Zonneboilers

Een zonneboiler is een toestel dat de energie van de zon gebruikt om lucht, water of andere vloeistoffen te verwarmen. Het is een milieuvriendelijk en kosteneffectief alternatief voor traditionele verwarmingssystemen, die afhankelijk zijn van fossiele brandstoffen die bijdragen tot luchtvervuiling en de uitstoot van broeikasgassen. Dit artikel behandelt het ontwerp en het werkingsprincipe van zonneboilers en ruimteverwarmers op zonne-energie, verschillende soorten zonnecollectoren, en de voor- en nadelen van het installeren van een zonneboiler.

Inhoudsopgave

• Zonneboiler
• Collectortypes gebruikt in zonneboilers
• Zonneboiler
• Passieve vs. actieve zonneboilers
• Voordelen van zonneboilers
• Nadelen van zonneboilers
• Toepassingen
• FAQs

Zonneboiler

Een zonneboiler is een apparaat dat zonne-energie gebruikt om water te verwarmen. De twee belangrijkste onderdelen van een zonneboiler zijn de collector (figuur 2 met het label A) en het wateropslagreservoir (figuur 2 met het label G). De collector is via verschillende leidingen verbonden met het waterreservoir, zoals te zien is in figuur 2. De zonnecollector is op de zon gericht. Het bestaat uit een reeks transparante materialen, zoals glas, zodat het zonlicht doorgelaten kan worden. Milieuvriendelijk antivries loopt door buizen in de zonnecollector om warmte-energie over te dragen aan het water. De warmte van de zon gaat over op het water dat door de zonnecollector stroomt.

De collector heeft een ingangsleiding die koud water naar de collector voert en een uitgangsleiding die het warme water van de collector naar de watertank voert.

De opslagtank heeft vier pijpverbindingen, zoals te zien is in figuur 2:

• C: koud water uit het waterreservoir in de zonnecollector/pomp (pomp bij een actief systeem en collector bij een passief systeem)
• D: koud water uit een externe bron dat in de watertank stroomt
• E: warm water van de zonnecollector in het waterreservoir
• F: warmwateruitlaat van de watertank voor diverse toepassingen

Actieve zonneboiler

Actieve zonneboilers gebruiken mechanische middelen om de warmte van de zonnecollectoren over te brengen op het water of de vloeistof. Actieve zonneboilers zijn doorgaans efficiënter dan passieve systemen en zijn beter geschikt voor grotere warmwaterbehoeften. Een externe voeding of een fotovoltaïsch zonnepaneel voorziet de pomp van stroom (figuur 2 met label B).

Passieve zonneboiler

Een passieve zonneboiler gebruikt geen pomp om het water door het systeem te laten circuleren. Voor dit proces moet het opslagvat hoger worden geïnstalleerd dan de zonnecollector. Dit komt doordat de zonnecollector het water verwarmt, dat vervolgens opstijgt en in de opslagtank stroomt. Het hoogteverschil zorgt ervoor dat het water door het systeem stroomt door de zwaartekracht. Bovendien helpt een hoger waterreservoir terugstroming en vervuiling van de zonnecollector te voorkomen.

1. De collector vangt de zonnestralen op en verwarmt het water in de buizen die er doorheen lopen. De dichtheid en de massa van water nemen af met de temperatuur. Wanneer het water in de collector warm genoeg is, gaat het van de collector naar de watertank.
2. Warm water neemt het bovenste gedeelte van de tank in beslag, terwijl koud water uit een externe bron het onderste gedeelte vult. Het koude water blijft op de bodem door zijn hogere dichtheid dan het warme water. Het waterreservoir is geïsoleerd om warmteoverdracht naar de omgeving te voorkomen.
3. Het volume van de watertank is constant. Terwijl het warme water in het waterreservoir komt, stroomt dezelfde hoeveelheid koud water uit het waterreservoir naar de zonnecollector voor verwarming. Alle waterbewegingen in het systeem worden geregeld door de dichtheidsverschillen tussen het warme en het koude water.

Collectortypes gebruikt in zonneboilers

Zonneboilers worden beschreven volgens het circulatiesysteem (passief of actief) en het type collector.

• Verzamelaars: Batchcollectoren, ook wel geïntegreerde collector-opslagsystemen (ICS) genoemd, verwarmen en slaan water op. De verzamelleiding wordt aangesloten op het waterleidingnet van een woonhuis. Netdruk van het watersysteem circuleert het water door de collector, dus een pomp is niet nodig. Het verwarmde water stroomt van de batchcollector naar een boiler. Daarom is er minder energie nodig om het water tot het gewenste niveau te verwarmen. In warmere maanden kan het water uit de batchcollector zelfs zo warm zijn dat de boiler niet eens hoeft te draaien.
• platte collectoren: Een vlakke plaatcollector bestaat uit een plaat warmte-absorberend materiaal, meestal koper of aluminium, die zwart is geverfd of chemisch geëtst. Het water loopt door koperen buizen, stijgbuizen genaamd, die in de lengte over de plaat lopen. Koud water komt onderaan in de leidingen en stijgt naar boven als het opwarmt. Het warme water stroomt van de collector naar een opslagtank. De vlakke plaat ligt in een geïsoleerde doos en wordt afgeschermd door gehard glas.
  • Vlakke collectoren met glas zijn geïsoleerde, weerbestendige dozen met een absorberende plaat onder een of meer plastic of glazen schilden.
  • Vlakke collectoren zonder beglazing hebben een donkere absorberende plaat van polymeer of metaal zonder omhulsel. Ze worden meestal gebruikt voor zwembadverwarming op zonne-energie.

• Geëvacueerde-buis zonnecollectoren: Geëvacueerde-buiscollectoren bestaan uit een glazen of metalen buis omgeven door een grotere glazen buis. De warmte komt binnen door de grotere glazen buis en verwarmt het water in de binnenste buis. De ruimte tussen de buizen is een vacuüm, zodat het water een minimaal warmteverlies heeft. Zonnecollectoren met geëvacueerde buizen zijn de meest efficiënte op de markt.

Zonneboiler

Ruimteverwarmers op zonne-energie verwarmen de lucht in een gebouw en zorgen voor warmte. Er zijn twee soorten zonneboilers, passieve en actieve. De werkvloeistof kan vloeibaar zijn (water of antivriesoplossingen zoals het niet-giftige propyleenglycol) of lucht. Wegens verschillen in de thermofysische eigenschappen van de vloeistoffen kunnen de algemene constructiekenmerken verschillen, maar het fundamentele werkingsprincipe blijft hetzelfde. Zonneboilers kunnen ook worden gebruikt met voor ruimteverwarming in gebouwen.

Passieve zonneboiler

Passieve zonneboilers gebruiken het hele huis als zonnecollector door strategische plaatsing en ontwerp van zowel het huis als het omringende landschap. Een manier om dit te bereiken is door de ramen naar het zuiden te richten (naar het noorden op het zuidelijk halfrond), zodat de warmte-energie van de zon maximaal wordt geabsorbeerd. Er zijn verschillende ontwerpen voor passieve zonneboilers.

• Direct: Een eenvoudige methode om de door zonne-energie opgewekte warmte te behouden is het gebruik van thermische massa. Dit verwijst naar de materialen die warmte kunnen absorberen en opslaan, en deze geleidelijk afgeven als de zon ondergaat. Voorbeelden van thermische massa zijn bakstenen, beton en tegelvloeren. De opgeslagen warmte kan via natuurlijke processen zoals convectie, geleiding en straling door het hele huis worden verspreid.
• Indirect: Een zonnewand (figuur 5) is een zeer efficiënte methode voor goed geïsoleerde gebouwen, omdat hij de kracht van natuurlijke convectie benut om de warmte van de zonnecollector naar het interieur over te brengen. De zonnecollector bestaat uit een donkere metalen absorber die zonlicht absorbeert en omzet in warmte. Het wordt dan overgedragen aan de lucht in de spouw tussen de absorber en het beglazingsmateriaal (figuur 5). De warme lucht stijgt op en komt het gebouw binnen via een opening bij het plafond. Daarentegen wordt koele lucht uit het interieur via een opening bij de vloer in de collector gezogen om de uitgestoten warme lucht te vervangen. De passieve zonnewand heeft een zelfregulerend mechanisme dat zijn prestaties aanpast op basis van de beschikbaarheid en de intensiteit van het zonlicht, waardoor de warmteopvang in de wintermaanden wordt gemaximaliseerd en in de zomer geminimaliseerd. De maximale zonne-energie wordt verzameld wanneer de zon het laagst aan de hemel staat, d.w.z. in de winter. In de lente en de herfst wordt er minder warmte geproduceerd. In de zomer wordt weinig of geen warmte opgevangen, omdat de zon dan hoog aan de hemel staat. De zonnemuur verzamelt de warmte overdag. Gedurende de nacht voorkomt een terugslagklep het terugstromen van warme bouwlucht in de collector. De zonnewand is dus zelfregulerend, want het systeem start en stopt zonder persoonlijke aandacht.
  • Verzamel materialen: Kies transparante en duurzame beglazingsmaterialen voor zonnecollectoren. Te strak op een zonnecollector aangebracht beglazingsmateriaal kan scheuren veroorzaken. Om dit te voorkomen wordt vaak gegolfde beglazing gebruikt, omdat het materiaal dan flexibel is bij het uitzetten en inkrimpen. Gegolfd PVC is populair voor beglazing in passieve zonnegevels, omdat het weinig onderhoud vergt. Gegolfd glasvezelversterkt plastic (FPR) kan echter meer onderhoud vergen, aangezien de Tedlar-coating die wordt gebruikt om de platen tegen UV-schade te beschermen, om de 3 tot 5 jaar opnieuw moet worden aangebracht.

Actieve zonneboiler

Woningen met actieve zonneverwarmingssystemen maken gebruik van mechanische componenten zoals ventilatoren, pompen en ventilatoren om warmte te verzamelen, op te slaan en door het hele huis te verspreiden. De collectoren van het gebouw vangen de energie van de zon op en zetten die om in warmte. De ventilator wordt gebruikt om lucht door de zonnecollector te trekken. Terwijl de lucht door de collector stroomt, wordt deze verwarmd door de energie die door het oppervlak van de collector wordt geabsorbeerd. De warme lucht wordt dan met behulp van een kanaalsysteem of een ventilator door de ruimte of het gebouw verspreid.

Het distributiesysteem is ontworpen om de verwarmde lucht gelijkmatig over de ruimte of het gebouw te verdelen. Dit kan met behulp van een reeks kanalen, ventilatieopeningen of registers. Het distributiesysteem is gewoonlijk verbonden met de ventilator, die de warme lucht door het systeem duwt.

Passieve vs. actieve zonneboilers

Er zijn drie classificaties voor zonneboilers: passief, actief en een combinatie van beide. Passieve systemen zijn afhankelijk van natuurlijke convectie en straling, terwijl actieve systemen mechanische of elektrische middelen gebruiken om warmte te laten circuleren. Passieve systemen zijn betaalbaarder en minder ingewikkeld dan actieve systemen, maar zijn wellicht niet geschikt voor gebieden met een lagere zonnestraling. In dergelijke gevallen zijn actieve systemen de beste optie om een gebouw achteraf te voorzien van zonne-energie.

Voordelen van zonneboilers

• Kostenbesparingen: Zonneboilers hebben hogere initiële investeringskosten dan traditionele boilers. Zij kunnen echter de energiekosten aanzienlijk verlagen door gratis zonne-energie te gebruiken in plaats van fossiele brandstoffen. Ze hebben ook een langere levensduur dan conventionele verwarmingssystemen, waardoor de onderhoudskosten verder dalen. Zonneboilers hebben doorgaans de snelste terugbetaling van de investering in 2 - 4 jaar, afhankelijk van het gebruik en de vervangen brandstof.
• Milieuvriendelijk: Zonneboilers produceren geen broeikasgassen of luchtverontreiniging, waardoor ze duurzamer en milieuvriendelijker zijn.
• Betrouwbaarheid: Passieve zonneboilers zijn niet afhankelijk van elektriciteit of gas, waardoor ze betrouwbaarder zijn bij stroomuitval of gastekort.
• Veelzijdigheid: Verwarmingen op zonne-energie kunnen worden gebruikt in diverse commerciële en huishoudelijke toepassingen, zoals het verwarmen van zwembaden, huishoudelijke doeleinden en diverse industriële processen. Een draagbare zonneverwarming kan zowat overal worden geïnstalleerd.

Nadelen van zonneboilers

Zonneboilers zijn mogelijk niet geschikt voor klimaten met langdurig bewolkt weer, aangezien zij voor de warmteproductie afhankelijk zijn van zonlicht. Ze worden meestal geïnstalleerd in mildere klimaten waar de temperatuur niet extreem laag daalt, omdat buitenleidingen bij koud weer kunnen bevriezen. Bovendien hebben zonneboilers hogere initiële kosten dan traditionele verwarmingssystemen, maar kunnen ze op lange termijn energiebesparingen opleveren.

Toepassingen

De zonthermische technologie evolueert voortdurend en dagelijks worden nieuwe binnen- en buitentoepassingen ontwikkeld.

• Ruimteverwarming: Zonneboilers kunnen een kamer verwarmen en binnenboilers kunnen een heel gebouw verwarmen door zonlicht te absorberen en om te zetten in warmte-energie.
• Waterverwarming: Zonneboilers voor thuis kunnen water verwarmen voor huishoudelijk gebruik, zoals voor douches of de was.
• Zwembadverwarming: Zonneboilers kunnen zwembaden verwarmen, zodat ze in de koudere maanden langer gebruikt kunnen worden.
• industriële procesverwarming: Zonthermische systemen kunnen lucht of vloeistoffen verwarmen voor industriële processen, zoals het drogen van gewassen of productie.
• Koken: Zonneovens gebruiken de warmte van de zon om voedsel te koken, zodat er geen elektriciteit of gas nodig is.
• Drogen: Zonnewarmte kan kleren, landbouwproducten en andere goederen drogen.

Lees onze artikelen over vloerverwarmers, elektrische infraroodverwarmers en draagbare verwarmers voor meer informatie over de werking van verschillende soorten verwarmers.

FAQs

Wat is een verwarming op zonne-energie?

Een zonneboiler is een toestel dat de energie van de zon gebruikt om lucht, water of andere vloeistoffen te verwarmen. Ze worden gebruikt voor verschillende toepassingen, waaronder ruimteverwarming, waterverwarming en industriële processen.

Wat zijn enkele toepassingen van zonneverwarming voor buiten?

Als je een kippenhok hebt, kun je een warmtelamp op zonne-energie gebruiken. Een campingverwarming op zonne-energie kan uw tent 's nachts warm houden. Voor het verwarmen van een schuur is een zonneboiler voor schuur een goede optie.

Kan zonne-energie worden gebruikt voor koeling?

Ja, thermische zonne-energie kan worden gebruikt om absorptiekoelcycli aan te drijven voor verwarming en koeling op zonne-energie in gebouwen en andere toepassingen.