Für die Nutzung der Solarenergie zur Warmwasserbereitung ergeben sich recht günstige Voraussetzungen, da hier der Bedarf eines Haushaltes über das Jahr annähernd konstant ist. Es besteht dadurch zumindest im Sommerhalbjahr eine Übereinstimmung zwischen Energiebedarf und solarem Energieangebot. 

Solaranlagen zur Warmwasserbereitung zeichnen sich durch einen einfachen Aufbau aus und sind technisch ausgereift. Für die unterschiedlichen Anforderungen steht eine breite Palette von Anlagenkonzepten bereit.

Zur Funktionsweise: Das Herzstück einer thermischen Solaranlage ist der Kollektor. Die verschiedenen angebotenen Bauformen haben als wichtigstes Element die mit einer speziellen Beschichtung versehenen Absorber gemein, die zur einer bestmöglichen Absorption der einfallenden Solarstrahlen und ihrer Umwandlung in Wärme dienen.

Der Absorber wird von einer Wärmeträgerflüssigkeit (Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel) durchströmt, welche die anfallende Wärme aufnimmt und über einen geschlossenen Rohrkreislauf von den Kollektoren in den wassergefüllten Speicher transportiert. Die Abgabe der Wärme an das Speicherwasser erfolgt über Wärmetauscher, die oft als mehrfach gewundene Spiralen aus geriffeltem Kupferrohr ausgelegt sind. Der Speicher ist bei Anlagen zur Brauchwassererwärmung unverzichtbar, da er eine Pufferung der Solarwärme ermöglicht. Warmes Wasser kann somit auch dann entnommen werden, wenn unzureichend Solarenergie anfällt, wie in den Abend- und Morgenstunden oder an bewölkten Tagen.

Thermische Solaranlagen werden über einen Solarregler in Betrieb genommen. Sobald die Temperatur am Kollektor die Temperatur im Speicher um eine eingestellte Temperaturdifferenz übersteigt, schaltet der Regler die Solarkreispumpe ein.
Die konventionelle Heizung gewährleistet über den Ladekreis, dass auch dann ausreichend warmes Wasser zur Verfügung steht, wenn die Solaranlage keine oder zu wenig Nutzenergie liefert.

Mit einer richtig dimensionierten Anlage kann man jährlich 55 bis 70 % des Warmwasserbedarfs mit Solarenergie decken. Im Sommer kann meistens der gesamte Bedarf über die Solaranlage bereitgestellt werden. Dann kann die konventionelle Heizanlage abgeschaltet werden. Das ist besonders vorteilhaft, weil der Heizkessel in diesem Zeitraum wegen des wegfallenden Raumheizbedarfs nur mit niedrigem Nutzungsgrad arbeitet.

Man kann die angebotene Solarenergie noch besser nutzen, wenn anstatt der herkömmlichen Geräte Waschmaschine und Geschirrspüler mit Warmwasseranschluss zum Einsatz kommen.

Zur Auslegung der Solaranlage bestimmt man anhand des nutzerabhängigen Warmwasserbedarfs und unter Berücksichtigung der gegebenen Dachausrichtung die benötigte Kollektorfläche und das Volumen des Solarspeichers. Bei kleineren Solaranlagen für Ein- oder Zweifamilienhäuser wird dabei oft auf Faustformeln zurückgegriffen, die auf langjährigen Erfahrungen mit dieser Technik beruhen. So kann man bei der Verwendung von Flachkollektoren und Anbringung auf dem Süddach pro Person von 1-1,5 m² Kollektorfläche und einem Speichervolumen von 50-70 Litern ausgehen. Damit ergibt sich für einen 4-Personen-Haushalt eine Standardgröße von 4 bis 6 m² Kollektorfläche und 200 bis 300 Litern Speichervolumen.

Ergänzung zur Heizungsunterstützung

Soll die Solaranlage auch zur Heizungsunterstützung genutzt werden, so kann im einfachsten Fall durch den Einsatz eines speziellen Solarreglers die eventuell in der Heizperiode noch anfallende Überschusswärme in den Heizkreis umgeleitet werden. Nennenswerte Energiegewinne sind allerdings nur dann zu erwarten, wenn es sich beim Heizsystem um eine großflächige Niedertemperaturheizung mit Rücklauftemperaturen nicht über 30 °C handelt (Fußbodenheizung). Da der größte Heizwärmebedarf gerade dann anfällt, wenn das Solarenergieangebot am geringsten ist, überschreitet der solare Beitrag solcher Systeme jedoch kaum 5% des jährlichen Heizenergiebedarfs.

Soll der solare Deckungsgrad zur Raumheizung höher ausfallen, so müssen Kollektorfläche und Speichervolumen deutlich vergrößert werden. Für eine realistische Dimensionierung müssen Kenntnisse zu den Dämmwerten des Hauses und der Auslegung der konventionellen Heizung einbezogen werden. Eine technisch wie wirtschaftlich sinnvolle Anlagenplanung ist aufwändig und kann nur durch einen Fachplaner erfolgen. Voraussetzung ist ein niedriger Heizwärmebedarf (Niedrigenergiebauweise oder Passivhaus) des Gebäudes. Die Kombination mit einer Holzheizung kann sehr vorteilhaft sein und wird in Thüringen auch finanziell besonders gefördert: Während solarthermische Anlagen vom Bund mit 110 EUR pro Quadratmeter Kollektorfläche bezuschusst werden, zahlt der Freistaat weitere 1.000 EUR Zuschuss auf kombinierte Solathermie-Holzheizungen.

Anzuraten ist die Einbindung einer solarthermischen Heizung in ein schlüssiges Energiekonzept, welches am besten schon vor dem Bau des Gebäudes erstellt wird.