THERMISCHE ZONNE-ENERGIE BIEDT DIVERSE MOGELIJKHEDEN
MAAR ZONNEBOILER ALLEEN VOLSTAAT DOORGAANS NIET
Wie gebruik wil maken van zonne-energie, heeft vandaag diverse mogelijkheden om zonlicht om te zetten in een of andere vorm van energie. Een zonneboiler is een van die opties. Dit thermisch zonne-energiesysteem vangt via zonnecollectoren zonlicht op en zet dat licht vervolgens om in warmte. In dit artikel gaan we na wat we daar in België precies mee kunnen doen.
EENVOUDIG PRINCIPE
Het werkingsprincipe van een zonneboiler is eenvoudig. De zon valt in op de zonnecollectoren en het zonlicht wordt er door een absorptieoppervlak in warmte-energie omgezet. In de zonnecollectoren stroomt een transportvloeistof die deze warmte-energie opneemt. De transportvloeistof circuleert tussen de collectoren en het voorraadvat met (sanitair) water, ook wel de primaire kringloop genaamd.
Eens aangekomen in het voorraadvat, geeft de transportvloeistof de opgenomen warmte via een warmtewisselaar af aan het (sanitair) water. Het voorraadvat zelf is een geïsoleerd reservoir dat het gebruikswater op temperatuur houdt tot er vraag naar is. Warm gebruikswater wordt aan de bovenzijde afgetapt, terwijl er onderaan nieuw koud water wordt aangevoerd (er ontstaat sowieso temperatuurgelaagdheid, want warm water is lichter dan koud water).
De afgekoelde transportvloeistof wordt ten slotte weer naar de collector gepompt en het proces kan opnieuw beginnen.
ZONNEBOILER
De zonneboiler zelf - het voorraadvat - neemt ongeveer 1 m² plaats in beslag en heeft standaard vier aansluitingen: twee voor gebruikswater (koud en warm) en twee voor de warmtewisselaar (koud en warm richting zonnecollector). Omdat het voorraadvat aangesloten is op het drinkwaternet, moeten een overdrukbeveiliging en een terugstroombeveiliging worden geplaatst. Op elke zonneboiler die sanitair warm water aanmaakt, is er een thermostatische begrenzer, die verplicht is ingesteld op max. 60 °C. Duosystemen of systemen die ook woningverwarming leveren, vereisen meer aansluitingen.
Het buffervolume wordt bepaald op basis van het aantal bewoners. Iedere persoon verbruikt ongeveer 50 liter warm water per dag. Hou er ook rekening mee dat er voldoende plaats moet zijn voor de boiler, en dat de afstand tussen boiler en tappunten best niet te groot is (minder dan 7 meter).
Een thermische zonne-installatie is echter meer dan een zonneboiler alleen. Over de verschillende types zonnecollectoren en hun dimensionering kan u hier meer lezen.
ZONNE-ENERGIE
In de Benelux is het energetisch vermogen van de zon ongeveer 1.000 kWh/m² per jaar. Dat is niet voldoende om een gezin in zijn jaarlijkse behoefte aan warm water of verwarming te voorzien. Zonneboilers worden daarom altijd, en voor elke toepassing, in combinatie met andere systemen geplaatst.
ZONNEBOILER VOOR SANITAIR WARM WATER
De meest gekende toepassing van de zonneboiler is voor de productie van sanitair warm water. Een gezin kan op die manier 50 tot 60% van zijn jaarlijkse warmwaterbehoefte uit de zon halen. Omdat er in België - vooral in de winter - onvoldoende zon is om in het sanitaire comfort te voldoen, wordt een zonneboiler voor sanitair warm water altijd gekoppeld aan een naverwarming zoals een ketel, of voorzien van een geïntegreerde elektrische bijverwarming.
Monosysteem
Bij een monosysteem wordt het warme sanitaire water bovenaan de boiler afgetapt en naar het naverwarmingstoestel gepompt. Daar wordt het, afhankelijk van de temperatuur van het afgetapte water, opgewarmd tot hogere temperaturen. In huizen met een beperkt sanitair comfort (bv. keuken + badkamer) voldoet een condenserende gaswandketel als doorstromer (14 à 19 liter per minuut). De zonneboiler dient dan als voorverwarming voor de doorstromer.
De naverwarming krijgt water aan erg variabele temperaturen binnen. Systemen die thermostatisch geregeld worden, kunnen probleemloos worden gevoed door een zonneboiler. Dat kunnen systemen op gas, olie en elektriciteit zijn en zelfs warmtepompen. Kies in ieder geval voor een type met een laag minimaal brandervermogen, zodat de ketel bij een hoge toevoertemperatuur niet te veel aan- en uitgeschakeld wordt.
Bij voldoende zonlicht (doorgaans in de zomermaanden) kunnen de collectoren het water in het voorraadvat gemakkelijk opwarmen tot 65°C (en meer), en is ketelarbeid niet nodig. In dat geval kan een brandervoorwaardethermostaat (boilervoeler) de brander van de ketel uitschakelen. Let wel op: in sommige gevallen kunnen de temperaturen in het boilervat zo hoog oplopen dat doorstroomtoestellen er schade van kunnen ondervinden. Om dat probleem te omzeilen, bestaan er vandaag speciale mengkranen die - als het water warm genoeg is - de doorstroomketel volledig bypasst.
Duosysteem
Zodra er een grotere behoefte is aan sanitair comfort (bv. keuken + twee badkamers) is het aangewezen om met een zonneboiler met twee warmtewisselaars te werken (20 à 25 liter per minuut). Zo'n duosysteem moet vermijden dat de gebruiker in de winter volledig terugvalt op het sanitaire debiet dat de ketel kan aanmaken, wat bij een grotere comfortbehoefte doorgaans niet volstaat.
De twee warmtewisselaars van een duosysteem bevinden zich boven- en onderaan het boilervat, waarbij de bovenste wordt aangesloten op de naverwarming en de onderste op de zonnecollectoren. Als de zon tekortschiet, warmt de ketel de bovenste helft van de zonneboiler op tot de gewenste temperatuur (door heet water door de warmtewisselaar te sturen). Hierdoor blijft een deel van het water binnen het voorraadvat altijd op dezelfde temperatuur, minstens 60 °C, zodat het veilig als tapwater gebruikt kan worden. Als er gaan water wordt afgenomen, moet de ketel per dag ongeveer 5 °C bijstoken.
ZONNEBOILER ALS VERWARMINGSONDERSTEUNING
De zonnecollectoren leveren warmte voor de productie van sanitair warm water, maar kunnen evenzeer dienen ter ondersteuning van de centrale verwarming (in het bijzonder lagetemperatuurverwarming). Zonne-installaties met verwarmingsondersteuning kunnen een besparing van 15 tot 35% op de verwarmingskosten opleveren.
Bij zonneboilers die ook woningverwarming leveren, kan als algemene regel worden gesteld dat collectoren een buffervat met zowel SWW als cv-water verwarmen. Er zijn verschillende opties:
- gelaagde boiler: de boiler is opgedeeld in verschillende temperatuurzones (warm water stijgt). De onderste zone is de retourzone (aanvoer van koud water), daarboven bevinden zich de bufferzones voor verwarming en voor sanitair warm water. De boiler beschikt over verschillende tappunten die, afhankelijk van de vraag, water tappen uit de betreffende zone. In de boiler zitten er twee wisselaars die aangesloten zijn op de zonnecollectoren (één voor sanitair warm water en één voor de verwarming) of één wisselaar voor de ondersteuning van zowel sanitair warm water als cv-water.
- bain-marieprincipe: de sanitairwarmwaterboiler bevindt zich in de boiler met cv-water en wordt door het verwarmingswater au bain-marie opgewarmd.
Hoe lager de retourtemperatuur van het verwarmingssysteem, hoe hoger het rendement van de zonneboiler. Dat is zo omdat de zonneboiler enkel kan meehelpen wanneer de temperatuur in de boiler hoger ligt dan de retourtemperatuur van het verwarmingssysteem. Zonneboilers die woningverwarming leveren, kunnen dan ook enkel gebruikt worden als het verwarmingscircuit draait op lage temperatuur. Vloer- en wandverwarming of lagetemperatuurradiatoren zijn hiervoor geschikt.
Toch zijn het overwegend woningen met een grote warmtevraag (grote woningen met bv. bijbehorende warmteverbruikers zoals zwembad en jacuzzi) die baat hebben bij een zonneboiler als verwarmingsondersteuning. De prijs van een dergelijk boiler ligt immers hoger dan bij een zonneboiler voor sanitair warm water. Een groter aantal collectoren, maar ook de systeemopbouw drijven de prijs omhoog. Hou dus rekening met een aanvaardbare terugverdientijd!
VOORAL POPULAIR IN NIEUWBOUW
De zonneboiler behoort, samen met o.a. PV-panelen, een warmtepomp, biomassa en stadsverwarming tot de zes maatregelen waaruit de bouwheer van een nieuwbouwproject kan kiezen om te voldoen aan de EPB-eisen die geldig zijn sinds 1 januari 2014.
In renovatie wordt de zonneboiler vooral gepromoot als er al een ketel met afzonderlijke boiler staat.
