Ma már tudjuk, hogy a Földön az életet a Nap melege, a Nap sugárzása teszi lehetővé. A napkollektor egy olyan eszköz, amely által közvetlenül vagy közvetve hasznosítható a a napenergia. A napkollektor a felületére érkező napsugárzásnak csak egy részét alakítja át hasznos hőenergiává. Hasznosított hőenergiának, aminek az átlagértéke 20-80% körül mozog, azt nevezzük, amit a hőhordozó közeggel elvezetünk a napkollektorból.
A napkollektorok hatásfokát az alábbi, nemzetközi szabványok által elfogadott összefüggés szerint szokás megadni:
η = η0 – a1 ΔT / G – a2 (ΔT) 2/G
Ahol:
η: a napkollektor hatásfoka
η0: a napkollektor optikai hatásfoka,
a1: az elsőfokú hőveszteségi együttható,
a2: a másodfokú hőveszteségi együttható,
ΔT: hőmérsékletkülönbség ΔT = (tkollektor - tlevegő)
tkollektor: napkollektor közepes hőmérséklete tkollektor= (tki + tbe)/2
tki: a napkollektorból kilépő közeg hőmérséklete,
tbe: a napkollektorba belépő közeg hőmérséklete,
tlevegő: a környezeti levegő hőmérséklete,
G: a napkollektor felületére érkező globális napsugárzás
A hatásfok fenti képlete egy másodfokú görbe egyenlete, melynek matematikai formátuma:
y = b0 + b1 *x + b2 *x²
Ahol:
b0 = η0
b1 = -a1
b2 = -a2 *G
x = ΔT/ G
A hatásfokgörbét az x = ΔT/ G {°Cm²/W} független változó függvényében szokás ábrázolni, az alábbi képlet szerint:
η = η0 - a1*x - a2*G*x2
A napkollektor hatásfokát a hasznosított hőmennyiség és a napkollektor hasznos felületére napsugárzás útján érkező hőmennyiség hányadosa határozza meg:
napkollektor hatásfoka = hasznosított hőmennyiség / napkollektor-felületre érkező hőmennyiség
Síkcsöves napkollektorok esetén síkkollektorok bruttó felületét éri a napsugárzás, ami a szegéllyel, az abszorber és a ház közötti légrés mérettel nagyobb, mint az elnyelő felület. Ezen kívül számolni kell még a napsugárzás visszaverődéséből adódó veszteséggel. A síkkollektorokban optikailag hasznosítható napsugárzás az abszorberen nyelődik el. Síkkollektorok esetén az optikai hatásfok 70% felett van (egyes típusoknál elérheti a 80%-ot is).
A vákuumcsöves napkollektorok abszorber felületét a belső cső falán lévő fekete bevonat napsugárzás felé néző felülete jelenti. A jobb felületkihasználás érdekében sokszor alkalmaznak a csövek mögé helyezett reflexiós lemezeket. Jelentős veszteség keletkezik a cső falán eltérülő napsugarak miatt. A csövek egymás mellett viszonylag nagy távolságban helyezkednek el, ebből adódóan a vákuumcsöves napkollektorok optikai hatásfoka gyártótól függően 50-70% között változó.
A hatásfokot befolyásoló másik tényező a hőveszteség. Síkkollektorok esetén hő veszteség keletkezik az üvegfelületen, illetve a ház és az abszorberfelület közötti szigetelésen keresztül.
Vákuumcsöves napkollektorok esetén a veszteség lényegesen kisebb (légüres térben nincs hőszállító közeg).
A napkollektorok hatásfoka tehát nem állandó, pillanatnyi értéke függ a napsugárzás intenzitásától, valamint a napkollektor és környezete hőmérsékletétől. Ahhoz, hogy a napkollektorok egy hatásfokértékkel minősíthetőek legyenek, a hatásfokgörbe egy jellegzetes üzemmódra vonatkozó pontját szokás megadni, mint jellegzetes hatásfokot. Ez az üzemmód 800W/m² értékű napsugárzásnál, és ΔT=40°C napkollektor és környezeti hőmérsékletkülönbségnél van. Ekkor a független változó értéke x = 40 / 800 = 0,05.