Is een Zonnestroomboiler een goed alternatief?

En dan vraag je natuurlijk meteen; een alternatief voor wat?

Close-in of douche boiler

Warmwaterbereiding voor douche of wastafel doen de meeste Nederlanders via de cv-ketel die op gas is aangesloten. En ook gebruiken wij veel close-in boilers in de keuken. Want de lange aanvoerleiding van warmwater via de cv-ketel naar de keuken, betekent lange wachttijden en veel waterverspilling.

Figuur 1: close-in of keukenboiler

Maar elke boiler, ook een keukenboiler, verliest zijn warmte door uitstraling. Dat komt door de relatief zwakke isolatie om de boilerketel heen. Een gemiddelde boiler van 120 Liter, geschikt voor 2-3 personen, kan tot wel 1 kWh aan vermogen per dag verliezen. Dat is dus best veel. Lees hiervoor het artikel op Olino.org: http://www.olino.org/articles/2010/11/29/energieverbruik-close-in-boiler/

Natuurlijk worden er naast close-in boilers ook nog grotere boilers gebruikt. Wil je met meerdere personen kunnen douchen, dan is een boiler van 120-180 liter heel gewoon. Reken er maar op dat deze boilers ook een behoorlijk energieverlies hebben. Er zijn overigens ook nog indirect gestookte warmwaterboilers. Deze worden voorverwarmd door de CV ketel en kunnen daarnaast ook elektrisch worden verwarmd. Zo zijn er meerdere combinaties van opslag en verwarming mogelijk.

Zonneboiler

Een goed alternatief voor warmwaterbereiding is een zonneboiler. Dit zijn vlakke platen of buizencollectoren die op het dak van het huis liggen en door de zon worden verwarmd. In de zonneboiler wordt een antivriesmengsel gebruikt dat door een pomp via een warmtewisselaar door een buffervat (soort boiler) wordt gepompt. Afhankelijk van de gewenste capaciteit is zo’n buffervat 300 Liter tot soms wel meer dan 1000 Liter. Door de omvang van het buffervat én door de uitgebreide installatie van leidingen, pompen en besturing is dit een tamelijk complexe technische installatie en ook best wel forse investering. Toch verdient een zonneboiler zich in circa 15-18 jaar terug en is de levensduur vaak meer dan 20 jaar. Maar een groot nadeel van de zonneboiler is dat deze in de zomer veel meer energie oplevert dan wij gebruiken terwijl deze in de winter te kort schiet om warmwater van minstens 55 graden te maken.

Figuur 2: schematische weergave van zonneboiler

Gebruikers compenseren de nadelen van de zonneboiler in de winter door het voorverwarmde water naar een cv-ketel te leiden. Maar dan zijn we nog steeds afhankelijk van aardgas. We kunnen in de winter het water in het buffervat ook verwarmen door een verwarmingselement in het buffervat te plaatsen. Hiermee wordt het buffervat weer gewoon een elektrische boiler, samen met de eerder beschreven warmteverliezen. In grotere installaties zien we dat aan het buffervat ook een houtkachel, pelletkachel of zelfs steeds vaker een warmtepomp wordt gekoppeld. Daarmee kunnen we echt onafhankelijk worden van het aardgas.

De nadelen van het warmte overschot van de zonneboiler in de zomer kunnen maar voor een heel klein deel worden gecompenseerd door bijvoorbeeld hotfill aansluitingen te maken naar wasmachines en vaatwassers. Maar zelfs dan kunnen we met de rest van de warmte niets beginnen. Zeker niet als we op vakantie zijn. Vaak wordt de installatie dan gewoon uitgezet.

Doorstroomboiler

Een in Nederland nog weinig toegepaste oplossing is de doorstroomboiler. Dit is een zeer klein apparaat met een heel krachtige warmtebron. Het water wordt er koud ingebracht en komt er direct op de juiste temperatuur uit. En bij stilstand is er geen warmteverlies want er blijft geen water in het apparaat achter. In combinatie met een zonneboiler/buffervat kan zo tegen minimale verliezen, snel warmwater worden bereid tegen zeer aanvaardbare kosten. Het nadeel van de doorstroomboiler is dat deze een zware elektrische aansluiting vereist. En maar weinig woningen in Nederland hebben dat en dat verklaart dan ook waarom we de doorstroomboiler (nog) niet zo veel toegepast zien worden. Maar in ons omringende landen is de doorstroomboiler inmiddels een steeds vaker toegepast alternatief om snel en met weinig verlies, warm water te bereiden. Maar daar is het elektriciteitsnetwerk ook veel zwaarder uitgevoerd terwijl wij in Nederland een gas aansluiting hebben.

Figuur 3: doorstroomboiler

Maar dit artikel begon met de vraag: Is een Zonnestroomboiler een goed alternatief?
Een zonnestroomboiler is een boiler met een verwarmingselement dat met de elektrische stroom van zonnepanelen wordt verwarmd. De zonnestroomboiler wordt daarom ook wel PV-boiler genoemd. In plaats van een zogenaamd AC verwarmingselement (voor 230Volt wisselstroom) zoals we dat in de close-in of normale doucheboiler tegenkomen, zit er nu een DC verwarmingselement in dat de opgewekte elektrische energie zonder de omzetverliezen van een PV-omvormer, direct omzet in warmte. Tot zover is de zonnestroomboiler dus een paar procent efficiënter dan een normale boiler. Maar nog altijd verliest deze zijn warmte door stralingsverliezen.

In de winter, als de stroomopwekking in Nederland te weinig is om de zonnestroomboiler helemaal op te warmen, kan er ’s avonds alsnog worden omgeschakeld naar een AC-verwarmingselement. Het water is dan overdag door de zonnepanelen voorverwarmd en wordt later na verwarmd tot de juiste temperatuur. Er wordt dus zeer efficiënt gebruik gemaakt van de zelf opgewekte zonnestroom.

En in de zomer, als er voldoende zonneschijn en dus elektriciteit is, schakelt de zonnestroomboiler het overschot aan elektrische energie gewoon via een PV-omvormer door naar het elektriciteitsnet. Daarmee wordt dus, in tegenstelling tot de zonnecollector of zonneboiler, alle opgewekte energie in de zomer nuttig gebruikt. Ook heb je voor de zonnestroomboiler geen ingewikkelde installatie met pompen en leidingen naar het dak nodig. Eigenlijk, behalve de eerder genoemde stralingsverliezen, zijn er dus vooral veel voordelen te behalen met de zonnestroomboiler.

Enkele leveranciers van normale elektrische boilers hebben hun boilers aangepast voor PV systemen. Het 3-fase AC verwarmingselement wordt met enkele relais bestuurd zodat afhankelijk van de zonopbrengst er 1, 2 of 3 elementen worden ingeschakeld. Ook kun je prima zo een schakeling zelf maken zodat je zo efficiënt mogelijk gebruik maakt van je eigen opgewekte stroom. Alleen Nibe heeft speciale PV boilers met een DC element (en een extra AC element voor donkere dagen) maar nog steeds heb je dan naast de Nibe boiler ook nog een omvormer nodig voor het terug leveren van de elektriciteit die echt over is.

Figuur 4: Nibe PV Boiler en schematische weergave

Het is de vraag of de PV Boiler wel echt serieus genomen wordt. Als er zo weinig leveranciers oplossingen bieden, zijn de andere alternatieven dan beter? En is dit niet een erg kostbare oplossingen? Want het is maar de vraag of deze veel duurdere PV Boiler zijn meerprijs wel terugverdient door de goedkope zelf opgewekte zonnestroom. Gemiddeld is een PV-Boiler twee maal zo duur in aanschaf als een normale boiler. En zolang als wij onze salderingsmogelijkheden in Nederland hebben voor het overschot aan zonenergie in de zomer, is er eigenlijk nauwelijks een financieel voordeel te behalen met de PV-boiler. Misschien verklaart dat ook wel de zeer beperkte keuze op de markt?

Warm water of hoogste efficiëntie?

Als het er om gaat om je eigen opgewekte zonnestroom zo efficiënt mogelijk te gebruiken, zou ik kiezen voor een andere oplossing. Kies dan voor een warmtepomp. Een warmtepomp zal namelijk veel efficiënter omgaan met de elektrische energie die hij nodig heeft om water te verwarmen.

COP of Coefficient of Performance: de warmtepomp.

Elke elektrische boiler heeft een Coëfficiënt of Performance (COP) van 1. Dit betekent dat als je er 1 kWh aan elektrisch vermogen in stopt, het water met 1 kWh zal worden verwarmd (los van de stralingsverliezen). De rekenkundige verklaring is dus: COP=geleverde energie/gebruikte energie. Maar een warmtepomp doet dit anders. Google even op “hoe werkt een warmtepomp” en je kent de theorie. Of lees warmtepomp-weetjes.nl. Denk maar aan een koelkast. Deze heeft een compressor/pomp en een condensor. De compressor met condensor ‘haalt’ de warmte uit de koelkast en staat deze af via het spiraal aan de achterzijde van de koelkast. Een gemiddelde warmtepomp heeft een COP van 3. Dat betekent dat de compressor in de warmtepomp van 1 kWh elektrisch vermogen wel 3 kWh verwarmingsenergie kan afstaan aan het water.

Met andere woorden, als je een overschot aan elektrische energie uit zonnepanelen hebt, kun je deze het beste met een warmtepomp omzetten in warmte energie in plaats van een PV-Boiler op je PV panelen aan te sluiten. Bovendien kan de warmtepomp deze warmte afstaan aan een warmwaterboiler, maar ook aan een buffervat en een vloerverwarming. De toepassingen van de warmtepomp zijn dus veel uitgebreider. En daarmee is de PV-Boiler dus helemaal niet zo’n goed alternatief om efficiënt met jouw zonnestroom om te springen.

En om het allemaal nog wat ingewikkelder te maken wordt er tegenwoordig door leveranciers van zonnepanelen geëxperimenteerd met vloeistof gekoelde PV panelen. PV panelen worden namelijk warm in de zon als ze elektriciteit opwekken. Het idee is dat deze warmte nuttig gebruikt kan worden voor de verwarming van de woning terwijl tegelijkertijd de PV panelen gekoeld worden waardoor de opbrengst stijgt.

Figuur 6: PVT panelen, een PV paneel met koeling

Deze zogenaamde PVT panelen wekken helaas niet genoeg warmte op voor warmwaterbereiding. De temperatuur wordt namelijk niet veel hoger dan 45 graden. Maar dat is wel ruim voldoende voor een warmtepomp. Deze kan de temperatuur weer verder opwerken en daarna afstaan aan een buffervat. Er zijn al een paar PVT producten op de markt beschikbaar maar er is nog onvoldoende ervaring om te bepalen of dit een blijvend product is. Meer lezen over de PVT toepassing kun je via dit artikel: http://het-slimme-huis.nl/smart-energy/pv-t-panelen-zonnestroom-en-zonnewarmte-gecombineerd/