ZONNE-ENERGIE 1 Solar kits De zonnecollectoren hebben de wind in de zeilen. Het aanbod van materiaal is in enkele jaren tijd dan ook aanzienlijk uitgebreid. Dat blijkt bijvoorbeeld uit een bezoekje aan een gespecialiseerde beurs in dat verband. Het aantal fabrikanten en installateurs dat in deze sector investeert, wordt steeds groter. De meeste van die fabrikanten bieden tegenwoordig complete solar kits aan, met daarin alle onderdelen van het systeem. 57
Alle solarkits, en er zijn er heel wat, bieden een complete uitrusting waarmee een zonneboiler kan worden geïnstalleerd. Van de collector tot het opslagvat via het primaire circuit, de pomp en de regelaar, alles is voorzien en geoptimaliseerd. Dit grote aantal aanbiedingen brengt ook een grote diversiteit van systemen teweeg. Elk met zijn innovatie of technologische uitmuntendheid. Om het belang van het systeem en de werkingsprincipes te begrijpen, is enige uitleg gewenst. Die zal u helpen om de problematiek beter te snappen en uw keuze te maken met kennis van zaken. 2 3 4 Werkingsprincipe De werking van een zonneboiler is eenvoudig, gratis en doeltreffend, maar ook onregelmatig, waardoor hij niet volledig zelfvoorzienend kan zijn. Het principe ervan kan worden samengevat in vijf opeenvolgende stappen, die we hier kort omschrijven: 1. De zonne-energie opvangen De zonnecollector of -paneel wordt meestal op het dak geplaatst. Het is een warmtegeïsoleerde kast, voorzien van glas en met zwarte metalen buizen. Hij vormt de kern van het systeem omdat hij de zonnestraling opvangt en gedeeltelijk bewaart door opwarming. 2. De warmte vervoeren Dit is de rol van het primaire circuit. Het is waterdicht, warmtegeïsoleerd en bevat de warmtegeleidende vloeistof, meestal water waaraan glycol is toegevoegd (antigel). Deze vloeistof warmt op als ze door de collectorbuizen gaat en als ze warm is, gaat ze naar een reservoir of opslagboiler. 3. De warmte teruggeven Een warmtewisselaar, meestal in de vorm van een spiraalbuis, staat zijn zonnecalorieën af aan het warme water, opgeslagen in de boiler. Als de warmtegeleidende vloeistof haar warmte heeft afgegeven, keert ze afgekoeld terug naar de boiler, waar ze opnieuw wordt opgewarmd zolang er voldoende zonneschijn is. 4. Het warm water opslaan Dit is de rol van het opslagvat. Het betreft een uiterst goed geïsoleerde metalen kuip die de 1. Vlakke zonnecollectoren «Vitosol 200-F» van Viessmann 5 tot 7. De warmte die wordt opgevangen op het dak, wordt rechtstreeks doorgegeven aan het warmwaterreservoir. Bij te weinig zonnewarmte neemt de 6 7 58 2 & 3. Deze simpele en complete kit, verkrijgbaar in 6 versies, omvat drie basiselementen: een of twee zonnecollectoren, de warmwaterboiler en het regelsysteem. «AuroSTEP» van Vaillant 4. Vlakke collector «AuroTHERM» van Vaillant, voor zonne- energiesystemen onder druk hydraulische kit, bevoorraad door een warmtepomp, het over. Systeem «Altherma» van Daikin 5 reserve sanitair water stockeert. Het warm water, opgenomen door het verdeelnet van de woning, wordt onmiddellijk vervangen door dezelfde hoeveelheid koud water, dat op zijn beurt zal worden vervangen door de warmtegeleidende vloeistof van het primaire circuit. 5. Het tekort aan zonneschijn opvangen In onze streken moet men constant het hoofd bieden aan ongunstige periodes qua zonneschijn: winter, grauwe lucht, lange periodes van slecht weer, zonder de korte of lange nachten te vergeten, uiteraard zonder enige zon. Zonne-energie kan dus niet instaan voor de hele warm waterproductie. Daarom moet een opslagvat, in tegenstelling tot een klassieke boiler, uitgerust zijn met een hulpsysteem dat het indien nodig kan overnemen en de voorraad warm water kan aanvullen. We zullen zien dat er verschillende systemen voor bestaan. De belangrijkste elementen van het systeem We hebben net het eigenlijke principe van zonnewarmte besproken. Om dit systeem te doen werken, zijn er meerdere technische elementen nodig. Voor al die elementen bestaan er echter varianten, wat elke kandidaatkoper verplicht een aantal technische keuzes te maken. Om de juiste keuzes te maken moet men eerst de verschillende technische opties begrijpen. We zetten ze hier voor u op een rij. Het is niet de bedoeling in de kleinste details te treden, een
vakman zal u beter kunnen adviseren afhankelijk van uw specifieke situatie. We willen hier alleen de verschillende mogelijke opties toelichten voor de belangrijkste elementen van het systeem, met name de collectors, de boiler en het aanvullend systeem, dat hier grondig zal worden bestudeerd. 1. De zonnecollectoren De warmtecollectoren, doorgaans zonnepanelen genoemd, zijn de zichtbare elementen van het 1 1. Het gamma Vitosol 300-F en 300-T van Viessmann biedt vlakke en vacuümbuiscollectoren. Dankzij een Sol-Titan bekleding kunnen deze laatste ook diffuus zonlicht benutten: doeltreffend maar duurder. 3 systeem aangezien ze meestal op het dak worden geplaatst. Hun rol is uiteraard essentieel omdat ze de verbinding vormen tussen de energieleverancier (de zon) en het opslag- en verdeelsysteem van warm water (de boiler). Er bestaan echter twee verschillende soorten zonnewarmtecollectoren (we spreken hier niet over fotovoltaïsche collectoren). Het grootste verschil tussen beide soorten collectoren betreft de rendement/oppervlakteverhouding. 59 2 Vlakke plaat collectoren: Het betreft een platte behuizing, afgedekt met een glasplaat waar zich een absorber bevindt. Die bestaat uit koperen plaat met daarop koperen buizen met speciale stof bekleed (tegenwoordig gebruikt men vaak zwarte chroom) om zonnewarmte te kunnen absorberen. Door deze buizen stroomt een warmtegeleidende vloeistof (water + glycol), die wordt opgewarmd terwijl ze door de absorber loopt. De collector is des te meer doeltreffend als de absorber een hoge absorptiecoëfficiënt en een lage emissiecoëfficiënt heeft. Zoals in een serre houdt het glas de warmte - weer afgegeven door de absorber vast, wat de opwarming van de vloeistof nog bevordert. Een isolatie op de achterkant van de behuizing verbetert de prestaties van het paneel nog meer. De temperatuur kan 70 C hoger stijgen dan de temperatuur van de buitenlucht. Vlakke plaat collectoren zijn ofwel van het type «cassette», te plaatsen op de dakbedekking, ofwel van het type «ingebouwd»; in dat geval zijn ze 2 & 3. De montage van zonnecollectoren «Vitosol» op dit dak oogt bijzonder discreet. Samen met de warmwaterboiler «Vitocell», de verwarmingsketel op gas «Vitodens» en de elektronische regeling vormen ze de complete solarkit van Viessmann. ingebouwd in de dakbedekking. Vacuümbuiscollectoren: Vacuümbuiscollectoren bestaan uit een reeks buizen van transparant glas. Een absorber in elke buis vangt de zonnewarmte op en een warmtewisselaarsysteem geeft ze door aan het circuit van warmtegeleidende vloeistof. Het vacuüm in de buizen vormt een van de beste warmteisolaties die er bestaan, waardoor een grotere temperatuurstijging kan worden bereikt dan bij het systeem van vlakke plaat collectoren. In theorie kan de
Het monoblok groepeert het collectorpaneel en het opslagvat op eenzelfde behuizing. Het opslagvat moet boven de collector staan zodat de circulatie van de warmtegeleidende vloeistof op een natuurlijke manier en gebeurt dus zonder pomp. De opgewarmde, warmtegeleidende vloeistof is lichter en stijgt naar de wisselaar, aanwezig in het opslagvat, terwijl de afgekoelde vloeistof op een natuurlijke manier weer afdaalt in de collector. Het is een heel eenvoudig, betrouwbaar systeem moeten worden voorzien. De autonome zonneboiler met afzonderlijke elementen bestaat uit een opslagvat, binnenshuis geplaatst, maar ook uit een circulatiepomp en een regelsysteem. De warmtegeleidende vloeistof wordt opgewarmd in de collectoren en wordt naar het opslagvat geleid. Hierin gaat ze door een warmtewisselaar van het type spiraalbuis en staat ze haar calorieën af aan het warm sanitair water. De afgekoelde vloeistof Gecombineerd systeem : Sinds enkele jaren heeft men een degelijke ervaring verworven in de realisatie van zonneboilers. Deze toestellen zijn tegenwoordig zeer doeltreffend. Maar zonne-energie, een gratis, onuitputtelijke en nietvervuilende bron van energie, kan ook een deel van de verwarmingsbehoeften van het gebouw dekken. Men spreekt dan over een gecombineerd zonnesysteem, dat de verwarming van de woning en de productie van warm sanitair 4. De vacuümbuiscollectoren (hier «Vitosol» van Viessmann) kunnen ook verticaal worden gemonteerd op een gevel. temperatuurstijging meer dan 100 C bereiken. De blootstelling van de absorber kan worden geoptimaliseerd als de buizen richtbaar zijn. Ze kunnen op een verticaal vlak worden geplaatst (horizontale buizen), vastgemaakt aan een gevel of aan een reling. Deze vacuümbuiscollectoren zijn zeer doeltreffend, waardoor hun oppervlak kan worden beperkt. Ze zijn echter ook beduidend duurder van vlakke plaat collectoren. De keuze tussen beide systemen hangt dus af van een goede oppervlakte/rendement/ kostverhouding. 2. De zonneboiler Met een goede, moderne en correct geïnstalleerde zonneboiler kan men, afhankelijk van de streken en de seizoenen, tussen 40 en 70 % van de productiekost van warm sanitair water besparen. Hier maakt men ook een onderscheid tussen twee verschillende systemen: de autonome zonneboiler en het gecombineerde zonnesysteem. Beide systemen zijn op zich ook verkrijgbaar in twee afzonderlijke types. Autonome zonneboiler: De autonome zonneboiler is uitsluitend ontworpen om warm sanitair water te produceren, dat wil zeggen het warm water dat vooral wordt gebruikt voor de badkamer en de keuken. Er bestaan twee soorten autonome zonneboilers. en goedkoop systeem dat geen werkingskosten vraagt. Toch is het niet geschikt voor alle situaties omdat de boiler boven de collector staat en dus op het dak, zodat het systeem enkel geïnstalleerd kan worden in een streek met een warm en quasi vorstvrij klimaat. Heeft u een tweede verblijf in de Provence of in Spanje? Dan kan dit soort systeem heel voordelig zijn. Door de plaats van het opslagvat zal er echter geen aanvullende energiebron kunnen worden geïntegreerd: die zal, indien nodig, apart los van dit 60 gaat terug naar de collectoren dankzij de circulatiepomp. Het regelsysteem meet permanent de temperatuur van het water ter hoogte van de collectoren en van het opslagvat en het controleert de activering en stopzetting van de pomp in functie van de behoeften. Het brengt de warmtegeleidende vloeistof in beweging als ze warmer is dan het sanitair water van het opslagvat. Als de sonde van het opslagvat warmer is dan die van de collector, onderbreekt het regelsysteem de circulatie. water gelijktijdig kan waarborgen. Meestal zijn de installaties voorzien om 20 tot 40 % van de jaarlijkse verwarmingsbehoeften te dekken, afhankelijk van de streek en de omvang van de installatie. Wat de verwarming betreft, er bestaan twee grote soorten gecombineerde zonnesystemen: het systeem met wateraccumulatie en de directe zonnevloer. De directe zonnevloer is een systeem dat de tegel van de vloerverwarming gebruikt als warmtezender maar ook als opslagelement van energie. Deze 4
techniek is dus eerder geschikt bij zware renovatie en nieuwbouw. Het water dat wordt verwarmd door de collectoren wordt in het netwerk van de vloerverwarming vervoerd en geeft zijn calorieën door aan de betontegel die een dikte van 10 tot 15 cm moet hebben. De inertie van deze tegel maakt het mogelijk om de warmte van de dag met een zeker tijdsverschil weer vrij te geven. Een circuit in aftakking dient om het opslagvat gelijktijdig op te warmen. Wateraccumulatie is een minder prestatievolle techniek dan de vorige maar gemakkelijker uit te voeren in een bestaande woning. Het principe bestaat erin de warmte, geproduceerd door de collectoren, op te slaan in een buffer watervolume. De opgeslagen energie dient om het water van de vloerverwarming of van de radiatoren, die liefst op lage temperatuur werken, op te warmen. De vooruitgang van het onderzoek, met name voor de regeling en het stockbeheer van de energie in het opslagvat, maakt het mogelijk om vandaag de dag prestatiegerichte en compacte systemen te realiseren met een aanvaardbaar volume (500 tot 2000 liters). De bereiding van het warm sanitair water gebeurt dan ofwel binnenin dezelfde opslagboiler ofwel met behulp van een autonome zonneboiler. 3. De bijverwarming Hoewel zonnestraling gratis en onuitputtelijk is, is ze jammer genoeg niet bij elk weer en op elk moment beschikbaar. Ze kan volledig afwezig zijn ( s nachts) of beperkt (bewolkt weer) en is bijgevolg niet zelfvoorzienend. s Morgens vroeg bestaat het gevaar dat de douche niet warm genoeg is en in de winter zal de geproduceerde energie zeker niet volstaan, ten minste niet in onze streken. Daarom moet elk zonneboilersysteem uitgerust zijn met een hulpsysteem, om op elk moment de afwezigheid van zonne-energietoevoer op te vangen. Op dit vlak verschillen de systemen die worden aangeboden op de markt aanzienlijk. Er bestaan namelijk verschillende manieren of technieken om deze aanvulling te garanderen, van de meest eenvoudige tot de meest 1 & 2. Dit autonome zonneboilersysteem zorgt met zijn collectoren voor de gratis energiebevoorrading van een reservoir van 150 of 250 liter, uitgerust met een enkelvoudige of dubbele wisselaar afhankelijk van het feit of de aanvulling elektrisch of hydraulisch is. Systeem «Helioset» van Saunier Duval 3 tot 6. De echte motor van deze solarkit is niets anders dan het intelligente besturingsysteem Solar Inside dat op elk moment van de dag een doeltreffende wisselwerking gesofisticeerde, zodat iedereen zijn gading kan vinden op dit vlak. Welke zijn nu de verschillende denkbare oplossingen? De autonome aanvulling: Naast de zonne-installatie wordt een volledig apart systeem van waterverwarming geplaatst. Beide systemen staan naast elkaar maar zijn niet verbonden. Het kan gaan om een tweede, klassiek opslagvat met elektrische verwarming of een autonome gasboiler. De gelijktijdige aanwezigheid van beide parallelle systemen is vanuit praktisch standpunt een weinig optimale 61 oplossing. Het buizennetwerk moet worden verbonden met twee boilers en de overgang van het ene naar het andere kan niet worden geautomatiseerd. Men moet dus kiezen op welk moment men overgaat van het ene systeem naar het andere, met alle schattingen die dat inhoudt. De gekoppelde bijverwarming: De aankoop van een hulpsysteem, gekoppeld aan een zonneboiler, is een beduidend meer doeltreffende, meer comfortabele oplossing. Vandaag de dag profiteert ze van perfect beheerste technologieën, die de overgang van het zonnesysteem naar bijsysteem kunnen optimaliseren. Men spreekt over een gekoppeld hulpsysteem als dit met hetzelfde opslagvat werkt als de zonneboiler. Het opslagreservoir is dus gemeenschappelijk, de energiebron is echter verschillend. Op de markt zijn verschillende technieken verkrijgbaar die 1 2 kunnen worden uitgevoerd. We analyseren ze in detail. De werking van de gekoppelde bijsystemen 1. Intern gekoppeld systeem Een intern gekoppeld of elektrozonnesysteem doet een beroep op elektrische energie om de bijverwarming van het water te garanderen in het geval van gebrek aan zon. In dit systeem is het opslagvat niet alleen uitgerust met een zonnewarmtewisselaar in de vorm van een spiraalbuis, bevoorraad door collectoren, maar ook met een klassieke elektrische weerstand, gelijkaardig aan degene die men in de boilers van een traditioneel heetwatertoestel vindt. Een systeem van sonde en regelaar brengt de elektrische weerstand automatisch op gang als de warmte, geproduceerd door de collectoren, onvoldoende is om het warm sanitair water op de gewenste temperatuur te brengen. Dit interne gekoppelde systeem is eenvoudig en goedkoop omdat alles geïntegreerd is in dezelfde boiler, maar het verbruikt veel elektriciteit. 2. Extern gekoppeld systeem De externe koppeling, ook water/zonnesysteem genoemd, zorgt voor een aanvulling van calorieën door toedoen van een tweede warmtewisselaar, verbonden met een verwarmingsketel aan afvoerzijde. Met andere woorden, het opslagvat is uitgerust met twee spiraalbuizen: de ene is verbonden is met de zonnecollectoren en de andere met de verwarmingsketel. Net als in het vorige systeem zorgt een regelaar voor de automatische overgang van de ene energiebron naar de andere. Deze regelaar is meestal ontworpen om altijd voorrang te geven aan de bron van zonne-energie. De toevoer van de externe verwarmingsketel wordt pas op gang gebracht indien nodig, dat wil zeggen als het verwarmde water in de collectoren niet meer de nodige temperatuur bereikt voor de werking van het systeem. De verwarmingsketel die wordt gebruikt voor de aanvulling kan van allerlei types zijn. Het kan gaan om een klassieke verwarmingsketel op gas of omcondensatieketel. Het kan ook
gaan om een verwarmingsketel op stookolie, degene die al de verwarming van de woning bevoorraadt bijvoorbeeld. Er bestaan ook installaties die als aanvulling werken met een verwarmingsketel op hout (blokken, plaatjes of pellets) of zelfs met een warmtepomp. Ongeacht de brandstof of de warmtebron, elk systeem ontworpen om een verwarmingsnet in huis te bevoorraden, kan worden gebruikt als aanvulling op een zonneboiler. Als deze oplossing wordt weerhouden, is het aanbevolen het opslagvat in de buurt van de verwarmingsketel te plaatsen om de geproduceerde warmte te optimaliseren door de afstand tussen de warmteproductie en de opslag ervan zo kort mogelijk te houden. 3. Gekoppeld geïntegreerd systeem De meest recente en de meest ontwikkelde technologieën bieden tegenwoordig geïntegreerde oplossingen. Het principe ervan is eenvoudig en bestaat erin de aanvullende warmtebron, meestal een verwarmingsketel op gas die weinig plaats inneemt, op te nemen in dezelfde mantel als de opslagboiler. Het perfect geïntegreerde systeem is één volume en niet alleen compacter, alles is ook geoptimaliseerd in termen van rendement. Een elektronische regelaar met digitaal bedieningspaneel stuurt het systeem automatisch in functie van de gewenste parameters. Het beheer van de twee energiebronnen is perfect geoptimaliseerd want in die zin ontworpen, waardoor de beste rendementen van de markt kunnen worden verkregen. Deze geïntegreerde systemen zijn verkrijgbaar in een ruim gamma volumes, wat keuzemogelijkheden biedt. Men kan het uitsluitend gebruiken om warm sanitair water te produceren. Maar men kan ook het verwarmingsysteem van de woning koppelen aan de productie van warm sanitair water. Het resultaat is dan een heel compact systeem met een optimale rentabiliteit. diversiteit is echter voordelig voor de ontwikkeling van zonnekits omdat ze een oplossing biedt voor het overgrote merendeel van persoonlijke situaties. Als u een nieuw huis bouwt, kan alles en lijkt de installatie van een geïntegreerd systeem een interessante oplossing. Als u een oude woning renoveert of als u gewoon zonnepanelen wil toevoegen aan een bestaande installatie, zal u zich moeten aanpassen. De koppeling aan uw verwarmingsketel kan dan een oplossing zijn. Algemeen gesproken zijn er geen ideale oplossingen. Alles hangt af van meerdere criteria: de streek waarin u woont, de gezinssamenstelling, het volume van de woning, de ligging ervan Neem uw tijd om de verschillende mogelijke oplossingen te bekijken met één of liefst meerdere installateurs vóór u beslist. Opgelet, deze moeten erkend zijn om te kunnen genieten van overheidssubsidies voor de installatie van een systeem van zonneverwarming. waarborgt tussen alle onderdelen van het systeem. Collectoren FKT en systeem «Solar» van Junkers 7 & 8. De collectoren van deze zonnekit zijn perfect geïntegreerd in het dak en bevoorraden een warmwaterboiler (200, 300 of 500 liter). De transfergroep waarborgt de regeling van het hele systeem. Systeem «Gemelios» van Geminox 3 4 5 6 Op het moment van de keuze Gezien de diversiteit van voorzieningen en systemen die we net hebben toegelicht, is de keuze niet altijd gemakkelijk. Deze 7 8 62