حتى وقت قريب، كانت غالبية سخانات الماء الشمسية في العالم الغربي تستخدم المجمعات الحرارية ذات الألواح المسطحة على نحو مشابه لنظام «داي آند نايت» (ارجع إلى الشكل 28-1) وألواح البيت الأبيض الشمسية ارجع إلى الشكل (301)، لكن هذا التركيب غير مناسب إلى حد بعيد لعملية الإنتاج على نطاق واسع. فهو يستخدم قدرًا كبيرًا من النحاس وهذا عامل رئيسي لتراجعه أثناء الحرب العالمية الثانية ،وبعدها، كما أن فقدان الحرارة نتيجة للتوصيل الحراري عبر النافذة الزجاجية واللوح الخلفي هائل، ووجود العديد من الأجزاء المعدنية المكشوفة يقلل من عمره. أما المجمع الحراري ذو الأنبوب الفارغ، الذي اخترعه المهندس الأمريكي وليم إل آر إيميت في عام 1911 (براءة اختراع أمريكية

شکل 1 معدلات التركيب العالمي لسخانات الماء الشمسية على مستوى العالم، يزيد معدل تركيب سخانات الماء الشمسية على نحو سريع، وأغلب النمو يحدث في الصين. المصدر: تقرير الوضع العالمي لمصادر الطاقة المتجددة» تحديث 2009

62رقم: 980505)، فله خواص رائعة، لكنه لعقود عديدة، كان غالي الثمن ومعقدًا في إنتاجه. وفي أوائل ثمانينيات القرن العشرين، حدث تحسين كبير فيه. وابتكر في النهاية سخان ماء شمسي بسيط وكفء للغاية ووصل لأقصى مراحل التطور؛ انظر الشكل 2

شکل 2 سخان ماء شمسي ذو أنبوب مفرغ. (أ) مخطط لسخان ماء شمسي ذي أنبوب مفرغ كل مجمع حراري به أنبوب زجاجي مزدوج الجدار. ويعمل النظام تلقائيا بمقتضى مبدأ الحمل الحراري الطبيعي. (ب) صورة فوتوغرافية للنظام.

يعرض الشكل 2  تصميم سخان الماء الشمسي ذي الأنبوب المفرغ. يشتمل كل مجمع حراري على أنبوب زجاجي مزدوج الجدار. والمساحة فيما بين الأنبوب الخارجي والأنبوب الداخلي مفرغة إلى درجة عالية، على نحو مماثل لما يحدث في أي تُرمس. وعلى السطح الخارجي للأنبوب الداخلي، يُوضع غشاء لديه القدرة على الامتصاص الانتقائي. وبالنسبة لضوء الشمس الذي يكون في الغالب قريبا من نطاق الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء، فإن معامل الامتصاص يصل إلى نحو 95 بالمائة. وبالنسبة لإشعاع الضوء تحت الأحمر البعيد الناتج عن الماء الساخن (من 80 إلى 100 درجة مئوية)، يصل معامل الانبعاث إلى نحو 5 بالمائة. وتمنع الجلبة الفراغية على نحو تام التوصيل الحراري. ويعمل النظام بالكامل تلقائيا بمقتضى مبدأ الجمل الحراري الطبيعي، فيتدفق الماء المسخن من خلال ضوء الشمس الذي يقل وزنه النوعي لأعلى للخزان المعزول. وبالمثل، يتدفق الماء البارد لأسفل من الخزان إلى أنابيب المجمعات الحرارية. تظهر صورة فوتوغرافية لهذا النظام في الشكل 321). بوجه عام، يُستخدم من 10 إلى 40 أنبوبا مفرغا في النظام الواحد. يُعزل خزان الماء بالبولي يوريثان فوم، وتقل فقط درجة حرارة الماء بضع درجات أثناء الليل؛ لذا فإن هذا النظام يمكنه توفير ماء ساخن ليلا ونهارًا.

يسهل التصميم أيضًا من عمليتي الشحن والتخزين، فتُشحن الأنابيب والخزان وأجزاء الهيكل في ثلاثة صناديق كرتونية منفصلة مستطيلة الشكل. ثم يُجمع النظام في مكان التركيب.

ونظرا لأن الأنابيب المفرغة مصنوعة من زجاج البوروسيليكات (البايركس)، فإن الغشاء الذي لديه القدرة على الامتصاص الانتقائي يخضع لدرجة تفريغ عالية، وعادة ما يُصنع الخزان من صُلب مقاوم للصدأ ذي جودة عالية. وما لم يتعرض النظام للكسر بسبب التعامل العنيف معه فيمكن أن يعيش لعدة عقود بالإضافة إلى ذلك، هذه الأجزاء مناسبة للإنتاج الآلي على نطاق واسع. وحاليًّا، يُصنع نحو 200 مليون أنبوب مفرغ ونحو 10 ملايين خزان ماء معزول كل عام. تمنح السوق الضخمة مزايا فيما يتعلق بالتكلفة من خلال وفورات الحجم. فمتوسط التي يتكبدها المنتج عن كل وحدة ينخفض مع زيادة حجم الإنتاج. ونظرًا لجهود الأتمتة الحثيثة، فإن تكلفة تصنيع الأنابيب المفرغة تقل لتصل إلى بضعة دولارات عن الأنبوب الواحد، وهو أمر لم يكن من الممكن تخيله منذ بضعة عقود مضت. ويزيد انخفاض سعر سخانات الماء الشمسية من حجم السوق، كما أن اتساع السوق يساعد أكثر في تحسين عملية التصنيع؛ ونتيجة لذلك فإن مجال سخانات الماء الشمسية في الصين مجال مستدام التكلفة

من دون حوافز مالية من جانب الحكومة».