Werking / besparing zonneboiler

De zon is een onuitputtelijke bron van energie; schoon en gratis. Zonne-energie kunnen we gebruiken om huizen te verwarmen, tapwater te verwarmen en om elektriciteit op te wekken. In de eerste twee gevallen maken we gebruik van een zonneboiler.

De werking van een zonneboiler

Een zonneboiler verwarmt water net als een gewone warmwaterboiler.  Het verschil is, dat het water door de zon wordt verwarmd en niet door een CV-ketel of een elektrisch element. De zonnewarmte wordt opgevangen met een collector; een zwarte plaat of vacuumbuis met een speciale titanium coating  (spectraal selectief), aan de onderkant geïsoleerd en van boven afgedekt met ijzerarm solarglas. Meestal wordt deze collector op het dak gemonteerd. Binnen in de woning staat een voorraadvat (de boiler) opgesteld en aangesloten op de waterleiding. De collector en het voorraadvat zijn met elkaar verbonden door geïsoleerde leidingen of slangen waarin een warmte-overdrachtsvloeistof circuleert (water met glycol).
Dit circuit zorgt er voor dat de warmte wordt overgedragen aan het leidingwater in het voorraadvat. Als er voldoende zon is, kan het water in het voorraadvat net zo heet worden zo niet heter worden als in een gewone warmwaterboiler. Op jaarbasis bespaart men minstens 60% aan energiekosten op warm water.

Altijd voldoende warm water

Er is niet altijd genoeg zon om het water te verwarmen tot bijvoorbeeld 60°C. Daarom wordt een zonneboiler vaak aangesloten op een gewoon warmwatertoestel, die het water bijverwarmt. Er zijn meerdere soorten warmwatertoestellen: gasgeisers, gasboilers, Hr-ketels, enz. Met uitzondering van een keukengeiser, zijn vrijwel alle warmwatertoestellen geschikt als naverwarmer voor een zonneboiler. Er is ook een zonneboiler met geïntegreerde naverwarming. Dit systeem wordt “hot-top” of “CV-boiler” of zonneboilercombi genoemd. In het voorraadvat zit dan een elektrisch verwarmingselement of een CV-spiraal om het water indien nodig extra te verwarmen. In beide gevallen spaart men een apart warmwatertoestel uit. 

De plaats van een collector

De collector wordt op een plat of een schuin dak gemonteerd. Om zoveel mogelijk direct zonlicht op te vangen, moet de collector enigszins op de baan van de zon gericht worden. In Nederland worden de beste resultaten verkregen bij een oriëntatie tussen zuidwest en zuidoost,in een hellingshoek tussen 30 en 40 graden. Het voordeel van de ZiZon collectoren is dat de buizen altijd met het absorberoppervlak naar de zon uitgericht kunnen worden. Hierdoor is het rendement van de zonneboiler optimaal gewaarborgd. 

Werking PV module

Een zonnepaneel of PV-paneel is een paneel dat zonne-energie omzet in elektriciteit. Hiertoe wordt een aantal fotovoltaïsche cellen (wafers) op een kunststof paneel gemonteerd en gesoldeerd en afgewerkt met een aluminium profiel.

Zonnecellen zijn over het algemeen gemaakt van silicium. Dat silicium bestaat uit twee lagen. Onder invloed van licht gaat er tussen de twee lagen een elektrische stroom lopen. Daarom heten zonnepanelen ook wel fotovoltaïsche cellen (Grieks photos: licht, en Volt naar de eenheid van elektrische spanning). Afgekort wordt gesproken van PV-systemen. Een andere vorm van PV zijn de elementen gemaakt met de dunnelaagtechnologie. Hierbij wordt gebruikgemaakt van amorf silicium. Deze elementen hebben een lager rendement, maar zijn ook beduidend goedkoper. Het rendement van gangbare zonnecellen ligt tussen ca. 5 en 15%, waarbij de cellen met betere rendementen wel duurder zijn.

Fotovoltaïsche zonnepanelen benutten zonlicht of daglicht, waarbij door de absorptie van fotonen in de zonnecellen een spanning ontstaat die wordt gebruikt om elektriciteit op te wekken. De fotovoltaïsche opgewekte stroom kan aan het lichtnet geleverd worden (netgekoppeld systeem), in accu’s opgeslagen worden (voor verlichting of bijvoorbeeld voor communicatiesystemen op afgelegen plekken) of direct gebruikt worden om bijvoorbeeld een pomp aan te drijven (autonoom systeem). Een zonnecel die met zijn esthetische kwaliteit bijzonder geschikt is voor zichtbare architecturale toepassingen, is de achtercontactcel. Die wordt zo genoemd omdat alle elektrische contacten op de achterzijde plaats vinden en de voorkant een nauwelijks zichtbaar metalen raster heeft, zonder storende dubbele metaalstroken. Dat resulteert ook in een grotere bruikbare oppervlakte van de cellen en hoeveelheid geleverde stroom.

Opbrengst

De opbrengst van een zonnepaneel is afhankelijk van een aantal factoren:

  • Opwaartse hellingshoek van invallend zonlicht; een zonnepaneel op de noorderbreedte van Vlaanderen en Nederland levert de hoogste opbrengst wanneer het een hellingshoek van 35° (tot 36°) heeft. Bij hellingshoeken tussen 20° en 60° is de jaaropbrengst slechts 5 % lager.
  • Zijwaartse hoek : optimaal wanneer het paneel stationair gericht is op 5° ten westen van het zuiden. Bij oriëntaties tussen zuidoost en zuidwest is er slechts 5% verlies op jaarbasis. Met een meedraaiend paneel, wanneer het zonlicht er loodrecht op blijft vallen, stijgt uiteraard de productie.
  • Oppervlak (lengte maal breedte). Maar ook hoe de panelen aan elkaar zijn bevestigd (parallel of serieel).
  • Rendement; het percentage van de energie in het op het zonnepaneel vallende zonlicht dat wordt omgezet in elektriciteit. Verschillende typen zonnecellen hebben een verschillend rendement. Door onderzoek en ontwikkeling stijgen de rendementen nog voortdurend.
  • Het achterliggende systeem; bij een autonoom systeem speelt de grootte van het opslagsysteem een belangrijke rol. Wanneer dit vol is kan er namelijk geen energie meer bij. Het paneel werkt dan voor niks.
  • Zoninstraling; de hoeveelheid opvallend zonlicht bepaalt in belangrijke mate de opbrengst. Ook als het bewolkt is, werkt een zonnecel. Wolken houden slechts een deel van het zonlicht tegen – de rest van de stralen verspreiden ze – en in gebieden dicht bij de evenaar is de opbrengst hoger dan in meer gematigde gebieden. Aan de Franse Rivièra, waar veel minder bewolking is, levert de zon toch slechts 1,5 keer zoveel energie als in Nederland.

Om het vermogen van zonnepanelen te kunnen vergelijken zijn er standaardcondities opgesteld : een instraling van 1000 Watt/m2, waarvan het spectrum overeenkomt met het spectrum van zonlicht bij een luchtmassa van 1,5 en een celtemperatuur van 25°C. Het maximale elektrische vermogen van een zonnepaneel onder deze condities wordt het piekvermogen genoemd en wordt geschreven als Wp (Wattpiek).