Wat is een zonnecollector, wat levert deze in de praktijk op en hoe werkt deze samen met de warmtepomp. Op al deze vragen ga ik in dit artikel antwoord proberen te geven.

Dit artikel is niet het eerst verhaal over de zonnecollector op OliNo. Zie hiervoor ook het artikel Mijn eerste stap, de zonnecollector.

Toch is mijn situatie wat anders omdat ik een zonnecollector combineer met een warmtepomp die heel andere eigenschappen heeft dan een CV ketel.

De werking van de zonnecollector

Water wordt in de zon verwarmd. Water in een tuinslang die in de zon licht wordt door deze zon verwarmd. Zo werkt een zonnecollector ook. Ook in de winter als de zon maar een paar uur schijnt kan een zonnecollector genoeg water verwarmen voor het water wat je die dag gebruikt.

Een zonnecollector bestaat uit twee grote onderdelen, een collector en een voorraadvat. De collector is gemaakt van een donker gekleurde plaat (zodat de warmte in de collector blijft) met buizen die er zigzaggend overheen lopen en is afgedekt met een glasplaat van speciaal gehard glas. De temperatuur van de vloeistof die door de buizen stroomt, kan oplopen tot ongeveer 90 graden maar in extreme gevallen nog veel verder.
De collector die in het dak is geplaatst voert de warme vloeistof naar het voorraadvat. In het voorraadvat loopt deze vloeistof door een warmtewisselaar die de warmte overdraagt op het water in het voorraadvat. Wanneer je de kraan open draait stroomt er koud water het voorraadvat in en komt er warm water uit. De temperatuur van dit warme water kan nog te laag zijn, als dit zo is wordt het naverwarmt door de cv-ketel, geiser of warmtepomp.

De verschillende soorten zonnecollectoren

Er zijn 4 verschillende soorten zonnecollectoren: de standaard zonnecollector, de compacte zonnecollector, de cv- zonnecollector en de zonnecollectorcombi deze kunnen uitgevoerd zijn als een vlakke plaat collector maar ook met vacuüm buizen.

Standaard zonnecollector

De standaard zonnecollector wordt alleen voor warm water gebruikt en bestaat uit een collector, een voorraadvat en een cv-ketel.

De collectorvloeistof van een standaard zonnecollector wordt rondgepompt in een gesloten systeem. Dit is nodig omdat er behalve water ook een antivries middel (vaak Glycol) gebruikt wordt. Zonder antivries zou het systeem in de winter kunnen bevriezen.

De collectorvloeistof geeft zijn warmte af aan het leidingwater in het voorraadvat. Dit gebeurt via een warmtewisselaar (een soort spiraal).

CV- zonnecollector

Een cv- zonnecollector is een standaard zonnecollector met een extra warmtewisselaar in het voorraadvat.

Op deze warmtewisselaar is de cv- ketel aangesloten er is dus geen na verwarmer nodig, omdat al het water in het voorraadvat al goed op temperatuur is. Er is nu genoeg water ter beschikking om tegelijk te douchen en af te wassen. Het water van de cv- zonnecollector wordt net als bij de vorige 2 zonnecollectoren alleen voor tapwater gebruikt. Het rendement van dit systeem is dus lager.

Compacte zonnecollector

Ook de compacte zonnecollector wordt alleen gebruikt voor het opwarmen van warm drinkwater. Een compacte zonnecollector is een zonnecollector waarin het leidingwater direct in de goed geïsoleerde collector wordt verwarmd en opgeslagen.

Er is hier dus geen voorraadvat nodig. Ook bij deze zonnecollector kan het zijn dat het water nog niet warm genoeg is en moet het dus nog naverwarmt worden. Deze collector is veel groter en zwaarder dan die bij de standaard zonnecollector omdat hier ook de watervoorraad inzit. Door het hoge gewicht kan deze collector niet in elke dakconstructie worden toegepast.

Zonnecollectorcombi

Bij de zonnecollectorcombi zijn het voorraadvat en de cv- brander samen gevoegd. De collector vloeistof warmt via een warmtewisselaar het water op en als het niet warm genoeg is verwarmd de vlam in het voorraadvat het water verder.

Ook hier is dus het water in het hele voorraadvat op temperatuur. Bij de zonnecollectorcombi wordt de warmte niet alleen gebruikt om tapwater te verwarmen maar ook om het water in de centrale verwarming te verwarmen. Het gesloten systeem van de centrale verwarming loopt via een warmtewisselaar door het voorraadvat, zodat dit water ook verwarmd wordt.

Verschil tussen CV ketel en warmtepomp.

In mijn eerdere artikel Ervaringen met de warmtepomp ben ik ingegaan op de werking van de warmtepomp en mijn eigen toepassing ervan. Omdat een warmtepomp minder goed is in het bereiken van hogere temperaturen wilde ik hiervoor een zonnecollector gaan gebruiken.

Een CV ketel is door zijn hoge capaciteit in staat om in enkele seconden water op te warmen hiervoor wordt vaak een capaciteit van 18 tot 24 kilowatt gebruikt. Een warmtepomp heeft een veel kleinere capaciteit (5 tot 12 kilowatt) en kan dus niet zo snel voldoende water opwarmen. Hiervoor wordt dus een boilervat gebruikt wat afhankelijk van het systeem warm drinkwater of proceswater bevat en in het laatste geval via een warmtewisselaar drinkwater verwarmt.

Bij een zonneboiler is dit echter een belangrijk punt. Veel zonnecollectors hebben een klein boilervat van 100 tot 150 liter waarin koud drinkwater gaat. De zonnecollector warmt deze zoveel mogelijk op. Wordt er vervolgens warm water gevraagd maar is de temperatuur van het water in het vat nog niet voldoende dan warmt de CV ketel dit snel op tot de gewenste temperatuur. Dit is echter niet iets wat de warmtepomp zo snel kan doen. Ik had dus een wat andere configuratie nodig. Bij mijn warmtepomp hoorde een 500 liter boilervat wat flink wat energie zou kunnen bevatten om in de zomer de bewolkte dagen te kunnen overbruggen. Uiteraard zou ik hier in de donkere maanden niet veel aan hebben maar op dagen met veel zon zou ik hier ongeveer 13 kWh aan thermische energie in kwijt kunnen. Dit zou dan voldoende zijn voor ongeveer 650 liter warm water wat in ons geval genoeg zou zijn voor 2 tot 3 dagen. Zeker in de zomermaanden zou dit kunnen betekenen dat een zonnecollector vrijwel alle warm water zou kunnen leveren. In de koudere maanden was het beeld toch wat minder gunstig. Om altijd over warm water te kunnen beschikken houdt de warmtepomp het vat op een temperatuur tussen de 40 en 45 graden. Om de zonnecollector actief te laten bijdragen zou de collector dan tussen de 50 en 55 graden moeten zijn. Dit lukt echter alleen bij onbewolkt weer of in de zomer bij zeer lichte bewolking. Toch leek me de zonnecollector netto de investering wel waard. Ik had een prima plek op het dak naast een dakkapel waar ik door een schaduw risico van een dakkapel toch geen PV panelen wilde plaatsen en ik kon het leidingwerk zelf doen waardoor de kosten beperkt bleven. Ook zit er op zonnecollectoren een forse SDE subsidie die op kon lopen tot bijna 1000 euro voor een systeem. De volgende stap was de keuze van het type zonnecollector naast de talloze leveranciers waren er ook diverse systemen waar uit te kiezen valt.
De vacuüm collectoren vielen ondanks de hogere opbrengst af omdat de veel hogere prijs in mijn configuratie vrijwel zeker niet terugverdient kon worden.

De keuze

De keuze voor mij is gevallen op een collector van HR solar met een theoretische opbrengst van 4.7 GJ. Hierbij hoorde dan een subsidie van bijna 1000 euro.

De installatie

Een zonnecollector wordt ingebouwd in het dak en ligt dus niet zoals bij PV panelen op het dak. Omdat een zonnecollector nogal groot en zwaar is heb ik de leverancier de collector in het dak laten leggen en heb ik zelf de leidingen naar het voorraad vat gelegd. Dit is werk wat eenvoudig zelf te doen is, alleen knelkoppelingen gebruiken en speciale hoge temperatuur isolatie materiaal gebruiken. De leverancier heeft vervolgens de leidingen weer aangesloten op het voorraadvat en de warmtepomp.

De collector. Met drie mensen en een steiger is deze goed te plaatsen. De ligging is vrijwel zuid onder 35 graden.

Op een stralende zonnige dag is de collector in het dak gelegd. Inclusief opbouwen en afbreken van een steiger ongeveer 3 uur werk.

De resultaten

De collector zelf is in september 2009 in het dak geplaatst en werd in december op de warmtepomp aangesloten. Januari en februari telden niet echt mee, eind februari heb ik de pomp even heel kort zien lopen omdat ik een minimale temperatuur van 47 graden nodig heb maar vanaf maart begon de productie te lopen.
Vooral vanaf begin april werd bijna elke dag wel wat geproduceerd. Ook op bewolkte dagen eind mei is er toch nog zoveel licht dat er warmte geproduceerd wordt.

Opbrengst meten

Mijn zonneboiler heeft geen opbrengst meter. Omdat de vloeistof in het systeem in een extreem geval meer dan 150 graden kan worden is hiervoor een speciale hoge temperatuur meter nodig wat ook in Duitsland erg veel geld zou gaan kosten. Hiervan heb ik dus maar afgezien.

Ik kan echter wel berekenen wat de opbrengst per dag is door te kijken naar de temperatuur van het vat in de ochtend en ’s avonds. Zeker als er die dag niemand thuis is krijg ik zo een behoorlijk betrouwbaar beeld.
Uitrekenen wat de opbrengst is gaat heel eenvoudig: om een liter water 1 graad te verwarmen is 4,8 kilo Joule nodig. In mijn voorraadvat zit 500 liter water. Begin april haalde ik zo een opbrengst op een zonnige dag van 14500 kJ wat overeenkomt met 4,02 kWh aan energie.

Na een hete dag op 2 juni 2010 was het vat met 12,4 graden opgewarmd. Dit betekende 29760 kJ aan warmte of maar liefst 8,2 kWh aan energie. Wat toch overeenkomt met 1 m³ aan gas of in mijn geval bijna 2,5 kWh minder aan elektriciteit voor de warmtepomp.

Ik verwacht niet dat dit de echte piek van de installatie zal zijn. Pas eind juni zal de piek in opbrengst bereikt worden en ik verwacht dan op ongeveer 9 kWh aan thermische energie uit te komen.
Toch de moeite waard.

Jerry Pieters, mijn eigen website www.energiebewust.biz

Gerelateerde artikelen

• Mijn eerste stap, de zonnecollector
• Ervaringen met de warmtepomp
• Artikelen over zonne-energie