VACUUM OF VLAKKE PLAAT?

DE VERSCHILLENDE THERMISCHE ZONNECOLLECTOREN OP EEN RIJ

Blauwe hemel zonder wolken, mistig bewolkt of zwaarbewolkt? In al deze gevallen levert het zonlicht bruikbare energie. Zonnecollectoren werken zowel bij diffuus licht als bij direct zonlicht, maar de op­brengst is bij directe instraling natuurlijk wel gro­ter. Er zijn grosso modo twee soorten thermische zonnecollectoren: de vlakkeplaat- en de vacuümcollector. Het grootste verschil tussen beide is de manier waarop de energie van de zon opgevangen wordt. Beide types kunnen zowel in zonne-installaties op druk als in leegloopsystemen toegepast worden.

VLAKKEPLAATCOLLECTOR

Deze ondiepe bak (ongeveer 10 cm diep) wordt op het dak gemonteerd of in het dak ingebouwd. Op een hellend dak ziet de vlakkeplaatcol­lec­tor er dan uit als een dakvenster.

Een vlakkeplaatcollector bestaat uit:

• De absorber is het hart van de vlakkeplaatcollector. Het zonlicht valt in op de absorber en warmt die op tot heel hoge temperaturen (tot 200 °C). De absorber is een warmteabsorberende koperen of aluminium plaat die is voorzien van een titaan- (blauw) of broom­coating (zwart). Die zorgt voor een optimale absorptie (donkere oppervlakken warmen beter op). In de absorber zit een buizen­stelsel met daarin de transportvloeistof die naar het voorraadvat stroomt. De absorber geeft zijn warmte af aan de transportvloeistof in het buizenstelsel.
• Een glasplaat die transparant is en niet reflecteert, dekt de absorber af. Het glas moet het zonlicht goed doorlaten en de warmte in het paneel vasthouden door het convectieverlies (de afkoeling door bv. de wind) te beperken. Vandaar gaat de voorkeur naar ijzerarm glas met een hoge doorlaatbaarheid. Opdat het glas bestand zou zijn tegen mechanische en thermische schok­ken, wordt gehard glas gebruikt. Een luchtspouw (van enkele cm) tussen het glas en de absorber zorgt voor een 'serre-effect'.
• Hittebestendig isolatie­materiaal (bv. glaswol zonder bindhars) wordt aan de achterkant van de absorber voorzien om de warmte­verliezen te beperken.

VACUÜMCOLLECTOR

Voor eenzelfde oppervlakte zijn vacuümsystemen meestal duurder, maar ze hebben een hoger rende­ment (dat is vooral zo als er een groot verschil is tussen de transport­vloeistof- en de buitentemperatuur of als de collectoren niet optimaal kunnen worden georiënteerd). Tussen de absorber en het glas is er een vacuüm gecreëerd. Vacuüm is een nog betere isolator dan materialen zoals glaswol, waardoor ver­liezen tijdens de warmteoverdracht minimaal worden.

Vlakkeplaatvacuümcollector

De vacuümtechniek kent verschillende toepassingen. Een ervan is de vlakkeplaat­vacuüm­collector. De werking van die collectoren leunt sterk aan bij gewone vlakkeplaatcollectoren. Het verschil zit in de opbouw van de collector. Door een perfecte dichting tussen de afdekplaat en de achterwand wordt er een vacuüm gerealiseerd. De ruimte wordt doorgaans gevuld met krypton of argon, omdat dit de prestaties nog verhoogt. Let wel, een vlakkeplaatvacuümcollector wordt in België zeer weinig geïmplementeerd. Zelfs in Europa zijn de cases waarbij een beroep wordt gedaan op dergelijke collectoren, zeer dun gezaaid. Er wordt ook weinig of niet – commercieel – op ingezet.

Vacuümbuiscollector

Een tweede variant is de vacuüm­buiscollector, die is opgebouwd uit een aantal naast elkaar geplaatste glazen vacuüm­buizen. Behalve de vacuümisolatie is ook de ronde vorm van de buizen een voordeel. De zon valt tijdens een langere periode van de dag recht op het collectorvlak, ook wanneer de collector niet meer naar het zuiden staat.

Vacuümbuizen zijn enkel- of dubbel­wandig:

• De enkelwandige glazen buis is volledig luchtledig. Het absorptievlak zit in het va­cuüm, waardoor deze enkel­wandige buizen erg goed presteren. Waar de enkelwandige vacuümbuis door de glas-metaalverbindingen vroeger redelijk kwetsbaar was, is dat nu niet langer, of toch heel wat minder, het geval. Sommige aanbieders van dit type collectoren bieden tot twintig jaar garantie op de glas-metaalverbindingen. Dat doet toch sterk vermoeden dat de kwaliteit van deze verbindingen verbeterd is.
• De minder broze, dubbelwandige glazen buis functioneert als een 'thermosfles' en is vervaardigd van twee glazen buizen waarvan de binnenste buis een absor­berende selectieve coating heeft. De ruimte tussen de buizen is luchtledig, maar de binnenste buis is dat niet. Hierdoor is de efficiën­tie een fractie lager dan van enkel­wandige vacuümbuizen.

Spiegels achter de buizen zorgen ervoor dat ook de achterzijde van de buis genoeg warmte krijgt. In de (binnenste) buis zijn dunne aluminium schalen aangebracht die de warmte van de buis overdragen op een buizenstelsel waarin een vloeistof stroomt. Die opgewarmde transportvloeistof wordt naar de warmtewisselaar in het voorraadvat gepompt en geeft daar de zonnewarmte af.

De afvoer van de opgewekte warmte uit de vacuümbuis gebeurt via het U-buis- of heatpipeprincipe. Beide principes kunnen in zowel enkel- als dubbelwandige vacuüm­buizen worden toe­gepast:

• In de U-buis (een U-vormige buis) stroomt transportvloeistof door toedoen van een pomp (ook wel directe doorstroming genoemd). De geabsorbeerde warmte wordt direct en bijna verliesvrij op de transportvloeistof in de U-buis overgedragen. Vervolgens wordt de opgewarmde vloeistof naar het voorraadvat gepompt, waar de warmte wordt door­gegeven aan het water.
• Het heatpipeprincipe werkt met vacuümbuizen waarin een metalen heatpipe zit. Deze heatpipe is een gesloten, luchtledige buis van koper (of een koperlegering) die is verbonden met een smalle absorber. In de heatpipe zit een vloeistof die opwarmt en verdampt door de warmte van de zon die de absorber heeft opgeslagen. De damp verspreidt zich over de heatpipe en stijgt naar boven, waar die in contact staat met een koelvloeistof die in een tweede gesloten circuit circuleert en vervolgens stroomt naar het voorraadvat, waar de warmte wordt afgegeven aan het water. Zodra de damp in de heatpipe zijn warmte heeft afgegeven, condenseert de vloeistof en kan het proces opnieuw beginnen.

PLAATSING ZONNECOLLECTOREN

• De collectoren worden het best in zuidelijke richting (of tussen zuidoost en zuidwest) geplaatst met een hellingshoek tussen 20° en 70° (zoals aangehaald in de premievoorwaarde). Dan is de opbrengst van de collectoren het hoogst. Bij een plaatsing pal op het oosten of op het westen kan de op­brengst beduidend (tot 20%) lager liggen. Dat verlies kan eventueel worden gecompenseerd door een extra collector te plaatsen.
• De collectoren kunnen zowel op hellende als op platte daken worden geplaatst. Op hel­lende daken is op- en (meestal duurdere) inbouw mogelijk. Belangrijk bij inbouw is dat de collectoren waterdicht worden ingebouwd. Het voordeel van een plattedak­opstelling is dat de collector ideaal kan worden georiënteerd. Het frame, de ballast en de bijkomende isolatie aan de achterkant (die door sommige fabrikanten wordt gebruikt) kosten wat meer, maar de montage ervan is wel eenvoudiger.

HOEVEEL M² COLLECTOREN ZIJN NODIG?

Een eenvoudig rekensommetje beantwoordt deze vraag. Een persoon gebruikt gemiddeld 50 liter warm water per dag. Een gezin van vier personen heeft dus een voorraadvat van 200 liter nodig.

Om te berekenen hoeveel m² vlakkeplaatcollectoren nodig zijn, wordt het benodigde volume van het voorraadvat gedeeld door 50/60. Een gezin van vier personen heeft dus zo’n 4 m² vlakkeplaatcollectoren nodig.

Voor vacuümbuiscollectoren wordt het benodigde voorraadvat gedeeld door 60/75. Een gezin van vier heeft dan bijna 3 à 4 m² vacuümbuiscollectoren nodig.

Voor zonneboilers die de woning van sanitair water kunnen voorzien en die verwarmen, zullen de collectoroppervlakte en het voorraadvatvolume toenemen. Ter illustratie: een opslagcapaciteit van 500 à 1.000 l en een collectoroppervlak van minstens 10 à 15 m² zijn geschikt voor woning- en waterverwarming.