Vakuuminių stiklo kolbų paviršiaus sugeria daugiau nei 93% saulės spinduliuose esančios energijos. Saulės energija paverčiama į šilumą ir vakuumo pagalba karštis užrakinamas vakuuminės stiklo kolbos viduje.
Vakuuminėse kolbose užrakinta energija sukoncentruojama į kolbų viduje patalpintus varinius šiluminius vamzdelius („heat-pipe“). Varinių šiluminių vamzdelių („heat-pipe“) viduje esantis terpės skystis įkaista iki 200°C ir garų pavidalu kyla į šiluminio vamzdelio kondensatoriaus galvutę, kuri netiesioginio kontakto būdu (per vario kišenę) šilumą efektyviai perduoda į viršuje esantį šilumokaitį, per kurį atskiru ciklu cirkuliuoja neužsąlantis skystis (šiluminio vamzdelio viduje ir šilumokaityje esantys skysčiai tarpusavyje nesimaišo). Tuomet atidavus šilumą į šilumokaitį, atvėsę garai šiluminiame vamzdelyje virsta skysčiu ir grįžta į šiluminio vamzdelio apačią, kad pradėtų ciklą iš naujo.
Šilumokaičiu cirkuliuoja neužšąlantis skystis, kuris galiausiai šilumą transportuoja į namuose įrengtą akumuliacinę vandens talpą. Esant pakankamam saulės spindulių kiekiui, šilumokaičiu cirkuliuojantis neužsąlantis skystis gali būti įkaitinamas net iki 100-160°C.
Saulės kolektoriaus rėmo konstrukcija yra universali, todėl įrenginį galima montuoti tiek ant žemės, tiek ir ant stogo (horizontalaus arba šlaitinio). Taip pat, sumontavus papildomą rėmą, galima montuoti ir ant vertikalaus paviršiaus (sienos). Įrenginio sumontavimo aukštis veikimui įtakos neturi.
Norint išlaikyti aukštą saulės kolektoriaus efektyvumą, įrenginį reikia statyti ten, kur būtų naudojami kuo trumpesni pajungimo vamzdžiai. Vamzdžiai, kuriais transportuojama šilumos energija į namuose esančią akumuliacinę talpą, turi būti gerai izoliuoti – patariame naudoti specialius lanksčius gofruotus nerūdijančio plieno vamzdžius su izoliaciniu apvalkalu. Taip pat tinka variniai arba kitokie metaliniai vamzdžiai su aukštos kokybės termoizoliaciniu apvalkalu – paprasti daugiasluoksniai vamzdžiai netinka dėl pasiekiamų aukštų temperatūrų (šilumą pernešantis skystis gali įkaisti iki 100-160°C).
Saulės kolektorius neturi integruotos vandens talpos, todėl visą sugeneruotą šilumą būtina transportuoti į nuotolinę vandens talpą. Šilumos transportavimas vykdomas per cirkuliaciją elektriniu siurbliu.
Galimi įvairūs saulės kolektoriaus pajungimo ir panaudojimo būdai, tačiau dažniausiai įrenginys yra prijungiamas prie akumuliacinės talpos/boilerio su šilumokaičiu, o cirkuliacijai užtikrinti yra naudojama darbo stotelė, kuri yra sudaryta iš elektroninio valdiklio ir integruoto cirkuliacinio siurblio. Visa sistema užpildoma neužšąlančiu skysčiu (techninis skystis) tam, kad įrenginį būtų galima naudoti ir žiemą. Techninis skystis, skirtas šilumos pernešimui, ir vanduo akumuliacinėje talpoje/boileryje tarpusavyje nesimaišo.
Valdiklis gauna temperatūros rodmenis iš dviejų jutiklių, kurie yra įmontuoti vandens talpoje (T1) ir saulės kolektoriuje (T2). Kuomet saulės kolektorius generuoja didesnę šilumą nei vandens temperatūra talpoje/boileryje (T2 > T1), tuomet valdiklis įjungia cirkuliacinį siurblį ir pradeda šilumos pernešimą iš saulės kolektoriaus į vandens talpą. Ir atvirkščiai – cirkuliacinis siurblys yra išjungiamas iškart, kai kolektorius pradeda generuoti žemesnę šilumą nei vandens talpoje (T2 < T1) – taip sukaupta šiluma nėra išnešama atgal ir lieka vandens talpoje. Žemiau pateikiamas pajungimo pavyzdys.
Laikotarpiu nuo kovo iki spalio, kai yra pakankamai saulėtų valandų, tinkamai sumontuotas saulės kolektorius nuotolinėje talpoje esantį vandenį, priklausomai nuo sumontavimo vietos, vandens vartojimo įpročių ir gamtinių sąlygų, dienos pabaigoje turi pašildyti vidutiniškai iki 45-90°C. Įrenginys veikia energijos kaupimo principu, o vandens temperatūra yra kelių dienų veikimo ciklo rezultatas:
Vandens temperatūra = vandens temperatūra dienos pabaigoje vakar – (minus) šilumos nuostoliai per naktį – (minus) vandens suvartojimas šiandien + (plius) šiandien sukaupta energija iš saulės.
Galutinė vandens temperatūra dienos pabaigoje priklauso nuo šių pagrindinių veiksnių:
1) Kiek laiko vakuuminės stiklo kolbos apšviečiamos tiesioginiais saulės spinduliais – kuo daugiau valandų saulei netrukdo debesys ir šešėliai nuo medžių ar pastatų, tuo aukštesnė vandens temperatūra pasiekiama dienos pabaigoje (pakankamam energijos kiekiui sugeneruoti reikia mažiausiai 6-8 valandų tiesioginės saulės šviesos per parą).
2) Kokia buvo pradinė vandens temperatūra ryte – kuo aukštesnė vandens temperatūra dienos pradžioje, tuo aukštesnė bus dienos pabaigoje, nes įrenginys veikia energijos kaupimo principu.
3) Kiek vandens ir buvo sunaudota dienos eigoje – kuo daugiau vandens sunaudojama dienos eigoje, tuo mažesnis temperatūros padidėjimas bus dienos pabaigoje. Jeigu per parą sunaudojamas visas ar didžioji dalis vandens (arba šiluminė energija suvartojama šildyti gyvatukams ar radiatoriams), saulės kolektorius nuolat iš naujo šildys vandentiekio temperatūros vandenį (10-15°C), kurį net ir esant geram saulėtumui per dieną pajėgs pakelti ne daugiau kaip iki 30-50°C. Ir atvirkščiai, jeigu vandens suvartojimas ypač mažas, esant dideliam saulės aktyvumui per kelias dienas temperatūra laipsniškai didės ir vanduo gali pasiekti 90°C ir net užvirti. Todėl būtina pasirinkti tinkamo dydžio įrenginį, kad jis atitiktų energijos suvartojimo poreikį – kad įrenginys nebūtų nei per mažas, nei per didelis.
4) Kokia vandentiekio vandens temperatūra – kuo šaltesnis vandentiekio vanduo atskiedžia talpoje esantį karštą vandenį, tuo mažesnis temperatūros padidėjimas pasiekiamas dienos pabaigoje.
5) Koks metų laikas – saulės kolektoriai yra efektyvūs vidutiniškai nuo kovo vidurio iki spalio pradžios, tačiau dėl skirtingo saulės aktyvumo pasiekiamos temperatūros birželį ir liepą bus aukštesnės nei balandžio ir rugsėjo mėnesiais (net ir surenkant tą patį saulėtų valandų skaičių).
6) Kaip gerai įrengta cirkuliacinė sistema – kuo trumpesnė ir kuo geriau izoliuota šilumnešio skysčio cirkuliacinė trasa, tuo mažesni šilumos nuostoliai ir tuo daugiau šilumos bus perduota į akumuliacinę talpą. Ir atvirkščiai, ilga ir prastai izoliuota cirkuliacinė trasa iš saulės kolektoriaus į akumuliacinę talpą perneš mažiau šiluminės energijos.
Saulės kolektorius veikia ir žiemą. Įrenginys neturi išorinės vandens talpos, kuri gali užšalti, todėl gali veikti ištisus metus – su sąlyga, jeigu šilumokaičio sistema užpildyta neužšąlančiu skysčiu, o vamzdžiai, kurias transportuojama šiluma, yra gerai izoliuoti.
Pastaba. Priklausomai nuo pasirinktos modifikacijos, įrenginio dydis (kolbų skaičius) ir spalva gali skirtis nuo paveiksle pavaizduoto įrenginio.
