Nieuws: TUTORIAL - EEN THERMISCH ZONNEPANEEL BOUWEN

Het thermische zonnepaneel heeft een rendement dat 3x hoger is dan de fotovoltaïsche panelen voor het verwarmen van water (wetende dat 80% van de elektriciteit wordt gebruikt om water te verwarmen), namelijk 400 tot 500W/m²s.

Gemiddeld heeft de thermische motor een rendement van 30%, het fotovoltaïsche paneel 20% en de zonnecollector 60%.

Een stalen radiator voor:

Un enkele beglazing in een houten frame voor :

Een recuperatietank/boiler voor directe verwarming:

Kostprijs :

Reken bij wijze van indicatie 40 tot 90€ voor de radiator en de beglazing bij de ressourcerie, 100 tot 120€ voor de tank (+ 70€ voor een koperwisselaar als u een indirecte verwarming integreert) en 30€ voor het hang- en sluitwerk en diverse gereedschappen (loodgietersverbindingen, schroeven, verf, olie, huur van gereedschap enz.)

Er zijn twee manieren om een zonneboilersysteem te ontwerpen.

Ofwel is de verwarming  «direct», d.w.z. dat het sanitair warm water door de zonnecollector loopt en een groot circuit vormt tot aan het gebruikspunt (bv. een douche). Het is dus hetzelfde water dat met de thermische zonnecollector wordt verwarmd en waarmee bijvoorbeeld een douche wordt genomen.

Ofwel is de verwarming « indirect », d.w.z. de zonnecollector verwarmt een antivriesvloeistof (warmteoverdrachtsvloeistof) in een gesloten koperen circuit. Dit komt niet in contact met het verwarmde water, aangezien er twee verschillende circuits zijn. Het circuit van de warmteoverdrachtsvloeistof loopt door het reservoir met het te verwarmen sanitair water, en zal dit door de uitwisseling van warmte indirect verwarmen. Dit warme water circuleert dan naar de plaats van gebruik.

Het indirecte verwarmingssysteem heeft het voordeel dat het niet onderhevig is aan vorst en in de winter niet hoeft te worden afgetapt. Isolatie van het koperen circuit is noodzakelijk om de verliezen tussen de collector en het reservoir waar de warmte-uitwisseling plaatsvindt tot een minimum te beperken.

De verwarming kan ook worden ontworpen door deze twee verschillende processen te combineren. De tank moet worden aangepast en deze twee onafhankelijke circuits binnenin bevatten. Deze oplossing maakt het mogelijk het hoofd te bieden aan slecht weer en het risico van legionella te verminderen door een behoorlijke verwarming door een andere warmtebron mogelijk te maken.

Legionella is een bacterie die zich ontwikkelt wanneer het water stagneert in knopen en dode uiteinden in het circuit en wanneer het water niet voldoende wordt verwarmd om het te vernietigen. In het begin en voor een optimale veiligheid wordt daarom bij voorkeur het water in de tank verwarmd tot een temperatuur hoger dan 55°C om een eventuele proliferatie van legionella in het stilstaande water in het circuit te vernietigen. Het is ook mogelijk het watersysteem eenmaal per jaar van azijn te voorzien of een curatieve knop te installeren die om de drie maanden moet worden vervangen (kosten: 30-40€ per curatieve knop).

Als de tank een groot volume heeft, moeten meerdere panelen parallel worden aangesloten. De retourstroom wordt verzorgd door een « T » aansluiting. Vermijd het plaatsing van panelen in serie omdat dit kan tot oververhitting en schade aan de panelen leiden.

Gemiddeld is 50L/dag per persoon nodig voor sanitair warm water (40°C). Dit komt overeen met 1m² collector per persoon (met een rendement van 500W/m²s). Bij deze handleiding zijn de vervaardigde panelen vrij zwaar door de keuze van de materialen. Wij denken daarom aan panelen van 1m² om het transport en de installatie te vergemakkelijken.

Een beetje meer theorie om te begrijpen hoe het paneel werkt …

Het doel van thermosyfoon is water in het systeem te laten circuleren zonder het gebruik van een pomp (en dus zonder energie van derden) en op basis van natuurkundige principes. In een tank zet warm water uit en stijgt het op natuurlijke wijze naar boven, terwijl kouder water verdicht en naar de bodem van de tank zakt. Volgens dit principe is het mogelijk water te laten circuleren door aanzuiging of overheveling. Als het verschil in temperatuur van het water boven en onder in het reservoir groot genoeg is, kan de beweging van het warme water naar boven, een circulatie in het hele systeem veroorzaken (door convectie).

Het is een hevel die werkt door temperatuurverschil, d.w.z. een thermosifon!

In de praktijk vereist de thermosifon enkele aanpassingen om te kunnen functioneren. Het effect van een watertoren moet worden nagebootst door de watertoevoer hoog te plaatsen om het circuit onder druk te zetten en de hevel aan te vullen. Knikken en U-bochten moeten bij het ontwerp van het circuit worden vermeden om een maximaal drukverlies (d.w.z. de daling van de waterdruk) te voorkomen. Daartoe moet het paneel niet te ver van de tank worden geplaatst, zodat het circuit niet te lang wordt. (Bij meer dan 3 tot 4 m per m² paneel moet een circulatiepomp worden overwogen.) Ook het hoogteverschil tussen het midden van de collector en het midden van het reservoir moet in aanmerking worden genomen. De collector moet lager liggen dan het reservoir, zodat het warme water van de ene naar de andere kan circuleren.

Dit mechanische en low-tech thermosysteem kan worden vervangen door een kleine 12V circulatiepomp. Deze circulatiepomp meet het temperatuurverschil tussen de waterinlaat en -uitlaat van het paneel en laat het water circuleren zodra dit verschil 40°C bereikt, bijvoorbeeld.

Ook is in alle gevallen een expansievat nodig, omdat warm water uitzet, meer ruimte inneemt en het systeem kan doen uitbarsten als het niet wordt geëxpandeerd. Op het hoogste punt van het circuit wordt een open expansievat geplaatst om te voorkomen dat het circuit leegloopt. Een gesloten expansievat kan overal in het systeem worden geplaatst, vaak naast de tank. Ontluchters zijn ook nodig om te voorkomen dat luchtbellen in het systeem vast komen te zitten.

De veiligheidsgroep die normaal gesproken op de vatten aanwezig is, is vaak verouderd of disfunctioneel. Het moet worden vervangen of op zijn minst gecontroleerd. Denk eraan de mantels en leidingen te isoleren om het warmteverlies in het circuit te beperken.

Om het paneel en zijn prestaties te optimaliseren, zijn er twee fysische fenomenen waarvan men zich bewust moet zijn en waarmee men moet spelen.

_ Absorptie:

_ Het broeikaseffect:

~> Het water wordt verwarmd tot een maximale temperatuur van 65°C

Idealiter komen de zonnestralen loodrecht op de collector aan, zodat er een minimale afstand van lucht en materiaal is die moet worden overbrugd. De collector moet daarom loodrecht op de zon worden geplaatst. Afhankelijk van het seizoen varieert de hoek die de zon maakt met het horizontale vlak. Om de collector zo loodrecht mogelijk op de zonnestralen te houden en hoeken tussen 0° en 15° te vermijden, zal men geneigd zijn het paneel op 30° van het horizontale vlak te plaatsen.

Dit komt doordat de invalshoeken tussen 0° en 15° van de lichtstralen te laag zijn om voldoende verwarmingskracht te hebben zodra zij de sensor bereiken. Onder deze hoeken moeten de stralen een grote afstand van lucht en materiaal overbruggen voordat ze bij de collector aankomen, wat meer verlies betekent.

Het is ook mogelijk een systeem te ontwerpen dat het paneel gedurende de dag en het seizoen roteert, zodat het altijd loodrecht op de stralen staat, of dit handmatig meerdere malen per dag, per maand, per jaar te doen. Een andere manier om de bijdrage van de stralen te optimaliseren is het plaatsen van een bolle ruit om de stralen op de collector te concentreren.