Zonne-energie opvangen met Viessmann zonnecollectoren

In principe vormen de zonnecollectoren de kern van een thermische zonne-installatie. Zoals de naam al laat vermoeden, vangen ze de zonnestralen op. Aansluitend volgt de omzetting in bruikbare warmte, die u in de woning opnieuw kunt gebruiken voor het verwarmen van sanitair water of als extra ondersteuning van de verwarming. Zo bespaart u niet alleen op de energiekosten, maar draagt u er ook actief toe bij dat er minder CO₂ in de atmosfeer vrijkomt door verbranding van fossiele brandstoffen.


Basisprincipe en soorten

Afgezien van enkele speciale technische oplossingen worden hoofdzakelijk collectoren gebruikt waarin een warmtedragend medium circuleert. Meestal gaat het hierbij om een mengsel van water en het antivriesmiddel glycol. Het medium bevindt zich in een buis. Afhankelijk van de precieze manier waarop deze geïnstalleerd zijn, kunnen we de collectortypes buiscollectoren en vlakke collectoren onderscheiden. Wat beide echter gemeen hebben, is dat een absorber de zonnestraling in warmte omzet. Een warmtedragend medium neemt de warmte op en voert deze weg uit de collector. Dit proces vindt in elke collector plaats.


Buiscollectoren - Principe van de thermosfles

Bij de buiscollector is de absorber net als bij een thermosfles ingebouwd in een vacuüm (luchtledig) getrokken glasbuis. Het vacuüm heeft zeer goede thermische isolatie-eigenschappen en maakt minder warmteverlies mogelijk. Dit is met name bij hoge collectortemperaturen een voordeel, dus vooral in bedrijfsomstandigheden zoals die gebruikelijk bij solaire verwarmingsondersteuning voorkomen.

Doorsnede door de buiscollector Vitosol 300-TM

In principe kunnen de buiscollectoren worden onderscheiden op basis van hun ontwerp: bij direct doorstroomde vacuümbuiscollectoren circuleert de warmtedrager direct door absorberbuizen in de buizen. Bij het heatpipe-principe stroomt het warmtedragende medium niet rechtstreeks door de buizen. In plaats daarvan verdampt een medium (doorgaans water) in de koperen buis onder de absorber. Aan het bovenste uiteinde van de buizen condenseert de damp in de zogenaamde condensator - hier wordt de energie dan in de collector overgedragen aan het warmtedragende medium. De heatpipe-collectoren hebben als voordeel dat de warmte veilig wordt afgenomen.

Viessmann biedt de volgende vacuümbuiscollectoren op basis van het heatpipe-principe aan:

●  Vitosol 300-TM
●  Vitosol 200-TM


Vlakke collectoren - meandervormige buizen

Bij vlakke collectoren is de absorber doorgaans duurzaam tegen weersinvloeden beschermd door een behuizing van gecoat plaatstaal, aluminium of roestvast staal en een frontafdekking van ijzerarm solair veiligheidsglas. Een antireflexcoating (AR) van het glas kan bovendien de weerkaatsing verminderen. Thermische isolatie van de collectorbehuizing vermindert de warmteverliezen.

Doorsnede door de buiscollector Vitosol 200-TM

De absorberbuis is meandervormig uitgevoerd, waardoor een betrouwbare doorstroming van de collector gewaarborgd is. De absorberbuis is ook in de bochten volledig doorgelast, en zorgt dus ook aan de randen voor een optimale warmteoverdracht. De bodemplaat is rondom met het collectorframe verbonden. De glasafdichting is naadloos uitgevoerd met een soepel, weers- en UV-bestendig dichtingsmateriaal.

Viessmann biedt de volgende producten aan:

●  Vitosol 200-FM
●  Vitosol 100-FM
●  Vitosol 141-FM


Correct ontwerp en installatie van de zonnecollectoren

Zonnecollectoren worden vanwege hun uiteenlopende constructievormen in vrijwel alle gebouwconcepten, zowel bij nieuwbouw als renovatie, op het gebouw of er vlak bij geïnstalleerd. Ze kunnen op hellende daken, platte daken en aan gevels worden gemonteerd of vrij worden opgesteld op de grond. Collector en bevestiging vormen daarbij een statische eenheid. Viessmann beschikt voor alle gangbare daktypes en voor alle collectoren over complete, statisch geteste systemen, wat de grootste zekerheid biedt bij ontwerp en installatie.


Montagemogelijkheden voor Viessmann zonnecollectoren

Montagemogelijkheden

A Schuin dak
B Gevel/balkonreling
C Plat dak
D Horizontale montage op plat dak (alleen Vitosol 200-TM en Vitosol 300-TM)
E Vrijstaande montage


Helling en oriëntatie van de collectoren zijn doorslaggevend

De voor de warmteproductie bruikbare hoeveelheid energie is het grootst wanneer de straling in een rechte hoek op het collectoroppervlak invalt. Dit kan in onze streken op een horizontaal oppervlak niet worden bereikt. Een dienovereenkomstige helling van het collectoroppervlak kan echter voor compensatie zorgen. Daarnaast bepaalt ook de oriëntatie het juiste gebruik van de zonne-energie. Op het noordelijk halfrond is een zuidelijke oriëntatie optimaal.


Schaduwinval op de zonnecollectoren vermijden

Bij de keuze van het montageoppervlak dient men er zorgvuldig op te letten dat gebouwen of bomen geen schaduw op de collector kunnen werpen. Gezien vanuit een op het zuiden gerichte collector moet daarom het gebied tussen zuidoost en zuidwest vrij zijn van schaduw, met een hoek ten opzichte van de horizon van maximaal 20°. Belangrijk: schaduw kan alleen worden getolereerd tijdens de ochtend- en avonduren.

Afbeelding: Bovenaanzicht en zijaanzicht schaduwsituatie
Bovenaanzicht en zijaanzicht schaduwsituatie

Dakintegratie (A) en opdakmontage (B)

Installatie van collectoren: montage op het dak en integratie in het dak

Zowel bij opdakmontage als dakintegratie moeten de collectoren in elk geval statisch betrouwbaar en regendicht worden gemonteerd. Bij de Viessmann montagesystemen zijn alle montagecomponenten precies daarop afgestemd. Bij opdakinstallaties worden collector en dakconstructie met elkaar verbonden om een statisch betrouwbare montage te garanderen. Op elk bevestigingspunt dringt een onderdeel door het watervoerende vlak onder de collector. Bij dakintegratie wordt de vlakke collector op de plaats van de dakbedekking geïnstalleerd. De collector ligt daardoor statisch stabiel op de volledige constructie van latten en sparren. Voor een betrouwbare waterafvoer wordt onder de collector een extra afdichtingslaag voorzien.

A Dakintegratie
B Opdakmontage


Prestatiekenmerken - Wat is belangrijk?

Een centrale waarde waarmee u voorafgaand aan de aankoop van een zonnewarmtesysteem rekening moet houden, is het rendement van de zonnecollector. Deze beschrijft het aandeel van de zonnestraling dat in bruikbare thermische energie wordt omgezet. Deze waarde wordt volgens de Europese norm EN 12975 bepaald en vindt u terug in de databladen van de apparaten.

Bij de bepaling van het rendement van de zonnewarmtecollectoren wordt rekening gehouden met de energiestromen en dus met de warmteverliezen. Zo kan bijvoorbeeld niet al het licht dat op het oppervlak invalt, worden gebruikt voor de warmteproductie (optische verliezen). Bovendien gaat ook een klein deel van de door de collectoren geproduceerde warmte verloren (thermische warmteverliezen).


Energiestromen in de collector

Energiestromen in de collector

A Instraling op de collector
E Verwarming van de absorber door middel van stralingsvermogen

Optische verliezen
B Reflecties op de glasplaat
C Absorptie op de glasplaat
D Reflectie op de absorber

Thermische verliezen
F Warmtegeleiding van het collectormateriaal
G Warmtestraling van de absorber
H Convectie


Beveiliging tegen oververhitting door ThermProtect-temperatuuruitschakeling

Wanneer van de collector geen warmte wordt onttrokken (omdat de pomp stilstaat en de warmtedragende vloeistof niet meer circuleert), verhit de collector tot de zogenaamde stilstandtemperatuur. Het risico van oververhitting neemt toe naarmate het temperatuurverschil met de omgeving toeneemt. Stilstandtemperaturen van 200 graden Celsius en meer leiden tot ongewenste effecten. Het solaire medium verdampt en zet snel en breed uit in het zonnecircuit. De hoge thermische belasting van de componenten en het warmtedragend medium zelf leidt tot schade.


Karakteristieke rendementen

Karakteristieke rendementen

Het risico van oververhitting neemt toe naarmate het temperatuurverschil met de omgeving toeneemt. Collectoren met een oververhittingsbeveiliging bieden hier voordelen.

 


ThermProtect en Heatpipe-principe als bescherming tegen oververhitting

Viessmann pakt dit fenomeen aan met een speciale absorbercoating - ThermProtect. Naarmate de temperatuur stijgt, straalt de absorber steeds meer warmte uit. Daardoor gaat er weliswaar meer warmte van de collector verloren, maar tegelijkertijd stijgt de temperatuur van de collector nog slechts licht en ligt de stilstandtemperatuur duidelijk onder de gebruikelijke waarden. Maar hoe werkt het precies?

ThermProtect zorgt voor een verandering in de kristalstructuur van de vlakke collectoren. Daardoor veranderen ook de optische eigenschappen, en dit al bij een temperatuur vanaf 75 graden Celsius. Hierdoor stijgen de interne temperaturen van de collectoren niet boven 145 graden Celsius. Wanneer de temperaturen weer dalen, keert de kristalstructuur terug naar haar oorspronkelijke staat.

De vacuümbuiscollectoren daarentegen gebruiken het heatpipe-principe om het systeem tegen oververhitting te beschermen. Als de zonnestraling te hoog is en de warmteafname vermindert, wordt de temperatuur gefaseerd uitgeschakeld. Daardoor wordt de condensatie op de warmtewisselaar geblokkeerd. Het warmtedragend medium kan niet meer vloeibaar worden en de warmte wordt niet meer getransporteerd. Dit start pas opnieuw als de temperatuur in het zonnecircuit is gedaald.