Duurzame energie is leuk, nog leuker is het om duurzame energie op te wekken met een eigen bouwsel!

Helaas zijn de kosten van PV panelen en zonneboilers dermate hoog dat ik er veel over heb nagedacht, of er geen betaalbare manier te vinden zou zijn om de enorme hoeveelheid gratis warmte en licht van de zon nuttig te kunnen gebruiken. Temeer omdat ons huis over een groot schuin dak beschikt pal op het zuiden. Zo ben ik vorig jaar eens gaan experimenteren met het verwarmen van water met zonlicht en daaruit kwam het idee voort om eens een experimentele zonneboiler in elkaar te knutselen.Het doel daarbij was vooral om te testen hoe je met zo weinig mogelijk kosten zoveel mogelijk zonnewarmte zou kunnen opvangen.

Testopstelling

De gebruikte materialen zijn op het watervat na, alle eenvoudig verkrijgbaar bij bouwmarkten, tuincentra en tweedehands winkels (Marktplaats)

Constructie

Na enkele mislukte ontwerpen voor een collector ben ik uiteindelijk uitgekomen op een aluminium plaatconstructie met daarop gekitte geleidebanen voor het warmtemedium. Het doel hiervan is, om de vloeistof direct contact met de plaat te laten maken i.p.v. via buizen, zodat de opgevangen warmte zo efficiënt mogelijk wordt afgegeven aan de vloeistof. Hiervoor zijn aluminium U-profielen prima geschikt, deze lopen zigzag van boven naar beneden over de vier 1 m2 grote platen met een tussenruimte van ca. 10cm. Met een sterke vloeistofdichte kit moeten deze ondersteboven op de plaat gekit worden zodat de vloeistof tussen plaat en U-profiel kan stromen. Aan de uiteinden van de constructie moet een aluminium buisje worden ingekit waarop de aan en afvoerslangen kunnen worden aangesloten. Het kitten is nog het lastigste deel van de collector, de meeste kitten gaan lekken en zijn bovendien niet erg solide. Uiteindelijk blijkt vijverkit die gebruikt wordt om EPDM vijverfolie waterdicht te verbinden, de beste oplossing, deze is zeer sterk, hecht uitstekend op aluminium en maakt de boel prima waterdicht. Het kitten gaat het best wanneer de profielen met wat zware stenen gefixeerd worden zoals op de foto te zien is, zodat ze niet kunnen verschuiven.

Profielen op de plaat gekit

Wanneer de collector helemaal vloeistofdicht is gemaakt, moet hij zo zwart mogelijk worden gemaakt zodat hij het invallende zonlicht goed absorbeert. Hiervoor is gewoon roet prima geschikt, beter dan bijv. zwarte verf, die altijd glanst en zo veel zonnestraling weerkaatst. Gewoon een kwestie van de plaat omkeren en er dan met een bekertje brandende terpentine onderlangs bewegen, zodat de vette walm van de vlam zich als een mooie dofzwarte laag op het aluminium afzet. Daarna de collector aan de onderzijde isoleren om warmteverlies tegen te gaan, aan de bovenzijde om dezelfde reden een plaat kweekkasfolie aanbrengen en de collector is gereed.

Voorraadvat

Het boilervat bevindt zich tussen de waterleiding en de drinkwater ingang van de CV combiketel, zodat het boilerwater bij een te lage temperatuur automatisch wordt bijverwarmd, zo hebben we dus gewoon altijd voldoende warm water uit de kraan.

Zonnecircuit

Het zonnecircuit heb ik ook weer zo eenvoudig en voordelig mogelijk gebouwd, een koelbox dient als buffervat, het warmtemedium bestaat uit een mengsel van 50% demi-water en 50% long-life auto-koelvloeistof. Dit wordt via een tweedehands CV pomp omhoog naar de collectoren gepompt en stroomt dan via de U-profielen zigzag over de platen, daarna via de warmtewisselaar van het boilervat weer terug naar de buffer.
De zwarte spiraalslangen zoals die ook voor tuinvijvers gebruikt worden, voldoen het beste, gewone slangen gaan gemakkelijk knikken als ze warm worden en zijn daarom minder bruikbaar. Bovendien pikt zo’n zwarte slang onderweg ook nog een beetje zonnewarmte op! Om de pomp op de juiste momenten te laten inschakelen gebruik ik twee NTC weerstandjes, eentje aan de onderzijde van het onderste paneel gekit, de andere op een metalen plug op het boilervat. Een IC vergelijkt beide weerstanden en zodra de platen warmer worden dan de boiler, en dus weerstand 1 lager wordt dan weerstand 2, wordt een relais ingeschakeld dat op zijn beurt de pomp inschakelt.

Elektronisch schema temperatuurvergelijker

R6,R7 en R10 zijn 4.7K
R8 en R9 zijn 2.7K
RV2 is een potmeter van 1K
In plaats van D4 heb ik een condensator van 100uF gebruikt, om het relais rustig te laten schakelen.
Voor D2 en D3 heb ik NTC weerstanden van 1K gebruikt.
IC2 is de LM741
Q2 tenslotte is een power transistor AD149 uit een oude voeding gehaald.

Materiaalkosten

Alles bij elkaar heeft deze zonneboiler plusminus 885 euro gekost, waarvan 450 voor het boilervat en ook het gebruikte aluminium kostte circa 180 euro, de overige materialen zijn voordelig en gemakkelijk verkrijgbaar. Oftewel voor minder dan een vijfde van de prijs van een commerciële installatie, kan een ieder met een gunstige dakligging op eenvoudige wijze zonnewarmte opvangen om een groot deel van het jaar brandstofloos te kunnen baden en douchen!

Prestaties

Inmiddels is de boiler nu ruim een jaar in werking, het lijkt me wel aardig om met de lezers van Olino wat ervaringen te delen wat betreft de prestaties. Om te beginnen: De berekende opbrengst in 2011 is 2,53GJ. Dit komt ongeveer overeen met ruim 80 kuub Gronings aardgas, wat 4,5% is van ons jaarverbruik. Professionele zonneboilers beloven een jaaropbrengst van 4 a 5 GJ maar kosten dan ook wel tot 5 maal zoveel dan deze zelfbouwinstallatie!

Opbrengst 2011 uitgedrukt in Joule (J)

Dus eigenlijk kan ik best tevreden zijn met dit resultaat, zeker als ik kijk naar de opbrengst per geïnvesteerde euro. De opbrengst is gemeten door dagelijks de temperatuur van de boiler ’s morgens te meten en daarna in de vroege avonduren opnieuw. Uit het temperatuurverschil kan dan de geschatte energieopbrengst worden berekend. Toegegeven, heel erg nauwkeurig is deze methode niet, temeer omdat het overdag afgetapte warmwater niet kan worden meegeteld. Dit is dus niet gemeten energie die echter wel degelijk is opgewekt. Anderzijds gebruikt de pomp van de boiler ook nog de nodige elektriciteit, wat weer een rendementsverlies is, echter komt ook deze energie uiteindelijk als warmte in het boilerwater terecht, maar uit de dagelijkse waarnemingen van een jaar kan toch heel aardig het opgewekt vermogen van de collectoren berekend worden, aangezien de tijd dat de pomp heeft gelopen wel op de minuut nauwkeurig kan worden gemeten. Dit blijkt rond de 1200W te liggen. En zo kan ik op dagen dat het hele gezin overdag gedoucht heeft, toch een goede schatting maken van de opgevangen energie aan de hand van de draaiuren.

Op het dak bevestigd

Factoren die van invloed zijn op de opbrengst

Factoren die van grote invloed op de opbrengst blijken te zijn:

• Natuurlijk het aantal uren zon op een bepaalde dag, met name in het voor- en naseizoen is de zon doorslaggevend, vooral de uren tussen 10:00 en 16:00 levert de zon maximaal warmte, in de zomer vanwege de zomertijd schuift dit een uur op.
• Het verbruik van warm water.Wanneer er weinig warm water wordt verbruikt kan de boiler niet presteren, immers in tegenstelling tot PV is terugleveren van energie aan het net niet aan de orde, dus meer dan het eigen verbruik kan er niet worden opgewekt. Met name in perioden met zeer zonnig weer, zoals we die in het voorjaar van dit jaar 2011 hebben gehad, is dit effect zeer goed merkbaar.
• De verzadigingstemperatuur. Hoe hoger de temperatuur oploopt, hoe minder energie de collectoren leveren. Immers er ontstaat bij een bepaalde temperatuur een evenwichtsituatie tussen in en uitgestraalde warmte op de collectoren. Bij het ontwerp zoals het er nu bij ligt, ligt deze temperatuur in de zomer rond 60 graden, in de winter zakt deze tot rond 25 graden op een zonnige dag in december en januari. Bij ons gemiddelde warmwaterverbruik hebben we daardoor in de zomermaanden genoeg aan ongeveer 3 uur zon per dag, de dagen dat deze zonne-uren gehaald worden kunnen we volledig op zonnewarmte douchen. Waarschijnlijk ligt in deze vrij lage verzadigingstemperatuur het verschil met de professionele apparaten, want indien het water in de boiler koel is, loopt de temperatuur bij een beetje zon wel zeer snel op, om te stokken bij dit evenwichtspunt. Gezegd moet daarbij wel, dat de zeer slechte zomermaanden juli en augustus van dit jaar door gebrek aan zonuren nog niet de maximaal haalbare temperatuur hebben opgeleverd, ik vermoed dat deze rond 80 graden ligt op een zeer warme en strakblauwe zomerdag. Die we deze zomer dus niet gehad hebben helaas… Ieder nadeel heeft gelukkig ook weer zijn voordeel, er hoeven geen maatregelen genomen te worden tegen oververhitting van de installatie!

Toekomstvisie

Zonne-energie kan op dit moment de fossiele brandstof nog niet vervangen, het grote probleem is niet het winnen van deze energie maar de opslag. Als we de zonnewarmte van lente en zomer grootschalig kunnen bufferen, dan kunnen we daar in de winter gemakkelijk bijna brandstofloos ons huis mee warm houden. Misschien zou het mogelijk zijn om een zeer grote goed geïsoleerde waterbuffer onder de grond aan te leggen, die in de zomer met zonnecollectoren verwarmd wordt, en zijn warmte ’s winters afgeeft aan de verwarmingsinstallatie. Maar zolang brandstofprijzen nog relatief laag blijven zal men daar niet in willen investeren, zo werkt de wereld helaas nou eenmaal…. Maar ik hoop dat ik met dit verslag en mijn website anderen kan inspireren om ook eens aan de slag te gaan met zelfbouw zonne-energie en hun bevindingen in te sturen daar deze of mijn site zodat we van elkaar kunnen leren en zo een steentje bijdragen aan het omschakelen naar een meer duurzame energievoorziening waar dat mogelijk is!

Conclusie

Een zonneboiler is een mooie investering die een groot deel van het jaar kan voorzien in de behoefte aan warm water voor bad en/of douche. Financieel levert het bij de huidige prijs voor aardgas echter zeer weinig op. Zou men echter voor zijn warmwater afhankelijk zijn van een elektrische boiler dan is de opbrengst al een stuk interessanter. Hoewel een professionele zonneboiler ruim twee keer zoveel warmte kan produceren dan dit zelfbouw apparaat, is de verhouding tussen investering en opbrengst van deze zelfbouwboiler beduidend beter. Een uitgebreid verslag over de bouw van de zelfbouwboiler, de gebruikte materialen, de kosten van deze materialen, de winkels waar ik een en ander heb aangeschaft, tabellen van de dagelijkse waarnemingen van maand tot maand en foto’s zijn te zien op www.zelfbouwzonneboiler.tk