Zonnecollector

Een zonnecollector is in principe een oppervlak dat de geabsorbeerde zonne-energie verzamelt en middels een pomp de energie naar een boiler brengt. Het overall rendement ligt in de buurt van de 50%. In tegenstelling tot zonnepanelen is dit laagwaardige energie: je kunt het niet overal voor gebruiken. De bruikbaarheid van energie wordt ook wel exergie genoemd. Elektriciteit heeft de hoogste waarde.

Het is ook nuttig om aan de zijlijn even het begrip exergie te benoemen. Dat is een maat voor de bruikbaarheid van de energie. Elektriciteit heeft de hoogst mogelijke waarde (letterlijk overal voor te gebruiken), bij warm water is het veel lager en is afhankelijk van de temperatuur van het water. De opbrengst van de zonnepanelen heeft dus de hoogst mogelijke exergie, bij die van de zonnecollector is de waarde van de exergie laag.

Zie hiervoor: https://nl.wikipedia.org/wiki/Exergie

De warmte kan je ’s zomers gebruiken om te douchen maar als er teveel zon is, moet de warmte op een gegeven moment afgevoerd worden anders raakt het systeem oververhit. Praktisch gesproken kan je het nauwelijks gebruiken om het huis te verwarmen. De opbrengst is immers het hoogst als er het minst behoefte aan is, en omgekeerd. Grappig is de perceptie van mensen die denken dat de zonnecollector in de winter wat doet. Men ervaart warm water in de boiler. Ja, in zekere mate is dat zo maar stel dat er 100 W aan zonne-energie binnenkomt gedurende een paar uurtjes, dan moet je daar wel de benodigde energie van aftrekken benodigd is voor de pomp en elektronica. Per saldo blijft er dan niets over in de winter. De warm water opbrengst in de zomer tikt niet echt aan als we het hebben over de kosten. Ik heb laten zien bij mijn eerdere  gasverbruik dat dit slechts 0,3 m3 per dag is, en dat is inclusief koken. Dit komt overeen met 3 kWh aan energie waarvan bijna 1 kWh voor koken en 2 kWh aan warm water. Dit komt in de zomer gemiddeld overeen met € 0,42 per dag.

Vaak wordt de vraag gesteld of een zonnecollector een goed alternatief is voor zonnepanelen. Zo gesteld is dat zeker niet altijd het geval. De grootste opbrengst is er als er het minste behoefte aan is. Het is dus zeker geen alternatief. Het zou wel een aanvulling kunnen zijn op een bestaande verwarmingsinstallatie.

Laten we eens berekenen of het altijd een goede oplossing is. Stel we nemen een installatie met één zonnecollector van 2,5 m2 en een boiler van 100 l. Deze installatie kost gemiddeld € 2200. De opbrengst aan warmte is 5 GJ = € 65 per jaar. Dit komt overeen met 5000 MJ/ 35 MJ/m3 = 142 m3 aardgas per jaar. Echter in het geval van zonnecollectoren wordt nooit alle warmte gebruikt en moet soms zelfs afgevoerd worden. (Een grotere boiler verbetert dit getal wel iets). Effectief is de besparing op aardgas 100 m3 per jaar. Het verdubbelen van de installatie levert verhoudingsgewijs steeds minder op, omdat er effectief minder van de zonne-energie gebruikt kan worden. Een belangrijkere voorwaarde van zonnecollectoren is dat de collector naar de zon gericht moet worden. Dit is meestal belangrijker dan bij PV-zonnepanelen (Photo Voltaïsch, de elektrische panelen). Dit effect is in de optiek ook bekend als “étendue”. Licht in lenzen (de heatpipes) kan pas gefocusseerd worden (brandpunt) als er gecollimeerd (evenwijdig) licht is. Dat is alleen het geval als er direct zonlicht te zien is. Bij weinig en/of diffuus licht zal de verhouding verlies en opbrengst al gauw ongunstig worden. Bijvoorbeeld het verlies van een pomp met de boiler is gemiddeld ongeveer 50 W en komt neer op 1,2 kWh per dag. Dus als de opbrengst minder is dan 1,2 kWh dan verlies je. Helaas heeft men dat niet vaak in de gaten. Je voelt wél dat er warm water is maar je hebt niet in de gaten dat het systeem 1,2 kWh per dag aan elektra verbruikt. Bij een zonnepaneel heb je geen boiler of pomp dus geen verlies. Dan is er wél opbrengst.

De reden hiervan is dat zonnepanelen ook heel goed om kunnen gaan met diffuus licht. Ik had panelen onder een hoek van resp. 10, 25 en 40 graden. Op jaarbasis is de opbrengst nagenoeg gelijk per paneel (individueel uit te lezen)

Zie ook: https://www.zonnepanelen-weetjes.nl/zonnecollector/rendement-zonnecollector/

Voor de zekerheid heb ik ook gekeken naar de gegevens van een actueel systeem:

Zie http://www.solar2all.com/hp30200.php  

Op hun site is het volgende te vinden:

 

Start quote

Het HP30/200 vacuümbuissysteem is getest door KIWA-Gastech, de test heeft aangetoond dat een besparing van 5,125GJ per jaar realistisch is. Op basis van berekeningen wordt een subsidie van Euro 812,- verstrekt.
De hoge opbrengst wordt met name gerealiseerd door de hoge efficiency van de HP58/1800×30 collector in combinatie met het lage energieverbruik van controller en pomp unit.
Het geteste systeem bevat een Aisi 316L RVS buffervat met twee koperen warmtewisselaars. Het gehele systeem is vervaardigd van duurzame materialen waardoor een lange levensduur te verwachten is.
Montage van het systeem kan worden uitgevoerd door de professionele vakman of doe-het-zelver. Mocht u er toch niet uitkomen dan staan onze mensen u bij met adviezen. Alle materialen die nodig zijn voor het installeren van dit systeem zij bij Solar2all te verkrijgen tegen een gunstige prijs.
Naast de standaard componenten wordt ook een koelsysteem geadviseerd, deze moet ervoor zorgen dat bij weinig of geen afname de over warmte wordt weg gekoeld.

Specificaties HP30/200

Item  Specificatie

  • Jaar opbrengst EN12976 5,125 GJ/jaar
  • Aantal Vacuümbuizen 30 x D=58 L=1800 [mm]
  • Afmetingen collector HxBxD 2025x2510x189 [mm]
  • Tank inhoud 200 liter met 2 warmtewisselaars
  • Afmetingen tank                 D=520mm H=1480mm
  • Opgenomen vermogen Control unit                 1 W
  • Opgenomen vermogen pomp unit                 37 W

Einde quote

 

Zeer “verrassend” wat een leverancier dan als product weet te verkopen. Pas op: er wordt naar mijn idee gemanipuleerd met getallen. De terugverdientijd en opbrengst is totaal anders dan wordt voorgesteld. Zie hiervoor het hoofdstuk lariekoek.

Het is wel aardig om even te vermelden dat de 5 m2 aan zonnecollector 5,125 GJ = 1424 kWh oplevert. Dit komt overeen met 285 kWh/ m2. Bij een zonnepaneel is dit ca. 187 kWh/ m2. Als we dit terugrekenen is het rendement 28,10 % !!! Ter referentie: voor zonnepanelen geldt typisch 18,44 %.

Maar wat nu als we al een bodem/water  warmtepomp hebben en gaan combineren, levert de zonnecollector dan ook nog voldoende op in vergelijking met zonnepanelen? Op 5 m2, zoals de zonnecollector boven genoemd, kunnen we ruim 3 zonnepanelen kwijt. Dit levert per jaar 900 kWh op aan elektriciteit. Gaan we deze elektrische energie echter in de warmtepomp stoppen met een COP van 5, dan krijgen we 4500 kWh aan warmte en dit komt overeen met 16,2 GJ. Dit is 3,16 keer zoveel als bij de zonnecollector. We kunnen ook zeggen dat dit overeenkomt met 16.2 GJ/ 35 MJ/ m3 = 463 m3 aardgas = € 310. De extra investering voor drie zonnepanelen is € 600. Bedenk ook dat de installatie een stuk eenvoudiger, goedkoper en vooral kleiner is. Voor dit doel is dán ook geen boiler en circulatiepomp nodig, die behoort immers al bij de warmtepomp.

 

De conclusie is dat als er een warmtepomp aanwezig is, het verhoudingsgewijs onvoordelig is om een zonnecollector te plaatsen, maar het veel effectiever is om er zonnepanelen bij te plaatsen. Ook is er geen extra ruimte nodig voor een boiler. De investering zou dan beter bijgelegd kunnen worden bij een warmtepomp met een hoger rendement (COP). Het idee van zonnecollector kunnen we dus (zeker in mijn situatie) wegstrepen.