Zonneboiler

Werking van een zonneboiler


Nemen we het voorbeeld dat iedereen kent: een tuinslang vol water die een tijdje in de zon ligt. Geleidelijk aan warmt het water in de tuinslang op. Zetten we daar nu een glazen buis rond dan kan dit water zelfs kokend heet worden. Hetzelfde principe wordt toegepast in een zonneboiler.

Over het algemeen kan je met een collector van 1m², die naar het zuiden is gericht en een hellingsgraad heeft van 45°, ongeveer 50 liter water verwarmen.

De berekening van het totale collectoroppervlak dat u nodig heeft zal dus afhangen van de bezonningsgraad (klimaat, oriëntatie) en het aantal gebruikers. Deze berekening maakt deel uit van de Kryptonite voorstudie.

Algemeen wordt aangenomen dat een persoon gemiddeld tussen 40 en 60 liter warm water per dag verbruikt.

Een gemiddeld gezin van 4 personen zal dus een opslagvat nodig hebben van ongeveer 300 liter en een collectoroppervlak van 6m².

In België levert de zon op jaarbasis een gemiddeld vermogen van ongeveer 1.000 kWh per m², wat overeenkomt met de energetische waarde van zo'n 100 liter stookolie of 100 kubieke meter aardgas. In een correct gedimensioneerde installatie kunnen we tot 60 % dekken van de jaarlijkse energiebehoefte voor warm sanitair water. Zelfs met diffuus zonlicht kan er een hoge energieproductie plaatsvinden in de vacuümbuizen. In het voor- of najaar en zelfs in de winter zijn er dagen genoeg om te kunnen profiteren van water opgewarmd door de zon.


Schematisch


Collectoren

De zonnecollector vangt het invallende zonlicht op en zet het om in warmte. De collector geeft de warmte door aan een glycol vloeistof, deze vloeistof circuleert in geïsoleerde leidingen tussen de collector en het voorraadvat. De vloeistof staat de warmte opgenomen in de collector af aan het water in het voorraadvat. De afgekoelde vloeistof wordt dan weer naar de collector gepompt om opnieuw op te warmen.
We onderscheiden globaal twee soorten collectoren:

  • Vlakke collectoren: de absorber bestaat uit een zwarte metalen plaat waarop koperen buizen gemonteerd zijn. Die buizen lopen parallel of zijn spiraalsgewijs gemonteerd.
  • Vacuümbuiscollectoren: de absorber bestaat uit vacuümbuizen in glas met een zwarte metalen buis erin waar een warmtegeleidende vloeistof doorheen loopt.

Opslagvat

Het opslagvat zorgt ervoor dat de geproduceerde warmte wordt bijgehouden tot op het moment dat er warm water nodig is. Het warme water dat u uit dit opslagvat haalt, wordt meteen vervangen door dezelfde hoeveelheid koud water van het leidingnet, dat dan weer wordt opgewarmd door de warmtegeleidende vloeistof van het primaire circuit. Bij voldoende zonlicht in de zomer kunnen de zonnecollectoren het water in het voorraadvat gemakkelijk opwarmen tot boven 80 °C. Om verbranding aan het warme water te voorkomen wordt aan de sanitaire warmwater uitgang een mengkraan geplaatst. Het opslagvat is een zeer goed geïsoleerde metalen kuip.

Het collectorcircuit

Warmte vervoeren is de taak van het primaire circuit. Dit circuit is hermetisch en warmte isolerend en bevat de warmtegeleidende vloeistof. Deze vloeistof warmt op wanneer ze door de buizen van de collector loopt en wordt vervolgens afgeleid naar een opslagvat. De warmte weer afgeven gebeurt door een warmtewisselaar (spiraalbuis) in het voorraadvat. Hier staat de vloeistof haar zonnewarmte af aan het sanitaire water (secundaire circuit). Het afgekoelde primaire water gaat terug naar de collector waar het opnieuw wordt opgewarmd zolang de zon schijnt. Om bevriezing van de zonnecollectorvloeistof te voorkomen, wordt een niet-giftig mengsel van water en glycol gebruikt. Deze vloeistof biedt vorstbescherming tot -25°C en is bestand tegen hoge temperaturen. Hierdoor kan het systeem ook in de winter functioneren.

De regeling en de pompgroep

De primaire vloeistof laten circuleren kan op verschillende manieren gebeuren:
  • op natuurlijke wijze (zonder pomp): de warmtegeleidende vloeistof circuleert dankzij het verschil in dichtheid met het water in het opslagvat. Van zodra die vloeistof warmer is, en dus een geringere dichtheid heeft dan het water in het vat, zal ze op natuurlijke manier gaan stijgen door thermocirculatie. Het vat moet hoger worden geplaatst dan de collectoren. Dat is het principe waarop de thermosifon zonneboilers gebaseerd zijn, die men meestal vindt in het zuiden van Europa.
  • op gedwongen wijze (onder druk): een kleine elektrische pomp, de circulatiepomp, brengt de warmtegeleidende vloeistof in beweging wanneer die 8°C warmer is dan het sanitaire water in het opslagvat. De pomp wordt gestuurd door een regelsysteem dat werkt op basis van temperatuurverschillen: wanneer de sensor van het vat warmer is dan die van de collector zal het systeem de circulatiepomp stopzetten. In het andere geval wordt de circulatiepomp opnieuw in gang gezet en warmt de primaire vloeistof het sanitaire water van het vat opnieuw op.


Hoe het gebrek aan zonlicht opvangen?


In de zomer kan de zonneboiler instaan voor de hele warmwaterproductie, maar in de winter of tijdens lange periodes van slecht weer volstaat zonne-energie niet alleen voor de productie van alle warm water. Daarom zijn de meeste opslagvaten uitgerust met een hulpsysteem dat de fakkel overneemt en steeds garant staat voor de voorraad warm water.

Dit gebeurt meestal door:

  • een weerstand (elektrische ondersteuning) die vaak wordt geplaatst op halve hoogte van het opslagvat.
  • een warmtewisselaar (hydraulische ondersteuning) die is aangesloten op een hulpwarmtebron. In de meeste gevallen is dat de ketel van de centrale verwarming.

Bij een bivalente-boiler zit de warmtewisselaar voor de naverwarming bovenaan in het voorraadvat. Op deze manier dient de naverwarming niet het ganse voorraadvat op te warmen. Een voorraadvat met één warmtewisselaar wordt geplaatst voor de bestaande boiler die dan zorgt voor de naverwarming.