Toepassingen
Twee courante toepassingen van thermische zonne-energie in woningen zijn
- de productie van sanitair warm water met individuele of collectieve zonneboilers en
- de ondersteuning van de verwarming met gecombineerde thermische zonnesystemen (COMBI).
Gecombineerde zonnesystemen zijn volwaardige verwarmingsinstallaties die een zeer variabel gedeelte van de jaarlijkse verwarmingsbehoeften van een woning kunnen dekken – van minder dan 15% tot meer dan 50%, afhankelijk van de grootte van het collectorveld, het opslagvolume, de warmtebehoefte van het gebouw en de klimaatzone – en die een belangrijk gedeelte van het dagelijks verbruikte sanitair warm water kunnen produceren.
COMBI-systemen gebruiken zonnestraling als primaire energiebron, maar moeten altijd worden aangevuld met een bijkomende energiebron (gas, stookolie, hout, elektriciteit...) om de comforttemperatuur van het sanitair warm water en van de verwarmde lokalen te verzekeren.
Zonnekoeling: een veelbelovend alternatief voor de klassieke koelsystemen met dampcompressie
Thermische zonne-energie wordt ook gebruikt om de compressor van absorptiekoelers en koelsystemen met verdamping te voeden, op temperaturen van 60 tot 95 en zelfs 110°C. Deze koelsystemen met zonne-energie kunnen het elektriciteitsverbruik met een factor 20 verlagen in vergelijking met de gebruikelijke koelsystemen met dampcompressie. De meeste installaties in Europa zijn proefprojecten. Vanwege de typische bezonning van het Belgische klimaat vormen ze in onze streken (nog) geen economisch interessant alternatief.
Soorten individuele zonneboilers
In ons deel van de wereld worden twee soorten individuele zonneboilers courant gebruikt: systemen onder permanente druk en leegloopsystemen. Het zijn allebei indirecte systemen - ze gebruiken een warmtegeleidende vloeistof om de thermische energie naar een opgeslagen watervolume over te brengen – met gedwongen circulatie (een elektrische pomp zorgt voor de doorstroming van de warmtegeleidende vloeistof).
Zonneboiler onder permanente druk (links) en met leegloopsysteem (rechts)
Vergelijking van de kenmerken van de twee courant gebruikte types zonneboilers
| Systeem onder permanente druk | Leegloopsysteem |
|---|---|
| De warmtegeleidende vloeistof onder druk moet bestand zijn tegen extreme temperatuurverschillen (typisch -30°C tot meer dan 160°C). | De warmtegeleidende vloeistof wordt normaal niet blootgesteld aan vorst of temperaturen boven de 100°C. |
| Alleen speciaal voor zonnesystemen ontworpen glycolmengsels zijn jarenlang bestand tegen deze thermische schokken. | |
| Een afvoertank is niet nodig. De vloeistof blijft in de zonnekring (behalve bij sterke oververhitting, wanneer ze naar het expansievat gaat). | Op de retourleiding naar de collectoren is er een afvoertank geïnstalleerd om de vloeistof in de collectoren en in de niet tegen vorst beschermde leidingen op te vangen als de pomp zou uitvallen. In sommige systemen gebeurt de afvoer via de spiraal van de zonnewarmtewisselaar. |
| Men hoeft geen minimaal verloop van de zonneleidingen te respecteren. De zonnekring mag alleen geen hoge en lage punten bevatten. | De installatie loopt leeg onder invloed van de zwaartekracht, zodat de leidingen een verloop van ten minste 2% moeten hebben opdat de vloeistof zou afvloeien. |
| De zonnepompen zijn typisch circulatiepompen voor verwarmingssystemen; ze hebben een laag vermogen en maken weinig lawaai. | Sommige systemen zijn relatief lawaaierig tijdens het leeglopen/vullen. |
| De primaire kring moet uitgerust zijn met een veiligheidsgroep, bestaande uit een expansievat, afsluiters en een op een afvoertank aangesloten veiligheidsklep. | Er bestaat geen gevaar voor oververhitting van de warmtegeleidende vloeistof. Er is geen beveiliging tegen oververhitting nodig. |
| Het expansievat van de zonnekring moet voldoende groot zijn om in het geval van oververhitting de uitzetting van het totale volume van de vloeistof op te vangen (met een veiligheidscoëfficiënt). | Aangezien er geen gevaar voor oververhitting bestaat, gaat de vloeistof nooit over naar de dampfase; er is dus geen expansievat nodig. |
| De circulatiepomp (die tegen hoge temperaturen bestand is) heeft een laag vermogen, want ze dient alleen om de vloeistof in beweging te houden en ladingverliezen in de zonnekring op te vangen. | Tijdens het opstarten moet de circulatiepomp voldoende krachtig zijn om de manometrische hoogte tussen de afvoertank en de collectoren te overwinnen. |
| vereist een regelmatige controle van de manometrische druk, de spanning in het expansievat, de kalkaanslag op de veiligheidskleppen en de dichtheid van de warmtegeleidende vloeistof. | Als men het verloop respecteert en als de primaire kring volledig luchtdicht is en geen warmtegeleidende vloeistof laat ontsnappen, is het onderhoud beperkt. |
De grote systemen voor de productie van sanitair warm water met thermische zonne-energie kunnen ofwel onder permanente druk werken, ofwel met automatische leegloop van de collectoren en de buitenleidingen als de zonnepomp uitvalt. Een belangrijk verschil tussen collectieve en individuele zonneboilers is dat het eerst type meestal 'op maat' wordt geassembleerd terwijl het tweede in de fabriek wordt geprefabriceerd. Daaruit volgt dat de beproevingsnormen voor de 'individuele' en de 'collectieve' systemen verschillen.
'In serie' tegenover 'op maat gemaakte' installaties voor zonneverwarming
In serie geproduceerde installaties voor zonneverwarming worden in partijen gemaakt, dragen een commerciële naam en worden als volledige systemen verkocht, klaar om te worden geïnstalleerd en met een vaste configuratie. De installaties van deze categorie worden als unieke producten beschouwd en in hun geheel geëvalueerd. Wanneer een in de fabriek geprefabriceerde zonneverwarmingsinstallatie wordt gewijzigd (door haar configuratie of een van haar componenten te veranderen), wordt de gewijzigde installatie als een andere installatie beschouwd. De beproevingseisen en -methoden voor zonneverwarmingsinstallaties in serie worden beschreven in de norm EN 12976.
'Op maat geassembleerde' zonneverwarmingsinstallaties zijn unieke assemblages van onderdelen die men uit een gamma van componenten kiest. Installaties van deze categorie worden als een geheel van componenten beschouwd. De eisen voor op maat geassembleerde zonneverwarmingsinstallaties worden beschreven in de norm EN 12977. Men onderscheidt twee categorieën van op maat geassembleerde zonneverwarmingsinstallaties:
- grote op maat geassembleerde installaties voor specifieke toepassingen, met een combinatie van verschillende componenten in een unieke installatie. Ze worden meestal ontworpen door in verwarming gespecialiseerde ingenieurs of fabrikanten.
- kleine op maat geassembleerde installaties, beschreven in een zogenaamd assortimentdossier dat alle componenten en mogelijke configuraties van de door het bedrijf op de markt gebrachte installatie specificeert.
