Waarom kiezen voor een zonneboiler?

Met zonnepanelen wek je natuurlijk elektriciteit op, maar je kunt ook zonnecollectoren of thermische zonnepanelen plaatsen die je aansluit op een zonneboiler. Die zorgt rechtstreeks voor de opwarming van je warm water. Met een zonneboiler kan een gezin 50 tot 60% van zijn jaarlijkse warmwaterbehoefte uit de zon halen en de verwarmingsfactuur met 15 tot 25% doen dalen. Tijd om dat alles eens onder de loep te plaatsen: hoe werken thermische zonnepanelen en zonneboilers? En kan je een zonneboiler aanwenden voor centrale verwarming?

 

Hoe werkt een zonneboiler?

Wat is een zonneboiler?

We kennen allemaal de fotovoltaïsche zonnepanelen die gebruikt worden om elektriciteit op te wekken. Voor warm water kan er een beroep gedaan worden op zonnecollectoren of thermische zonnepanelen in combinatie met een zonneboiler.

Zonneboilers bestaan in verschillende uitvoeringen. De standaard uitvoering is met een collector van 3 tot 5 m² en een voorraadvat tot 300 liter. Er bestaan ook compactere zonneboilers zonder voorraadvat. Daarnaast zijn er zonneboilercombi's die, naast sanitair warm water, ook voor centrale verwarming gebruikt kunnen worden.

De werking in een notendop

De zon valt in op de zonnecollectoren en het zon­licht wordt er door een ab­sorptie­oppervlak in warmte-energie om­gezet. In de collectoren stroomt een transport­vloeistof die deze warmte-energie opneemt. De vloeistof circuleert tussen de collectoren en het voorraadvat met (sanitair) water. 

Eens aangekomen in het vat, geeft de transportvloeistof de warmte via een warmtewisselaar af aan het 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 en de temperatuur in het vat dus daalt. De afgekoelde transportvloeistof wordt vervolgens weer naar de collector ge­pompt en het proces kan opnieuw beginnen.

Duosystemen

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 je in de winter volledig terugvalt op het sanitaire debiet dat de ketel kan aanmaken, wat bij een grotere comfortbehoefte doorgaans niet volstaat.

Naverwarming

Omdat er in België - vooral tijdens 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 condensatieketel, of voorzien van een geïntegreerde elektrische bijverwarming. 

Het warme sanitaire water wordt bovenaan de boiler afgetapt en naar het naverwarmingstoestel gepompt. Daar wordt het, afhankelijk van de temperatuur van het afgetapte water, opgewarmd tot hogere temperaturen. Veelal voldoet een condenserende gaswandketel als doorstromer (14 à 19 liter per minuut). 

Alle systemen die thermostatisch geregeld worden, kunnen probleemloos worden gevoed door een zonneboiler. Dat kunnen systemen op gas, olie en elektriciteit zijn, of zelfs warmtepompen. Bij voldoende zonlicht kunnen de collectoren het water in het voorraadvat gemakkelijk opwarmen tot 65 °C en meer zonder dat er ketelarbeid nodig is. In dat geval kan een boilervoeler de brander van de ketel uitschakelen.

Installeer je een zonneboiler in een nieuwbouwsituatie? Dan kan de naverwarming ook in de zonneboiler zelf geïntegreerd worden.

 

Thermische zonnepanelen

Wat zijn zonnecollectoren?

Een zonneboiler werkt met thermische zonnepanelen of zonnecollectoren. Zonnecollectoren bestaan in verschillende uitvoeringen: vlakkeplaatcollectoren, vacuümcollectoren en hybridepanelen die zowel voor elektriciteit als warm water kunnen worden gebruikt. Het aantal benodigde collectoren hangt af van je warmwaterverbruik en laat je altijd best bepalen door een specialist.

Vlakkeplaatcollectoren

Een vlakkeplaatcollector bestaat uit een vlak absorberend paneel van koper of aluminium met een titaan- (blauw) of broom­coating (zwart). Hierin bevindt zich een leidingenconstructie  met daarin de transportvloeistof die naar het voorraadvat stroomt. De absorber geeft zijn warmte af aan de transportvloeistof in het buizenstelsel.

Achteraan de absorbeerplaat bevindt zich isolatiemateriaal (bijvoorbeeld glaswol zonder bindhars) en bovenop de absorber komt een glazen afdekplaat te liggen die zonlicht doorlaat. 

Vacüumcollectoren

Vacuümcollectoren hebben dubbelwandige glazen buizen met daartussen een vacuüm dat de zonnestralen opvangt en verbonden is met een gesloten buis. Deze collectoren kunnen nog steeds veel warmte produceren wanneer het buiten koud is. Bij dit soort panelen spelen de hellingsgraad en de oriëntatie van het paneel een kleinere rol.

Voor eenzelfde oppervlakte zijn vacuümsystemen meestal duurder dan vlakkeplaatcollectoren, maar ze hebben dan ook 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). Vacuüm is immers een nog betere isolator dan materialen zoals glaswol, waardoor ver­liezen tijdens de warmteoverdracht minimaal worden.

Hybride zonnepanelen

Hybridezonnepanelen, ofte pvt-panelen, kunnen dienen voor zowel de productie van elektriciteit als voor het winnen van warm water. Er zijn daarbinnen twee soorten van elkaar te onderscheiden:

• Pvt-zonnepanelen: hier ligt de focus vooral op een hoge elektriciteitsopbrengst. Achter het gewone zonnepaneel wordt een absorptieplaat met leidingen geplaatst, waarin water wordt opgewarmd volgens de werking van een zonnecollector.
• Pvt-zonnecollectoren: deze worden vooral gebruikt voor een hogere warmtewinning. Qua elektriciteit zullen deze minder opbrengen dan pvt-panelen. De collectoren zitten hier in een geïsoleerde omkasting.

Lees hier meer over zonnepanelen

 

Rendement en dimensionering

Wat is het rendement van een zonneboiler?

Een installatie met thermische zonnepanelen en een zonneboiler kan jaarlijks tot 50 - 60% van de warmwaterproductie op zich nemen, wat een fikse besparing betekent op je energiefactuur. Daarvoor moet je ook rekening houden met de volgende zaken:

• aantal zonne-uren: plaats je zonnepanelen op een locatie waar de zon meer schijnt, dan zullen ze uiteraard meer opbrengen. Ze kunnen ook warmte absorberen bij bewolking, maar dat zal logischerwijs minder zijn;
• de oriëntatie: zowel voor pv-panelen als voor zonnecollectoren geldt dat je ze idealiter oriënteert op het zuiden voor het hoogste rendement. Dat is zeker interessant wanneer je vaak thuis bent. Een oostelijke en westelijke oriëntatie is dan weer beter voor wie 's ochtends of 's avonds het meeste elektriciteit of warm water nodig heeft. Je zal dan enkel 's middags, wanneer de zon het sterkst schijnt, er minder uit halen;
• de temperatuur: zonnepanelen presteren het best bij een temperatuur van 25 °C, als de temperatuur te hoog is, kunnen de zonnecollectoren minder efficiënt energie absorberen;
• schaduw: op schaduwrijke plekken moet je geen zonnepanelen plaatsen om de lichtinval zo min mogelijk te verstoren;
• de helling van de collectoren: de collectoren worden het best in zuidelijke richting (of tussen zuidoost en zuidwest) geplaatst met een hellingshoek tussen 20° en 70°
• isolatie: als je een zonneboiler gebruikt voor je verwarmingsbuizen, dan zorg je er uiteraard voor dat je woning goed geïsoleerd is, zodat de warmte niet meteen verdwijnt.

 

Hoeveel plaats neemt een zonneboilerinstallatie in?

De standaardzonneboiler met leegloopsysteem bestaat uit enkele collectoren en een losstaande opslagtank in de technische ruimte. Vanaf de panelen lopen er een vertrek- en retourbuis van en naar de boiler.

Uiteraard moet, om het systeem te laten leeglopen, de boiler lager geplaatst worden dan de panelen zelf. Voor een maximaal rendement mag het hoogteverschil tussen de onderkant van de boiler en het hoogste punt van de collectoren niet meer dan 8,5 m bedragen.

Hoeveel collectoren heb je nodig?

Het aantal collectoren dat je plaatst, is afhankelijk van je dakoppervlak en de oriëntatie van je dak. Uiteindelijk laat je de dimensionering van je installatie bepalen door een vakman, maar met een eenvoudig rekensommetje kan je deze vraag al deels beantwoorden:

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.

 

Zonneboiler en voorraadvat zelf

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).

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).

PV-PANELEN OF COLLECTOREN?
Als je sanitair warm water produceert met de elektriciteit van een pv-installatie, wordt de opgewekte elektriciteit gebruikt om een andere warmteopwekker aan te sturen. Het gevolg is een sww-installatie met een suboptimaal rendement. Bij een thermische zonne-installatie gebeurt het opwarmen van het water rechtstreeks, met dus een beter rendement. Warmte opwekken via een thermisch systeem is bovendien nog altijd gratis, zonder geheven taksen.
Wil je het volledige potentieel van zonne-energie benutten, dan is een combinatie van beide systemen uiteraard de interessantste optie.

 

Drukgevuld of drukloos: wat is het verschil?

Drukloos systeem

Een zonneboiler met een drukloos of leegloopsysteem is uitgerust met temperatuursensoren die detecteren vanaf wanneer het nodig is om het water in de opslagtank te verwarmen via de collectoren. Vanaf dat moment stuwt de geïntegreerde pomp de transportvloeistof door de collector.

Wanneer de boiler op temperatuur is, valt de pomp uit. Het systeem loopt dan leeg in de opwarmingsspiraal en het water in de tank wordt verwarmt. Vanaf dat er sanitair warm water wordt verbruikt, wordt er onderaan koud water aangevoerd, zakt de temperatuur in de boiler en begint het proces terug van vooraf aan.

 

Drukgevuld systeem

Bij een zonne-installatie op druk is het circuit tussen de zonnecollectoren en de zonneboiler gesloten. Als transportvloeistof wordt gebruikgemaakt van een water-glycolmengsel, dat ook bij temperaturen tot zo'n -26 °C niet bevriest. Dat is belangrijk omdat de transportvloeistof in de collectoren aanwezig blijft en dus ook aan lage buitentemperaturen moet weerstaan.

Hier lopen de leidingen dus nooit leeg. Een drukgevuld systeem heeft wel meer onderhoud nodig, daar glycol zijn antivrieskracht na verloop van tijd verliest. De koelvloeistof moet om de vier jaar gecontroleerd en zo nodig worden vervangen. Drukgevulde systemen zijn vooral interessant voor wie veel water nodig heeft

Bij felle zoneschijn bereikt de warmtetransportvloeistof in een dergelijk systeem al snel temperaturen tot boven de 100 °C. Om de extra druk die dan ontstaat op te vangen, dient tussen de pomp en de zonnecollector een expansievat te worden geplaatst.

Zonneboilers voor sanitair warm water beschikken over een thermostatische begrenzer, ingesteld op max. 60 °C

Hoe wordt een zonneboiler aangewend voor centrale verwarming?

Zonnecollectoren kunnen ook dienen ter ondersteuning van de centrale verwarming (in het bijzonder lagetemperatuurverwarming). Dergelijke installaties kunnen een besparing van 15 tot 35% op de verwarmingskosten opleveren. Hierbij kan als algemene regel worden gesteld dat collectoren een buffervat met zowel SWW als cv-water verwarmen. Er zijn grosso modo twee opties:

• gelaagde boiler: de boiler is opgedeeld in verschillende temperatuurzones (houd indachtig: warm water stijgt). De onderste zone is de retourzone, waar koud water wordt aangevoerd. Daarboven bevinden zich de bufferzones voor cv-water en voor sanitair 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, en een ingebouwde cv-brander.
• bain-marieprincipe: de SWW-boiler bevindt zich in de boiler met cv-water en wordt door het verwarmingswater opgewarmd.

Hoe lager de retourtemperatuur van het verwarmingssysteem, hoe hoger het rendement van de zonneboiler. De boiler kan immers enkel helpen wanneer de temperatuur daar hoger ligt dan de retour­temperatuur van de verwarming. Zonneboilers die centrale verwarming leveren, kunnen dan ook enkel gebruikt worden als het verwarmingscircuit draait op lage temperatuur zoals vloer- en wand­ver­war­ming of lagetemperatuur­radiatoren.