Installatie en leidingen van thermische zonnesystemen

Bij zonnesystemen wordt een onderscheid gemaakt tussen fotovoltaïsche systemen voor de opwekking van elektriciteit en zonnesystemen voor de productie van warm water.

Zonneboilersystemen worden doorgaans gebruikt voor het verwarmen van sanitair warm water, het verwarmen van zwembaden, back-upverwarming en het genereren van proceswarmte. Ze bieden dus een zinvol alternatief voor conventionele waterverwarming. Tegenwoordig worden overwegend systemen met twee circuits geïnstalleerd.

In het eerste circuit wordt een warmte dragend medium (water-antivriesmengsel) door de collector gepompt en wordt de opgenomen warmte via een warmtewisselaar in de warmwatertank overgedragen op het drinkwater. In het tweede circuit wordt het verwarmde drinkwater naar de verbruiker geleid.

In systemen met één circuit wordt het water rechtstreeks door de collector gevoerd en verwarmd. Dit systeem wordt soms gebruikt om zwembadwater te verwarmen zonder gevaar voor vorst. Installaties met één circuit in landen waar gevaar voor vorst bestaat, moeten kunnen worden afgesloten en afgetapt door middel van een geschikt regelsysteem.

De juiste dimensionering van het systeem is de eerste voorwaarde voor een goede werking. Voor kleine systemen in één- en tweegezinswoningen kan worden uitgegaan van een waterverbruik van ongeveer 50 liter warm water per persoon per dag. Met een temperatuurspecificatie van 50 °C en de nodige reserves voor dagen met minder instraling, moet het collectoroppervlak ongeveer 2 m² per persoon bedragen.

Materialen voor de leidingen

Geschikte materialen voor de leidingen van het zonnecircuit leveren:

voldoende temperatuursbestendigheid
glycolweerstand
hoge drukbestendigheid
weer- en corrosiebestendigheid, noodzakelijk voor gebruik buitenshuis (geen gegalvaniseerde buizen)

für den Außenbereich notwendige Witterungs- und Korrosionsbeständigkeit (keine verzinkten Rohre)

Warm water tank

De voorraadtank voor warm water moet een volume hebben van 1,5 tot 2 maal het dagelijkse verbruik van warm water per persoon, d.w.z. ongeveer 100 liter per persoon, om warm water op te slaan voor dagen met minder straling.

Opslagtanks moeten een slanke, cilindrische vorm hebben om voor een goede temperatuurstratificatie te zorgen. De opslagtank moet ten minste 10 cm dichte en kiervrije warmte-isolatie hebben om warmteverlies tot een minimum te beperken.

Zonne-circuit

Het zonnecircuit wordt gebruikt om warmte te transporteren tussen de collector en de warmtewisselaar in het warmwatertoestel. Het circuit moet zo kort mogelijk zijn; voor installaties in één- en tweegezinswoningen is een leidingdiameter van 15 mm of 18 mm meestal voldoende. De hoge temperaturen van meer dan 110 °C in de collector en in het collectorcircuit vereisen ook een aangepaste thermische isolatie van het leidingwerk.

Buiten moet de thermische isolatie ook bestand zijn tegen UV-straling, verwering en vogelschade. Daarom moeten daar UV-bestendige en/of loodhoudende materialen met overeenkomstige temperatuurbestendigheid worden gebruikt. Veel gebruikte schuimmaterialen, die alleen zijn ontworpen voor verwarmingssystemen tot 90 °C, laten het hier vaak al na een paar dagen afweten.

Speciale schuimmaterialen zijn op de markt verkrijgbaar voor de eisen van het collectorcircuit. Bovendien is er de mogelijkheid van thermische isolatie met behulp van steen- of glaswol en melaminehars. De leidingen moeten tegen warmteverlies worden geïsoleerd in overeenstemming met de isolatiediktes van de voorschriften voor verwarmingssystemen. In kleinere systemen voor één- en tweegezinswoningen is het gebruikelijke debiet 30 tot 50 liter per m² collectoroppervlak. De druktest moet worden uitgevoerd volgens de instructies van de fabrikant van het zonnesysteem.

Vorming van stoom tijdens stilstand

Als het zonnesysteem stilstaat - b.v. omdat het voorraadvat al volledig geladen is en er geen verbruik plaatsvindt of omdat de pomp van het collectorcircuit niet in bedrijf is - kan er stoom in de collectoren ontstaan als de zonnestraling doorgaat. De stoomruimte komt gewoonlijk overeen met het volume van de collector en een kort gedeelte van de verbindingsleidingen.

In conventionele vlakke-plaatcollectoren worden stilstand temperaturen tot 250 °C bereikt, in vacuümbuiscollectoren zelfs tot 350 °C. Wanneer het systeem na een dergelijke stilstand fase opnieuw wordt opgestart, kunnen in het zonnecircuit in zeer korte tijd vrij hoge temperaturen ontstaan. Metingen door het Fraunhofer-instituut voor zonne-energiesystemen (ISE) tonen aan dat wanneer de vlakke-plaatcollector niet gevuld is - d.w.z. tijdens de bouwfase wanneer deze aan zonnestraling wordt blootgesteld - er bij de collector bij stilstand temperatuur ca. 160 °C kan optreden (210 °C collectortemperatuur). Afhankelijk van het weer kan dit enkele maanden het geval zijn. EPDM-afdichtingsringen zouden hier al schade oplopen - zonder dat het systeem zelfs maar in werking is gesteld.

Het gebruik van koperen fittingen

Als fittingen voor koperbuizen wordt daarom het gebruik van SANHA® koperpersfittingen (serie 12000/13000) aanbevolen. Als alternatief staan het SANHA® NiroSan® perssysteem serie 18000 (roestvrij staal) of NiroTherm® Industry (serie 98000) ter beschikking.

Beide perssystemen hebben een hogere temperatuurbestendigheid dankzij de FKM-afdichtingsring en zijn geschikt voor water-glycolmengsels in alle mengverhoudingen. Bij de hierboven beschreven piektemperaturen bereiken echter zelfs FKM-afdichtingsringen hun grenzen. Daarom moet het leidingsysteem niet rechtstreeks op het collectoroppervlak worden aangesloten, maar moet een afstand van ten minste 3 meter worden aangehouden.

Bij vacuümbuiscollectoren wordt aanbevolen de verbindingen tussen de collector en het zonnecircuit, alsmede de overige verbindingen in het zonnecircuit zelf, met hardsoldeer uit te voeren, omdat bij het opnieuw opstarten van het systeem na een stilstand temperaturen tot 280 °C kunnen optreden bij de overgangspunten en bij de overige verbindingen tussen de buis en de fittingen.

Lijn routing

De aan- en afvoerleidingen moeten met een helling worden gelegd, zodat het systeem zo nodig kan worden afgetapt. Voor het zonnecircuit moet bijzondere aandacht worden besteed aan de lengteverandering van de leidingen. Door de te verwachten grote temperatuurverschillen zetten de koperen of roestvrij stalen leidingen meerdere malen uit in vergelijking met een conventionele warmwaterinstallatie. Met deze uitzetting in de lengte moet rekening worden gehouden door middel van passende bevestigingen (compensatoren) en de installatie van uitzetbochten of buigpoten in de leiding.