Zonneverwarmingssystemen: analyse van technologieën voor het inrichten van verwarming op basis van zonnesystemen

De kwestie van het vinden van alternatieve warmtebronnen wordt steeds relevanter. Dit wordt veroorzaakt door de stijgende prijzen van gas, steenkool en olie. Een zeer veelbelovende richting zijn zonne-verwarmingssystemen, die in staat zijn om een ruimte vele jaren lang efficiënt te verwarmen.

Denkt u aan de aanleg van een zonne-energiesysteem, maar heeft u twijfels en vragen? Wij helpen u te begrijpen wanneer het zinvol is om zonne-energie voor verwarming in te zetten en beschrijven de mogelijke opties voor het organiseren van de verwarming. Bovendien bieden wij instructies voor het maken van zelfbouw zonne-energiesystemen – de vlakke en de buiscollector.

Zonne-energie – een alternatieve warmtebron

Het idee om zonne-energie voor verwarming te gebruiken is niet nieuw. Bovendien is de zinvolheid ervan bewezen door Amerikanen, Chinezen, Spanjaarden, Israëliërs en Japanners.

De markt is overvloedig met aanbiedingen van diverse installaties voor het omzetten van zonne-energie en het latere gebruik ervan voor huishoudelijke behoeften.

Zonne-energiesystemen worden in veel landen ter wereld actief gebruikt als primaire warmtebron. Op onze breedtegraden wordt het voorlopig gebruikt als aanvulling op het verwarmingssysteem.

De kosten van de systemen zijn afhankelijk van het type, de oppervlakte en het gebruikte materiaal bij de fabricage. Jaar na jaar wordt een stabiele trend van dalende prijzen waargenomen voor alle soorten zonne-installaties – zonne-energiesystemen.

Dit maakt ze toegankelijker voor brede bevolkingslagen. Echter is nog niet elke geïnteresseerde bereid een dergelijke aankoop te doen.

Daarentegen kunt u, indien gewenst, zelf een efficiënt zonneverwarmingssysteem bouwen, waarbij u aanzienlijk minder geld uitgeeft.

Het vertrouwde verwarmingssysteem, dat jarenlang uitstekend zijn functie vervulde, wordt steeds duurder. De oorzaak is de wereldwijde stijging van de energiekosten. Het natuurlijke verlangen van de huiseigenaar is om te besparen op verwarming, die een aanzienlijk deel van het gezinsbudget opslokt.

Zo kan een zonneverwarmingssysteem de vertrouwde vastebrandstof-, gas- of andere verwarming volledig vervangen. Het hangt allemaal af van het type en de grootte van de ruimte waarin het zal worden gebruikt.

Een optie die geschikt is voor een graanpakhuis is niet geschikt voor een woonhuis, en een systeem dat voldoet aan de behoeften van een datsja kan op geen enkele manier de verwarming van een 2-verdiepingen herenhuis aan.

Volledige vervanging van traditionele verwarming door zonne-energie is soms problematisch. De eigenaar vreest dat het systeem het niet aankan of dat er fysiek onvoldoende ruimte is voor het installeren van het benodigde aantal panelen.

Daarom wordt vaak een gecombineerd verwarmingssysteem gebruikt, zonder volledig af te zien van de geïnstalleerde gas- (elektrische of andere) apparatuur. Het vervangingsniveau van de gebruikelijke verwarming door zonne-energie kan oplopen tot 90%.

Ook het jaarlijkse aantal zonnedagen in het gebied waar de woning zich bevindt, is van groot belang. De gemiddelde dagtemperatuur is daarbij niet zo belangrijk. Veel installaties absorberen effectief licht in winterse vriesdagen (zonnecollectoren die antivries als warmtedrager gebruiken).

Naast verwarming kan een zonne-installatie de woning voorzien van warm water en elektriciteit.

Waar een zonne-installatie het meest effectief is

Bij het vervangen van verwarming door een zonne-installatie moet u rekening houden met een aantal factoren die de efficiëntie ervan beïnvloeden.

Ten eerste moet u het juiste type zonnesysteem kiezen type zonnesysteem. Hierbij moet u rekening houden met de oppervlakte van de ruimte en het doel ervan. Meestal is dit een particulier huis waarin een gezin van 4-5 personen woont.

Ten tweede moet u de warmtebehoeften zorgvuldig berekenen op basis van het maximale verbruik in het koude seizoen. Vergelijk deze cijfers met de hoeveelheid energie die wordt opgewekt door 1 m² van een zonne-installatie. Dan blijft het over om de oppervlakte te berekenen van de zonneconstructie die de verwarming van een specifieke ruimte aankan.

De verkregen waarde wordt de belangrijkste factor bij het bepalen van de locatie van het systeem. Gewoonlijk geven huiseigenaren de voorkeur aan het gebruik van het dak of de muur van het huis. Zelden gebruiken ze het erf of het dak van de garage. Soms worden er speciale standaards gebouwd voor de installatie van het systeem.

Het bouwen van speciale standaarden voor de montage van zonnesystemen maakt het mogelijk om ze zo gemakkelijk mogelijk op het eigen terrein te plaatsen.

Het is belangrijk dat niets de vrije doordringing van zonnestralen op het lichtabsorberende oppervlak belemmert. Kies de zuidelijke, zuidoostelijke of zuidwestelijke muur of een deel van het dak.

Als u hebt besloten waar de zonnepanelen worden geplaatst, moet u de woning voorbereiden:

• Ruimte vrijmaken. Overbodige beplanting verwijderen als deze in de weg staat.
• Het dak versterken. Vergeet niet rekening te houden met het gewicht van de beoogde constructie.
• Het gebouw extra isoleren. Het heeft immers geen zin om de straat te verwarmen.

Ten derde, moet u de vraag beantwoorden: koopt u of bouwt u het verwarmingssysteem zelf? Alles hangt af van uw financiële mogelijkheden en de bereidheid om tijd te besteden aan de constructie.

Als u voor de tweede optie kiest, moet u het werkingsprincipe van het systeem begrijpen, zodat u alles correct kunt monteren.

Mogelijke opties voor het inrichten van zonneverwarming

De opties voor het bouwen van een zonne-verwarmingssysteem hangen volledig af van de wensen van de huiseigenaar:

• Gebruik van fabrieksproducten. Aankoop van kant-en-klare collectoren met eigen installatie en montage.
• Bouw van een proefproject. Het is nodig om het effect van het gebruik van het systeem te testen voor verdere nauwkeurige berekeningen.
• Zelf de volledige cyclus uitvoeren. Berekening, ontwerp, bouw van een zonnesysteem 'van de grond af', de installatie ervan.

Optie nr. 1. Het houdt in dat u de juiste locatie voor de zonne-installaties kiest, want daar hangt de efficiëntie van het gebruik van af. Voor de montage zijn ook speciale vaardigheden vereist.

Het aantal panelen hoeft u niet te berekenen – het is voldoende om al uw wensen kenbaar te maken aan het leverende bedrijf. U moet ook de vragen van de managers beantwoorden – dat is alles, de selectie van het optimale aantal panelen (collectoren) zal zonder problemen verlopen.

Voor het zelf monteren van een zonne-installatie op het dak hebt u de hulp van ten minste één assistent nodig. In uw eentje kunt u dit werk niet doen.

Optie nr. 2 – bouw van een proefproject. Het is de beste oplossing voor twijfelende mensen. Het is immers moeilijk om meteen een definitieve beslissing te nemen over het vervangen van het verwarmingssysteem. Het bouwen van een zonnecollector (lucht of water) van kleine omvang en het testen ervan 'in werking' zal een nuttige ervaring zijn.

Na het beoordelen van de werkelijke kosten van fabricage, deze te vergelijken met de marktwaarde van vergelijkbare systemen en de besparingen door gebruik in het huishouden te berekenen, zal het eenvoudig zijn om een verantwoordelijke beslissing te nemen.

Optie nr. 3 – de keuze van echte vakmensen.

Voor een volledige verwarming van het object is kolossaal werk nodig:

• Bereken het benodigde oppervlak van het zonnestelsel.
• Bepaal de plaats van de toekomstige installatie, versterk deze.
• Isoleer de woning extra.
• Schaf alle elementen voor de constructie van het systeem aan.
• Bouw een zonnepaneel.
• Installeer het gebouwde systeem, rekening houdend met de belangrijkste eisen – de hellingshoek ten opzichte van de zonnestraling.

Het uitvoeren van de volledige cyclus van werkzaamheden voor het inrichten van het systeem is geen gemakkelijke taak, maar het proces is buitengewoon boeiend. Bovendien kan het een aanzienlijk bedrag besparen.

Bij het kiezen van een type verwarming dat zonne-energie gebruikt, moet u bepalen of het ook gebruikt zal worden voor het verwarmen van water en het opwekken van elektriciteit (klik om te vergroten)

Soorten installaties voor het omzetten van zonne-energie

Afhankelijk van het werkingsprincipe worden twee typen apparaten onderscheiden die zonlicht absorberen:

• Zonnepanelen op fotovoltaïsche omzetters. Deze bestaan uit systemen van in serie of parallel geschakelde halfgeleiderelementen. Ze leveren stroom voor het voeden van huishoudelijke verwarmingstoestellen.
• Zonnecollectoren. Panelen met een systeem van buizen gevuld met warmtedrager: lucht, antivriesmengsel of water. Ze leveren de door de zon verwarmde warmtedrager aan het verwarmingscircuit.

Laten we elke optie afzonderlijk bekijken.

Zonnepanelen

Een zonnepaneel zet het geabsorbeerde licht om in elektriciteit. Het bestaat uit fotocellen (meestal van silicium) die in staat zijn om direct uit zonnestraling gelijkstroom te halen.

Een dergelijke installatie kan worden gebruikt om de werking van elektrische verwarmingsapparatuur te waarborgen. Het moet worden aangesloten op het elektriciteitsvoorzieningssysteem van de woning.

Het rendement van de omzetting van zonnestraling door deze installatie is 5% tot 20%, afhankelijk van het type apparaat dat de zonnestraling verwerkt. De opbrengst van 1 m² zonnepaneel is 120 W.

Het blijft om te berekenen hoeveel vierkante meter oppervlakte nodig is om in de behoeften van een specifiek huishouden te voorzien, op basis van de grootte van de woning, individuele warmtebehoeften en het isolatieniveau van de constructies.

Het is het handigst om de zonnepanelen op het dak van het huis te plaatsen, waarbij u de zuidelijke dakhelling kiest.

Voor verwarming kunt u zonnepanelen het beste gebruiken in zuidelijke regio's. Hun belangrijkste nadeel is een verminderde efficiëntie in de schemering en bij bewolkt weer, en het volledig niet werken 's nachts.

Om zelf een zonnepaneel te maken, moet u eerst het frame in elkaar zetten, de zonnecellen solderen, dan alles voorzichtig plaatsen en kit gebruiken.

Voor het maken van het frame worden houten latten en aluminium hoekprofielen gebruikt. Alles hangt af van de grootte van de te monteren constructie en de plaats ervan. De zonnecellen – siliciumwafers – zijn het duurste onderdeel van de constructie. Ze zijn er in monokristallijn en polykristallijn. De eerste zijn iets duurder, maar hebben ook een 5% hoger rendement.

Ze zelf maken is onmogelijk. Het is beter om fotovoltaïsche omvormers te kopen met reeds gesoldeerde geleiders.

Ze moeten op een basis van vezelplaat worden geplaatst, vervolgens in het frame worden bevestigd, de draden van de elementen naar buiten worden geleid en alle openingen worden opgevuld met kit. Laat de constructie goed drogen en bedek met een deksel van glas of transparant plastic.

Montageschema's en aansluitmethoden voor zonnepanelen worden beschreven in dit artikel.

Zonnecollectoren

Een fundamenteel andere manier van omzetting van geabsorbeerd licht bij collectoren. De basis van hun werking is een warmtedragende vloeistof die door leidingen stroomt.

Afhankelijk van de constructie kunnen er drie hoofdtypen collectoren worden onderscheiden, die het vaakst worden gebruikt voor het bouwen van een zonneverwarmingssysteem:

• Platte. De warmteontvanger – absorber is gemaakt van plaatmetaal met een zwartgemaakt buitenoppervlak. Bij verhitting geeft het de energie door aan de warmtedrager van het verwarmingssysteem.
• Vacuüm. Het collector vacuümsysteem is gebouwd volgens het principe van thermosflessen, waardoor de opgevangen warmte van de zon bijna twee keer zo goed behouden blijft.
• Concentrators. Het apparaat is voorzien van een hol spiegelend onderdeel met een groot oppervlak, dat zonlicht concentreert op een klein oppervlak van de absorber.

De meest voorkomende huishoudelijke zonnewarmte-installaties zijn voorzien van een buizensysteem, uitgevoerd als parallel verbonden elementen of als een spiraal. De buizen worden gevuld met technisch water, of een mengsel van water met antivriesvloeistof of lucht.

Na het visualiseren van de belangrijkste onderdelen van de zonne-installatie, is het gemakkelijker te bepalen waar de verschillende componenten het beste kunnen worden geplaatst (+)

Een luchtinstallatie kan worden gebruikt als een aanvullende verwarmingsbron. Het kan een woning niet volledig van warmte voorzien, ongeacht de regio waarin het zich bevindt. Het belangrijkste kenmerk van dit type zonne-energiesysteem is lucht, dat de rol van warmtedrager vervult.

Buissystemen worden vrij actief gebruikt voor verwarming het hele jaar door. Antivriesmiddel of een mengsel van antivries wordt verwarmd door de zonnestralen, stroomt vervolgens door de interne warmtewisselbuizen en wordt dan naar een opslagtank geleid.

De beweging van de vloeistof wordt gestimuleerd door een pomp, waardoor deze van de tank naar het verwarmingssysteem wordt verplaatst. De verwarmde warmtedrager verdringt het afgekoelde deel van de vloeistof, dat vervolgens weer naar de collector moet terugkeren om opnieuw te worden verwarmd.

Het werkingsprincipe van een plat zonne-energiesysteem is gebaseerd op het binnendringen van zonlicht in het paneel, waar zich een warmteabsorber bevindt. Deze wordt warm en straalt warmte uit, die wordt overgedragen aan de vloeistof die door metalen buizen (meestal koper) circuleert.

Wat kan men zelf bouwen?

U kunt met uw eigen handen een zonneverwarmingssysteem bouwen dat een luchtcollector gebruikt. Plaats het bij voorkeur aan de zuidmuur van het gebouw.

Hoe groter de oppervlakte van de te verwarmen ruimte, hoe groter de collector zal zijn – mogelijk de hele muur van het huis. Ook kunt u dit zonne-energiesysteem op de zolder installeren.

Als u van plan bent een luchtverwarmingssysteem op de zolder te installeren, moet u ervoor zorgen dat deze het gewicht van de installatie kan dragen (+)

De zonne-luchtcollector die de luchtmassa verwarmt – vervult zijn verwarmingsfuncties door middel van luchtstromen die in het systeem circuleren. Het warmteoverdrachtsmedium circuleert door het circuit, koelt af en komt opnieuw in het systeem. De beweging van luchtstromen kan natuurlijk plaatsvinden of met behulp van een ventilator.

Wat betreft de materialen voor het vervaardigen van de luchtcollector, kunnen hier verschillende handige middelen worden gebruikt. Er bestaat geen vaste regel.

Thuisklussers verbeteren dit type zonnesysteem dat thuis wordt samengesteld. Sommige mensen streven naar een goedkopere variant, waarbij ze de efficiëntie opofferen, anderen doen het tegenovergestelde.

Als u de belangrijkste onderdelen van de luchtcollector begrijpt, is het gemakkelijker om een beslissing te nemen over de montageplaats – het dak of de muur (+)

Laten we de belangrijkste methoden bekijken.

Kenmerken van de installatie van een buisvormig zonne-energiesysteem

Het buizenzonnesysteem voor verwarming kan in verschillende regio's worden gebruikt. Het is onafhankelijk van de buitentemperatuur. Het belangrijkste is dat de installatie zo veel mogelijk zonlicht ontvangt.

De antivries die als warmteoverdrachtsmedium wordt gebruikt, bevriest niet bij lage temperaturen. Op heldere winterdagen is de hoeveelheid zonlicht groter dan de hoeveelheid licht die in de zomer binnenkomt.

De buisvormige zonnecollector bestaat uit een systeem van doorzichtige vacuümbuizen die met elkaar zijn verbonden. Ze bevatten een stof met een laag kookpunt. Bij het koken verdampt het, geeft zijn warmte af aan de koperen punt en stroomt naar beneden, waar het proces zich herhaalt.

Vacuümbuizen, gemaakt van vuurvast glas, zijn van binnen gevuld met een stof die bij een lage temperatuur kan koken (+)

Vacuümbuizen absorberen tot 90% van alle zonnestraling (zichtbaar en infrarood). De zonne-energie, omgezet in warmte, wordt overgedragen aan het warmteoverdrachtsmedium. Het geeft deze energie verder door in het systeem – naar de warmtewisselaar die zich in een speciale accumulator-tank bevindt.

De beweging van het warmteoverdrachtsmedium en water door het verwarmingssysteem gebeurt met behulp van pompen. Het is belangrijk dat de tank een goede thermische isolatie heeft. Er zijn doorgaans twee warmtewisselaars: een is verbonden met een extra verwarmer, de tweede met de collectoren.

In huizen met dit type zonne-installaties is het voordelig om ook een vloerverwarmingssysteem aan te sluiten. Dit maakt het mogelijk om het gebouw efficiënter te verwarmen.

Wat betreft de installatie van buiscollectoren, deze kunt u zelf installeren. Het enige is dat u rekening moet houden met de werkende hellingshoek – deze moet minimaal 20° zijn.

De buisvormige zonnecollector wordt op het dak geplaatst, waarbij de meest zonnige richting wordt gekozen. Het is belangrijk dat er geen hoge gebouwen in de buurt zijn die de vrije doorgang van zonlicht belemmeren.

Het is niet mogelijk om zelf een vacuüminstallatie te bouwen – vacuümbuizen kunt u thuis niet maken. Dit wordt gedaan door fabrieken die gespecialiseerd zijn in de productie van vacuümzonnesystemen.

Vlakke zonne-installatie

Vaak wordt voor verwarming een platte zonnewarmtecollector gebruikt.

Voor de constructie ervan heeft u nodig:

• een metalen frame;
• een stevige bodem;
• een laag thermische isolatie;
• een laag zwarte zonnestralingsabsorbeerder (adsorber);
• een transparante afdekking – plastic, glas;
• buizen voor vloeistof (koper, aluminium).

De constructie moet worden uitgerust met inlaat- en uitlaatpijpen en een pomp voor een efficiënte vloeistofcirculatie.

U kunt zelf een platte zonne-installatie in elkaar zetten. Vaak worden hiervoor alledaagse materialen gebruikt, waarbij goedkopere materialen als alternatief worden gekozen (+).

U kunt een platte collector onder elke hoek installeren, een vereiste is dat u deze van sneeuw en stof reinigt. Hij is bijzonder geschikt voor een warm klimaat.

In de koude periode wordt een lage werking en hoge warmteverliezen waargenomen. Dit roept twijfel op over het gebruik van alleen dit ene zonnesysteem voor volledige verwarming. Het is optimaal om een platte zonne-installatie te gebruiken samen met een gas-, elektrische of vastebrandstofverwarming.

Wij raden u aan kennis te nemen van artikelen over zelfbouw van zonneverwarmingssystemen:

1. Hoe u zelf een zonnecollector voor verwarming maakt - een stappenplan
2. Hoe maakt u zelf een zonnepaneel: methoden voor montage en installatie van een zonnepaneel

Nogmaals over de zinvolheid

Het is voordelig om zonne-energie te gebruiken voor verwarming in plaats van de gebruikelijke energiebronnen. Afhankelijk van het gekozen type zonnesysteem kan de besparing op betaalde warmte tot 100% bedragen.

Een optie voor volledige vervanging van het verwarmingssysteem is het gebruik van collectoren met vacuümbuizen. Dit is een vrij duur project in de beginfase. Op de lange termijn kan het volledige energieonafhankelijkheid garanderen en zichzelf binnen 6-8 jaar terugbetalen.

De vindingrijkheid van thuisklussers kent geen grenzen – als labyrint voor de vloeistofcirculatie in de collector kunt u een gewone slang gebruiken.

De levensduur van zonne-installaties bedraagt tot 25 jaar. Ze vereisen minimaal onderhoud – periodieke reiniging van oppervlakken van sneeuw, stof en vuil. Wat reparatie betreft, die kunt u zelf uitvoeren. Een aanzienlijk nadeel is dat platte collectoren en zonnepanelen niet bestand zijn tegen orkanen.

Deze verwarming is veilig voor de bewoners van het huis en het milieu. Het is volledig gratis en onafhankelijk van wisselkoersen en energieprijzen.

Conclusies en nuttige video over het onderwerp

De video toont het proces van het zelf bouwen van een zonnepaneel:

Een visuele handleiding voor het bouwen van een luchtverwarmingssysteem:

De technologie om zelf een platte zonnewarmte-installatie te maken:

Zonnewarmte-installaties of zonne-verwarmingssystemen hebben zich wereldwijd bewezen. Ze leveren gratis warmte en verminderen de uitgaven voor verwarmingskosten met minstens 30%.

Het is mogelijk om de energiebronnen in uw verwarmingssysteem volledig te vervangen door zonne-energie. Een ander groot voordeel is dat u het zonnesysteem zelf kunt monteren.

Heeft u praktische ervaring met het monteren of gebruiken van zonne-verwarmingssystemen? Deel uw kennis, stel vragen over het onderwerp en neem deel aan de discussies. Het reactieformulier vindt u hieronder.