door een vacuüm. Op de buitenkant van de binnenste buis is een zeer dunne spectraalselectieve laag opgedampt. Deze spectraalselectieve laag absorbeert zichtbaar licht en reflecteert het infrarode deel van het elektromagnetisch spectrum. De warmte-energie kan niet uitstralen. Aan één uiteinde van de twee glazen buizen is een opening naar de binnenkant van de binnenste buis. Daar wordt de warmte afgevoerd via een koppeling, een warmtegeïsoleerde leiding waaraan meerdere vacuümbuiscollectoren haaks zijn gekoppeld.
De werking is als volgt: het zonlicht schijnt door de buitenste glazen buis en het vacuüm op de spectraalselectieve laag op de binnenste buis. De binnenste buis warmt op. De warmte kan niet door het vacuüm ontsnappen, ook niet als warmtestraling: de warmte zit "gevangen". De warmte wordt via de koppeling door een gesloten systeem van buizen en een pomp naar de boiler of vloerverwarming verplaatst met water als medium. Een vernuftig systeem is de heat pipe, die zeer eenvoudig en efficiënt de warmte van de binnenste buis kan transporteren naar de koppeling. Bij een heat pipe is het niet nodig om het warmtemedium door het inwendige van de binnenste buis te leiden. De hydraulische weerstand van de vele lange dunne buizen door de collectoren is hoog en zou veel koper kosten. De heat pipe is een enkelvoudige, zeer dunne buis, die zelf het warmtetransport verzorgt door middel van de zwaartekracht in schuine oriëntatie. Daarom dient de vacuümbuiscollector niet horizontaal of verticaal geplaatst te worden.
De vacuümbuiscollector wordt steeds meer toegepast. Het voordeel boven de vlakkeplaatcollector is de productie van water van hoge temperatuur. Dat heeft vooral in een gematigd klimaat veel voordelen buiten de zomer. Ook bij lage buitentemperaturen is bij voldoende zonneschijn extra verwarming van de boiler niet nodig. Het is zelfs zo, dat het water in de boiler kan gaan koken als er geen veiligheidsmaatregelen zijn getroffen.
Heteluchtzonnecollectoren Heteluchtcollectoren bestaan uit een metalen of glazen voorzetwand met daarachter een luchtspouw. Er zijn verschillende uitvoeringen, maar het principe is eender. Verse buitenlucht wordt via de metalen wand, al of niet met behulp van ventilatoren, naar binnen gezogen en achter de wand door de zon opgewarmd. Deze voorverwarmde lucht kan eventueel naar een bestaande luchtbehandelingsinstallatie geleid worden of via speciaal aangelegde kanalen verdeeld worden door het gebouw. Deze techniek is voornamelijk geschikt voor utiliteitsbouw. Het rendement is zeer hoog.
Zonneboiler thumb|320px|Schematische werking zonneboiler: koud leidingwater (A) komt in een geïsoleerd voorraadvat (B). Het collectormedium wordt via de zonnecollector (C) opgewarmd door zonnestraling (D), waardoor het water in het vat verhit wordt en warm water afgegeven kan worden (E). De watertemperatuur in het vat is bovenin (F+) door convectie warmer dan het water onder in het vat (G-) Een zonneboiler is de aanduiding voor het systeem van een warmwaterboiler tezamen met een zonnecollector. Deze zonnecollector zet hoofdzakelijk de elektromagnetische straling van het zichtbare licht van de zon direct om in warmte. Het is dus geen zonnepaneel of PV-paneel.
Werking Het principe van een zonneboiler is eenvoudig: als een tuinslang de hele dag in de zon ligt, wordt het water in de slang erg warm. Zonneboilers maken gebruik van datzelfde principe. Het water in het voorraadvat wordt door de buizen van de collector gepompt en de warmte daarvan bewaard in een geïsoleerd voorraadvat: de boiler. Wanneer de temperatuur in de collector hoger is dan in de boiler zet een regeleenheid, bijvoorbeeld een PLC of opamp, de circulatiepomp aan. Daardoor wordt het koudere water van de boiler in de collector opgewarmd. Na enige tijd, wanneer de zonnecollector en de boiler bijna dezelfde temperatuur hebben, of wanneer een bepaalde maximale temperatuur is bereikt, schakelt de regeleenheid de pomp uit en het water in de collector stroomt onder invloed van de zwaartekracht terug in het voorraadvat (zodat er geen gevaar is van bevriezing in de collector). De temperatuur in de collector en in de boiler wordt doorgaans gemeten met PTC-weerstanden.
Op deze manier staat er een hoeveelheid warmte beschikbaar om gebruikt te worden op het gewenste moment, al schijnt de zon zwak of helemaal niet. Zelfs in de winter als de zon maar een paar uur schijnt, kan zo'n boiler voldoende warm water produceren om te douchen, te wassen of schoon te maken. Sommige systemen leveren ook een bijdrage aan de ruimteverwarming. Bij toepassing van een thermosifonsysteem is geen pomp en geen regeling nodig, maar wel gebruik van antivries om bevriezen van water in de collector te voorkomen.
thumb|Zonneboiler met naverwarmboiler, verwarmd door de cv-ketel
Bij een geopende warmwaterkraan stroomt het koude leidingwater, al of niet indirect, door het opgewarmde voorraadvat naar de kraan. Als het water niet warm genoeg is, dan brengt bijvoorbeeld de cv-ketel, de geiser, een door cv-water verwarmde naverwarmboiler of een warmtepomp het op de gewenste temperatuur. Dit proces heet naverwarming. Een cv-ketel die geschikt is voor het naverwarmproces dient het Gaskeur NZ-label te dragen. De afwijkende eigenschap van een NZ-labelketel en een reguliere cv-ketel is dat de inlaattemperatuur tot 85 °C of hoger geen probleem vormt voor de cv-ketel.
De collector kan op het dak van een woning worden geplaatst.
Kosten thumb|left|Zonnecollectoren op plat dak De meest prijsgunstige systemen qua aanschaf en onderhoud zijn vaak de terugloop/leegloopsystemen, doordat daarbij minder componenten worden gebruikt en er geen druk op het systeem staat, zoals bij systemen die met glycol zijn gevuld wel het geval is. Een doorstroomzonneboiler (tapwater loopt door de warmtewisselaar in het vat in plaats van het collectormedium) is een toepassing waarbij legionellabesmetting tot het verleden behoort. De Nederlandse overheid gaf sinds 2008 weer subsidie bij de aanschaf van een zonneboiler. Dit was een aanschafsubsidie van ongeveer 30% van de aanschafprijs van het systeem. De terugverdientijd van een zonneboiler was daarmee zo'n 7 tot 9 jaar, gerekend met een gasprijsstijging van meer dan 7% per jaar. Deze subsidie maakte onderdeel uit van de regeling 'Duurzame warmte voor bestaande woningen', die in 2011 werd beëindigd.
In België bestaat het recht op subsidies naargelang de gemeente, provincie en intercommunale. In Vlaanderen werd in 2012 beslist de tot dan bestaande premie, toegekend door de Vlaamse overheid aan wie investeert in een zonneboiler, op te trekken van 200 naar van € 550 per vierkante meter collectoroppervlakte, begrensd tot maximaal € 2750.Premie van de netbeheerder voor een zonneboiler, vlaanderen.be
Energiebesparing De jaarlijkse besparing van een standaardsysteem met vlakkeplaatcollector bedraagt 80 tot 110 kubieke meter aardgas bij een collectoroppervlak van ongeveer 2,5 tot 3,5 vierkante meter (±3,6 tot 4,2 GJ). De besparing is afhankelijk van het tapwaterverbruik. Voor een gemiddeld huishouden tot vier personen scheelt dat ongeveer de helft van het verbruikte gas voor het verwarmen van het tapwater. De jaarlijkse elektriciteitsbesparing ten opzichte van een elektrische boiler bedraagt ongeveer 800 kWh.
Een vacuümbuissysteem heeft in de winter een wat hoger rendement dan een vlakkeplaatcollector, doordat deze minder warmte verliest aan de omgeving. Hierdoor kan een vacuümbuissysteem ook gebruikt worden voor cv-verwarming. Wanneer een systeem met vacuümbuizen wordt gebruikt voor alleen tapwater en cv-verwarming, is er vaak in de zomer veel warmte over, doordat het systeem op de winterperiode wordt gedimensioneerd, of te weinig warmte voor de cv in de winter wanneer het op de zomerbehoefte (tapwater) wordt gedimensioneerd. De zonneboiler moet warmer zijn in de winter dan de retourtemperatuur van de cv om iets te kunnen toevoegen. Vaak is de zonneboiler te koud om warmte te kunnen toevoegen aan de cv, doordat de dagen korter zijn en de zon in de winter minder krachtig is en er ook minder zonnige dagen zijn. Wanneer er in de zomer warmte over is, is die niet op te slaan voor de winterperiode, waardoor het totale rendement van zo'n systeem lager uitvalt. De prijs van een vacuümbuis/heatpipesysteem is zo'n 1,5 tot 3 maal hoger dan van een vlakkeplaatsysteem, afhankelijk van het merk van de buizen. Omdat in Nederland de subsidie bedoeld is voor tapwatersystemen, is de subsidie voor systemen van meer dan 6 m² lager dan die voor systemen van kleiner dan 6 m².
Overtollige zonnewarmte in de zomer kan echter wel opgeslagen worden onder gebouwen die al verwarmd worden met een warmtepomp. Zodoende wordt 's zomers het grondwater onder een gebouw verwarmd. Zonneboilers kunnen zo het rendement van een warmtepompinstallatie verhogen en daarmee de CO2-belasting door gebouwverwarming nog verder verlagen.
Bouwvergunning