Ένα τυπικό ηλιοθερμικό σύστημα αποτελείται από τρία βασικά μέρη: τους ηλιακούς συλλέκτες και δύο δοχεία αποθήκευσης ζεστού νερού, ένα του νερού χρήσης και ένα του νερού θέρμανσης χώρου. Τα δύο αυτά δοχεία μπορούν να τοποθετηθούν το ένα μέσα στο άλλο (δοχείο σε δοχείο), εξοικονομώντας έτσι χώρο, σωληνώσεις και αυτοματισμούς. Καθώς τα δοχεία μπορούν τοποθετηθούν σε οποιοδήποτε διαθέσιμο χώρο του κτιρίου, οι ηλιακοί συλλέκτες εντάσσονται αισθητικά καλύτερα στο κτίριο. Επιπλέον, μπορούν να τοποθετηθούν σε χώρους που θερμαίνονται, μειώνοντας έτσι τις απώλειες θερμότητας του νερού. Οι επίπεδοι ηλιακοί συλλέκτες απορροφούν διάχυτο ηλιακό φως, συλλέγοντας ηλιακή ενέργεια ακόμη και σε ημέρες με νέφωση και μετατρέποντας τα 2/3 της ηλιακής ακτινοβολίας σε ωφέλιμη ενέργεια. Οι ηλιακοί συλλέκτες διαθέτουν γυαλί υψηλής απορροφητικότητας που δεν αντανακλά (antireflex) για να εξασφαλίζεται η μέγιστη μετάδοση θερμότητας.

Τα ηλιακά συστήματα για την παραγωγή ζεστού νερού χρήσης μετατρέπουν την ακτινοβολία του ήλιου σε θερμική ενέργεια με τη μορφή ζεστού νερού. Το παραγόμενο ζεστό νερό, αποθηκεύεται σε δεξαμενές αποθήκευσης (boiler). Τα ηλιακά συστήματα παραγωγής ζεστών νερών χρήσης διακρίνονται σε:

• Τοπικά ή ατομικά (ηλιακοί θερμοσίφωνες)
• Κεντρικά (Boiler στο λεβητοστάσιο με συστοιχία ηλιακών συλλεκτών)

Η καρδιά του ηλιακού συστήματος είναι ο ηλιακός συλλέκτης. Το νερό διέρχεται μέσα στις σωληνώσεις και έρχεται σε επαφή με την απορροφητική επιφάνεια του συλλέκτη, έτσι μπορούμε να της αποσπάσουμε την συγκεντρωμένη ηλιακή ενέργεια (θερμική ενέργεια). Αυτή την ενέργεια τη μεταφέρουμε, με τη μορφή ζεστού νερού, σε μια μονωμένη δεξαμενή αποθήκευσης (boiler), απ’ όπου θα την πάρουμε όταν τη χρειαστούμε. Μία τυπική οικιακή εγκατάσταση (4m2) εξοικονομεί ετησίως περίπου 2400 kWh ηλεκτρικής ενέργειας που θα κατανάλωνε ένα συμβατικό (ηλεκτρικό) θερμοσίφωνο. Αυτή η ποσότητα ενέργειας αντιστοιχεί σε τουλάχιστον 70% των ετήσιων αναγκών μιας τετραμελούς οικογένειας σε ΖΝΧ. Στη διάρκεια ζωής του ηλιακού συστήματος ο χρήστης όχι μόνο παίρνει πίσω τα χρήματά του αλλά έχει και σημαντικό οικονομικό όφελος.

Η ηλιακή θέρμανση χώρων είναι ένα σύστημα ηλιακών συλλεκτών με σκοπό να εκμεταλλευτεί τη δύναμη του ήλιου για να διατηρήσει τους εσωτερικούς χώρους του κτιρίου σε μια σταθερή ζεστή ατμόσφαιρα. Γενικά τα συστήματα αυτά αποτελούνται από:

• το κύκλωμα των ηλιακών συλλεκτών
• τα θερμοδοχεία – boiler (αποθήκες θερμικής ενέργειας)
• ένα σύστημα βοηθητικής θέρμανσης (υποβοήθηση των ηλιακών)

Οι ηλιακοί συλλέκτες τοποθετούνται στην οροφή-σκεπή του κτιρίου και συνδέονται με ένα δίκτυο σωλήνων που παρέχει ζεστό νερό. Το ζεστό νερό αποθηκεύεται σε ένα ειδικό θερμοδοχείο (boiler) και κατόπιν με τη βοήθεια μιας αντλίας (κυκλοφορητή) κυκλοφορεί μέσω σωλήνων στο κτίριο όπου μεταδίδει τη θερμότητά του σε όλους τους χώρους. Είναι επίσης σημαντικό να αναφέρουμε ότι τα ηλιοθερμικά συστήματα παραγωγής θέρμανσης χώρων συνδυάζονται καλύτερα με συστήματα διανομής της θερμικής ενέργειας χαμηλών θερμοκρασιών (Fan coils, ενδοδαπέδια), επειδή το νερό θερμαίνεται ευκολότερα και με καλύτερη απόδοση σε θερμοκρασίες 45-60οC παρά σε θερμοκρασίες 70-90οC (που απαιτούν τα θερμαντικά σώματα καλοριφέρ). Έτσι, με σκοπό την υποβοήθηση των ηλιακών, η (ενεργειακά) καλύτερη βοηθητική πηγή θέρμανσης είναι μια αντλία θερμότητας ή ένας λέβητας βιομάζας ή ακόμα και ένα ενεργειακό τζάκι. Ο βαθμός συνεισφοράς των ηλιοθερμικών και κατ επέκταση μείωσης της χρήσης καυσίμων, εξαρτάται από τις κλιματολογικές συνθήκες, το υψόμετρο, τη γεωγραφική θέση, το μέγεθος της εγκατάστασης και άλλους παράγοντες. Η ηλιακή ΘΧ εφόσον συνδέεται με ενδοδαπέδια θέρμανση μπορεί να εξασφαλίσει οικονομία καυσίμου από 60% έως 80% ενώ με απλό καλοριφέρ (με μειωμένη απόδοση συλλεκτών) μπορεί να εξασφαλίσει οικονομία καυσίμου από 35% έως 45%. Σε δίκτυο fan coils, η ηλιακή θέρμανση μπορεί να καλύψει τις ανάγκες θέρμανσης χώρων μέχρι 100%. Μία τυπική οικιακή εγκατάσταση ΘΧ (20m2) εξοικονομεί ετησίως περίπου 11500 kWh ενέργειας συμβατικού ορυκτού καυσίμου που θα κατανάλωνε ένα συμβατικό σύστημα ΘΧ.

Για την επίτευξη της κάλυψης του 40-60% του θερμικού φορτίου, με βάση τη μέση ηλιοφάνεια στην Ελλάδα και τη μέση απαιτούμενη ενέργεια θέρμανσης των κτιρίων, η επιφάνεια των συλλεκτών ηλιακής ενέργειας θα πρέπει να αντιστοιχεί στο 20% της επιφάνειας του θερμαινόμενου χώρου, ενώ ο απαιτούμενος όγκος αποθήκευσης είναι περίπου δεκαπλάσιος, υπολογισμένος σε λίτρα. Για μία οικία δηλαδή 100 τ.μ.,απαιτούνται 20 τ.μ. επίπεδων συλλεκτών και 1000 λ. δοχείων αποθήκευσης ζεστού νερού (περίπου 200 λ. για το ζεστό νερό χρήσης και 800 λ. για το νερό θέρμανσης). Σε περίπτωση δώματος, η απαιτούμενη διαθέσιμη επιφάνεια θα πρέπει να είναι περίπου 1,5 φορά της επιφάνειας των συλλεκτών, δηλαδή περίπου 30 τ.μ., ενώ για την εγκατάσταση των δοχείων αποθήκευσης απαιτούνται περίπου 3-4 τ.μ..

Τα βασικά πλεονεκτήματα των ηλιοθερμικών συστημάτων είναι τα εξής:

• Εξοικονόμηση καυσίμου
• Γρήγορη απόσβεση της επένδυσης
• Μειωμένη συντήρηση
• Μείωση ρύπων
• Αισθητικό αποτέλεσμα
• Δεν καταργείται το υπάρχον σύστημα θέρμανσης
• Πολύ μικρές επεμβάσεις στις υφιστάμενες κατοικίες

Ένα ακόμα πλεονέκτημα ενός τέτοιου συστήματος είναι ότι, το μέγεθός του (και κατά συνέπεια το κόστος του) μπορεί να είναι προσαρμοσμένο στις απαιτήσεις του χρήστη και να μεταβάλλεται εύκολα. Για παράδειγμα, μπορεί να τοποθετηθεί αρχικά ένα σύστημα που να αναλαμβάνει κατά 30% το φορτίο της θέρμανσης και μετά από ένα χρόνο να επεκταθεί, με τοποθέτηση επιπλέον ηλιακών συλλεκτών, έτσι ώστε να καλύπτει το 60% της θέρμανσης. Ιδιαίτερα σε περίπτωση εγκατάστασης ηλιοθερμικών σε νεοανεγειρόμενο κτήριο, η εξοικονόμηση χρημάτων είναι μεγαλύτερη: Επειδή ένα ποσοστό της θερμικής ισχύος που χρειάζεται το αναλαμβάνει το ηλιοθερμικό σύστημα, το μέγεθος του συμβατικού εξοπλισμού (λέβητας και καυστήρας) που απαιτείται να εγκατασταθεί είναι μικρότερο. Ένα μέρος δηλαδή των χρημάτων που επενδύονται για την ηλιοθερμία, εξοικονομούνται από την πρώτη μέρα, κατά την αγορά του βασικού εξοπλισμού. Για παράδειγμα, μπορεί να προτιμηθεί η αγορά λέβητα ισχύος 20 ΚW αντί για 50 ΚW, εάν κατά την αρχική εγκατάσταση (νεοανεγειρόμενη οικοδομή) εγκατασταθεί και ηλιοθερμικό σύστημα με συμμετοχή 60%.