thumb|280px|Calentador solar de tubos de vacío. Una tecnología más popular en España en 2019
El agua caliente solar o más propiamente agua calentada por sistemas solares, se refiere al calentamiento del agua caliente sanitaria (ACS) utilizando la energía solar por diversos métodos. El principal dispositivo usado para tal fin es el colector o termotanque solar. Este artículo se centra en colectores de baja temperatura, es decir que rondan como máximo los 100 grados. Esto los hace aptos para uso humano. Existen también colectores de alta temperatura que se utilizan para la producción de energía eléctrica por vapor. El agua en estos casos supera los 500 grados. Historia Los registros de colectores solares en los Estados Unidos datan de antes de 1900,Solar Evolution – La historia de la energía solar , John Perlin, California Solar Center involucrando un tanque pintado de negro montado en un techo. En 1896, Clarence Kemp de Baltimore encerró un tanque en una caja de madera, creando así el primer 'calentador de agua por lotes', como se les conoce hoy. Frank Shuman construyó la primera central térmica solar del mundo en Maadi, Egipto, utilizando trough parabólico para alimentar un motor de que bombeaba de agua por minuto desde el Nilo hasta los campos de algodón adyacentes.
Los colectores de placa plana para calentamiento solar de agua se utilizaron en Florida y el sur de California en la década de 1920. El interés creció en América del Norte después de 1960, pero especialmente después de la crisis del petróleo de 1973.
La energía solar se utiliza en Australia, Canadá, China, Alemania, India, Israel, Japón, Portugal, Rumania, España, el Reino Unido y los Estados Unidos.
Mediterráneo thumb|Calentadores de agua solares pasivos (termosifón) en una azotea en Jerusalén
Israel, Chipre y Grecia son líderes per cápita en el uso de sistemas de calentamiento de agua solares que brindan apoyo al 30%–40% de los hogares.
Los sistemas solares de placa plana fueron perfeccionados y utilizados a gran escala en Israel. En la década de 1950, la escasez de combustible llevó al gobierno a prohibir el calentamiento de agua entre las 10 p. m. y las 6 a. m. Levi Yissar construyó el primer prototipo de calentador solar de agua israelí y en 1953 fundó la compañía NerYah, el primer fabricante comercial de calentadores solares de agua en Israel. Para 1967, el 20% de la población utilizaba calentadores solares de agua. Después de la crisis energética en la década de 1970, en 1980 Israel requirió la instalación de calentadores solares de agua en todas las viviendas nuevas (excepto en torres altas con área de techo insuficiente). Como resultado, Israel se convirtió en el líder mundial en el uso de energía solar per cápita, con un 85% de los hogares utilizando sistemas de energía solar térmica (el 3% del consumo nacional de energía primaria), se estima que ahorra al país 2 millones de barriles (320 000 m) de petróleo al año.Sección israelí de la Sociedad Internacional de Energía Solar, editado por Gershon Grossman, Facultad de Energía Mecánica, Technion, Haifa; Versión final.
En 2005, España se convirtió en el primer país del mundo en requerir la instalación de generación de electricidad fotovoltaica en nuevos edificios y el segundo (después de Israel) en requerir la instalación de sistemas de calentamiento de agua solares en 2006. Asia thumb|Nuevas instalaciones de agua caliente solar durante 2009, en todo el mundo Después de 1960, los sistemas fueron comercializados en Japón.
Australia cuenta con una variedad de regulaciones nacionales y estatales para la energía solar térmica, comenzando con MRET en 1997.Israel del Mundo e Ian Wills (2005) La Economía del Objetivo Obligatorio de Energía Renovable (MRET), Departamento de Economía, Universidad Monash, Australia.
Los sistemas de calentamiento de agua solar son populares en China, donde los modelos básicos comienzan alrededor de 1,500 yuanes (US$235), aproximadamente un 80% menos que en los países occidentales para un tamaño de colector dado. Al menos 30 millones de hogares chinos tienen uno. La popularidad se debe a los tubos evacuados eficientes que permiten que los calentadores funcionen incluso bajo cielos grises y a temperaturas muy por debajo del punto de congelación.China, ávida de energía, se calienta a los calentadores solares de agua analiza el China Himin Solar Energy Group en Dezhou. Artículo de Reuters, publicado en el sitio Planet Ark
Principios básicos La energía solar que llega a la superficie de la Tierra no es constante a lo largo del año. Los días invernales son más cortos (menos horas de sol) y además, los colectores pierden rendimiento cuanto más frío sea el ambiente en el que están. También, cuando se trata de calentar agua para usos sanitarios, la que viene de la red está más fría en invierno, luego se exige mayor energía para calentarla en esta época. De lo que se deduce que en verano la misma instalación es capaz de calentar un volumen de agua mucho mayor que en invierno. Sin embargo, las costumbres de la gente respecto a su higiene (considerando que vivan en casas con un razonable sistema de calefacción) varían muy poco a lo largo del año, sin contar que, cuando se tiene un medio de calentamiento tan económico como el solar, lavadora y lavavajillas deben tener doble toma de agua, caliente y fría, y esos usos tampoco varían a lo largo del año. thumb|200px|Colector con tubos de vidrio al vacío.
Eso quiere decir que una instalación no puede, económicamente, pretender obtener toda la energía que necesita del sol, puesto que si es suficiente en invierno, en verano será excesiva, el agua acumulada se calentará a temperaturas no deseables, hasta llegar a hervir, con muchas posibilidades de que reviente el depósito acumulador. Para evitarlo habría que abrir el agua caliente dejando entrar agua fría en el depósito, provocando un gasto inútil de agua que no es admisible actualmente (y menos en verano, habitualmente época seca), o instalar dispositivos para enfriar el agua.
Por las mismas razones, la variación de la energía recibida, no solo a lo largo del año, sino a lo largo del día, la preparación de ACS solar ha de hacerse mediante acumulación, para utilizar el agua producida a ciertas horas, en cualquier momento del día o de la noche.
La mayoría de las normativas nacionales exigen que se dimensione la acumulación y la captación para un consumo razonable en verano,CTE, Documento Básico HE4, en el que se dispone que la energía captada no superará el 110% de la necesaria en el mes más cálido, ni el 100% de la necesaria en los tres meses más cálidos y que se disponga un sistema auxiliar de recalentamiento cuando la instalación solar no sea capaz de calentar el volumen acumulado hasta la temperatura de acumulación necesaria.
Una cuestión que tiene su importancia es que el consumo de agua caliente debe de hacerse en condiciones relativamente constantes, en cuanto a volúmenes consumidos diariamente. Por ejemplo, un sistema de calentamiento solar en una casa usada solo en los fines de semana, funcionará muy mal, porque mientras no se consuma ACS, los días de diario, el agua acumulada se seguirá calentando con las consecuencias indeseables antes dichas. Sin embargo, en una casa de vecinos, en una instalación centralizada, rara será la vez que esté vacía por completo y sin ningún consumo. Es decir, cuanto mayor número de viviendas alimente la instalación, mayores probabilidades hay de que funcione bien.
thumb|250px|left|Colectores en la cubierta de un edificio. Disposición de los colectores Los colectores deben de estar orientados al sur (al norte en el hemisferio sur) cuidando, en lo posible, de que el sol, en su recorrido durante todo el año, no arroje sobre ellos sombras de los edificios colindantes o de los componentes del propio edificio (cajas de escalera, petos de terraza, ...). Se dispondrán formando con la horizontal un ángulo igual a la latitud del lugar, de modo que en los equinoccios, al mediodía, la radiación solar incida perpendicularmente. Con esta posición, la captación a lo largo del año será más o menos la máxima. Puede convenir disminuir la captación en verano y aumentarla en invierno, inclinando el colector más hacia la vertical (se admiten desviaciones de ±10°), pero perdiendo captación a lo largo del año.
Sistemas de calentamiento Hay varios sistemas de conseguir calentar el agua por el sol, aunque la mayoría se basan en la utilización de colectores solares planos.
Instalación con colectores y acumulación independiente thumb|300px|Esquema de funcionamiento de un sistema de ACS solar. Se utilizan colectores solares planos y a veces otros tipos, como el de tubos de vacío, aunque los planos suelen ser bastante más baratos debido a que se fabrican en grandes series. Los colectores se conectan a un depósito acumuladorVer tipos de acumuladores de ACS que, como media, tendría la capacidad de agua necesaria para un día de uso (entre unos 22...30 L/día por posible habitante del edificio y a 60 °C de temperatura).
La conexión de los colectores se hace, normalmente, con un circuito específico (circuito primario), que recorre un caloportador, y va a un intercambiador en el depósito acumulador. Este circuito independiente tiene dos importantes ventajas: por un lado, si en la zona hay posibilidad de heladas invernales, en el circuito de colectores se puede poner un anticongelante (del tipo utilizado en los radiadores de los automóviles), y por otro lado, se protege a los colectores de las impurezas que puedan traer las aguas de la red, muy especialmente cuando se trata de aguas duras, con gran cantidad de sales disueltas, que precipitarían allí donde se calienta el agua, precisamente en los serpentines de los colectores, formando una capa aislante térmica que reduce el rendimiento, y puede llegar a obturar los conductos; cuando en el circuito primario no se cambia el agua, una vez depositada la limitada cantidad de sales que pueda llevar no volverá a haber problema; incluso se puede llenar el circuito con agua blanda, sin sales.
La regulación del funcionamiento del circuito primario se hace mediante un aparato llamado termostato diferencial. Consta de una centralita electrónica y de dos sondas térmicas; las sondas se sitúan, una a la salida de los colectores y otra en el depósito acumulador, y envían la medida de las temperaturas de cada uno de esos puntos a la centralita que las compara: cuando la temperatura de los colectores es superior a la del depósito, pone en marcha la bomba de recirculación, en caso contrario, la para. En lugares poco fríos, en que las heladas son raras, el termostato diferencial puede poner en marcha la bomba cuando la sonda de los colectores registra temperaturas iguales o inferiores a 4 °C, calentando los colectores con el agua acumulada y se evita poner anticongelante, que es caro; no es conveniente usar esta posibilidad en lugares de heladas frecuentes pues puede enfriarse demasiado el agua acumulada y helarse los colectores.