OliNo

Duurzame Energie

Zelfbouw Zonneboiler

Geplaatst door Harry Riemens in Zelfbouw, Zonne-energie
Tags: ,
Geef een reactie

Duurzame energie is leuk, nog leuker is het om duurzame energie op te wekken met een eigen bouwsel!

Helaas zijn de kosten van PV panelen en zonneboilers dermate hoog dat ik er veel over heb nagedacht, of er geen betaalbare manier te vinden zou zijn om de enorme hoeveelheid gratis warmte en licht van de zon nuttig te kunnen gebruiken. Temeer omdat ons huis over een groot schuin dak beschikt pal op het zuiden. Zo ben ik vorig jaar eens gaan experimenteren met het verwarmen van water met zonlicht en daaruit kwam het idee voort om eens een experimentele zonneboiler in elkaar te knutselen.Het doel daarbij was vooral om te testen hoe je met zo weinig mogelijk kosten zoveel mogelijk zonnewarmte zou kunnen opvangen.


Testopstelling

De gebruikte materialen zijn op het watervat na, alle eenvoudig verkrijgbaar bij bouwmarkten, tuincentra en tweedehands winkels (Marktplaats)

Constructie

Na enkele mislukte ontwerpen voor een collector ben ik uiteindelijk uitgekomen op een aluminium plaatconstructie met daarop gekitte geleidebanen voor het warmtemedium. Het doel hiervan is, om de vloeistof direct contact met de plaat te laten maken i.p.v. via buizen, zodat de opgevangen warmte zo efficiënt mogelijk wordt afgegeven aan de vloeistof. Hiervoor zijn aluminium U-profielen prima geschikt, deze lopen zigzag van boven naar beneden over de vier 1 m2 grote platen met een tussenruimte van ca. 10cm. Met een sterke vloeistofdichte kit moeten deze ondersteboven op de plaat gekit worden zodat de vloeistof tussen plaat en U-profiel kan stromen. Aan de uiteinden van de constructie moet een aluminium buisje worden ingekit waarop de aan en afvoerslangen kunnen worden aangesloten. Het kitten is nog het lastigste deel van de collector, de meeste kitten gaan lekken en zijn bovendien niet erg solide. Uiteindelijk blijkt vijverkit die gebruikt wordt om EPDM vijverfolie waterdicht te verbinden, de beste oplossing, deze is zeer sterk, hecht uitstekend op aluminium en maakt de boel prima waterdicht. Het kitten gaat het best wanneer de profielen met wat zware stenen gefixeerd worden zoals op de foto te zien is, zodat ze niet kunnen verschuiven.


Profielen op de plaat gekit

Wanneer de collector helemaal vloeistofdicht is gemaakt, moet hij zo zwart mogelijk worden gemaakt zodat hij het invallende zonlicht goed absorbeert. Hiervoor is gewoon roet prima geschikt, beter dan bijv. zwarte verf, die altijd glanst en zo veel zonnestraling weerkaatst. Gewoon een kwestie van de plaat omkeren en er dan met een bekertje brandende terpentine onderlangs bewegen, zodat de vette walm van de vlam zich als een mooie dofzwarte laag op het aluminium afzet. Daarna de collector aan de onderzijde isoleren om warmteverlies tegen te gaan, aan de bovenzijde om dezelfde reden een plaat kweekkasfolie aanbrengen en de collector is gereed.


Voorraadvat

Het boilervat bevindt zich tussen de waterleiding en de drinkwater ingang van de CV combiketel, zodat het boilerwater bij een te lage temperatuur automatisch wordt bijverwarmd, zo hebben we dus gewoon altijd voldoende warm water uit de kraan.

Zonnecircuit

Het zonnecircuit heb ik ook weer zo eenvoudig en voordelig mogelijk gebouwd, een koelbox dient als buffervat, het warmtemedium bestaat uit een mengsel van 50% demi-water en 50% long-life auto-koelvloeistof. Dit wordt via een tweedehands CV pomp omhoog naar de collectoren gepompt en stroomt dan via de U-profielen zigzag over de platen, daarna via de warmtewisselaar van het boilervat weer terug naar de buffer.
De zwarte spiraalslangen zoals die ook voor tuinvijvers gebruikt worden, voldoen het beste, gewone slangen gaan gemakkelijk knikken als ze warm worden en zijn daarom minder bruikbaar. Bovendien pikt zo’n zwarte slang onderweg ook nog een beetje zonnewarmte op! Om de pomp op de juiste momenten te laten inschakelen gebruik ik twee NTC weerstandjes, eentje aan de onderzijde van het onderste paneel gekit, de andere op een metalen plug op het boilervat. Een IC vergelijkt beide weerstanden en zodra de platen warmer worden dan de boiler, en dus weerstand 1 lager wordt dan weerstand 2, wordt een relais ingeschakeld dat op zijn beurt de pomp inschakelt.


Elektronisch schema temperatuurvergelijker

R6,R7 en R10 zijn 4.7K
R8 en R9 zijn 2.7K
RV2 is een potmeter van 1K
In plaats van D4 heb ik een condensator van 100uF gebruikt, om het relais rustig te laten schakelen.
Voor D2 en D3 heb ik NTC weerstanden van 1K gebruikt.
IC2 is de LM741
Q2 tenslotte is een power transistor AD149 uit een oude voeding gehaald.

Materiaalkosten

Alles bij elkaar heeft deze zonneboiler plusminus 885 euro gekost, waarvan 450 voor het boilervat en ook het gebruikte aluminium kostte circa 180 euro, de overige materialen zijn voordelig en gemakkelijk verkrijgbaar. Oftewel voor minder dan een vijfde van de prijs van een commerciële installatie, kan een ieder met een gunstige dakligging op eenvoudige wijze zonnewarmte opvangen om een groot deel van het jaar brandstofloos te kunnen baden en douchen!

Prestaties

Inmiddels is de boiler nu ruim een jaar in werking, het lijkt me wel aardig om met de lezers van Olino wat ervaringen te delen wat betreft de prestaties. Om te beginnen: De berekende opbrengst in 2011 is 2,53GJ. Dit komt ongeveer overeen met ruim 80 kuub Gronings aardgas, wat 4,5% is van ons jaarverbruik. Professionele zonneboilers beloven een jaaropbrengst van 4 a 5 GJ maar kosten dan ook wel tot 5 maal zoveel dan deze zelfbouwinstallatie!


Opbrengst 2011 uitgedrukt in Joule (J)

Dus eigenlijk kan ik best tevreden zijn met dit resultaat, zeker als ik kijk naar de opbrengst per geïnvesteerde euro. De opbrengst is gemeten door dagelijks de temperatuur van de boiler ’s morgens te meten en daarna in de vroege avonduren opnieuw. Uit het temperatuurverschil kan dan de geschatte energieopbrengst worden berekend. Toegegeven, heel erg nauwkeurig is deze methode niet, temeer omdat het overdag afgetapte warmwater niet kan worden meegeteld. Dit is dus niet gemeten energie die echter wel degelijk is opgewekt. Anderzijds gebruikt de pomp van de boiler ook nog de nodige elektriciteit, wat weer een rendementsverlies is, echter komt ook deze energie uiteindelijk als warmte in het boilerwater terecht, maar uit de dagelijkse waarnemingen van een jaar kan toch heel aardig het opgewekt vermogen van de collectoren berekend worden, aangezien de tijd dat de pomp heeft gelopen wel op de minuut nauwkeurig kan worden gemeten. Dit blijkt rond de 1200W te liggen. En zo kan ik op dagen dat het hele gezin overdag gedoucht heeft, toch een goede schatting maken van de opgevangen energie aan de hand van de draaiuren.


Op het dak bevestigd

Factoren die van invloed zijn op de opbrengst

Factoren die van grote invloed op de opbrengst blijken te zijn:

  • Natuurlijk het aantal uren zon op een bepaalde dag, met name in het voor- en naseizoen is de zon doorslaggevend, vooral de uren tussen 10:00 en 16:00 levert de zon maximaal warmte, in de zomer vanwege de zomertijd schuift dit een uur op.
  • Het verbruik van warm water.Wanneer er weinig warm water wordt verbruikt kan de boiler niet presteren, immers in tegenstelling tot PV is terugleveren van energie aan het net niet aan de orde, dus meer dan het eigen verbruik kan er niet worden opgewekt. Met name in perioden met zeer zonnig weer, zoals we die in het voorjaar van dit jaar 2011 hebben gehad, is dit effect zeer goed merkbaar.
  • De verzadigingstemperatuur. Hoe hoger de temperatuur oploopt, hoe minder energie de collectoren leveren. Immers er ontstaat bij een bepaalde temperatuur een evenwichtsituatie tussen in en uitgestraalde warmte op de collectoren. Bij het ontwerp zoals het er nu bij ligt, ligt deze temperatuur in de zomer rond 60 graden, in de winter zakt deze tot rond 25 graden op een zonnige dag in december en januari. Bij ons gemiddelde warmwaterverbruik hebben we daardoor in de zomermaanden genoeg aan ongeveer 3 uur zon per dag, de dagen dat deze zonne-uren gehaald worden kunnen we volledig op zonnewarmte douchen. Waarschijnlijk ligt in deze vrij lage verzadigingstemperatuur het verschil met de professionele apparaten, want indien het water in de boiler koel is, loopt de temperatuur bij een beetje zon wel zeer snel op, om te stokken bij dit evenwichtspunt. Gezegd moet daarbij wel, dat de zeer slechte zomermaanden juli en augustus van dit jaar door gebrek aan zonuren nog niet de maximaal haalbare temperatuur hebben opgeleverd, ik vermoed dat deze rond 80 graden ligt op een zeer warme en strakblauwe zomerdag. Die we deze zomer dus niet gehad hebben helaas… Ieder nadeel heeft gelukkig ook weer zijn voordeel, er hoeven geen maatregelen genomen te worden tegen oververhitting van de installatie!

Toekomstvisie

Zonne-energie kan op dit moment de fossiele brandstof nog niet vervangen, het grote probleem is niet het winnen van deze energie maar de opslag. Als we de zonnewarmte van lente en zomer grootschalig kunnen bufferen, dan kunnen we daar in de winter gemakkelijk bijna brandstofloos ons huis mee warm houden. Misschien zou het mogelijk zijn om een zeer grote goed geïsoleerde waterbuffer onder de grond aan te leggen, die in de zomer met zonnecollectoren verwarmd wordt, en zijn warmte ’s winters afgeeft aan de verwarmingsinstallatie. Maar zolang brandstofprijzen nog relatief laag blijven zal men daar niet in willen investeren, zo werkt de wereld helaas nou eenmaal…. Maar ik hoop dat ik met dit verslag en mijn website anderen kan inspireren om ook eens aan de slag te gaan met zelfbouw zonne-energie en hun bevindingen in te sturen daar deze of mijn site zodat we van elkaar kunnen leren en zo een steentje bijdragen aan het omschakelen naar een meer duurzame energievoorziening waar dat mogelijk is!

Conclusie

Een zonneboiler is een mooie investering die een groot deel van het jaar kan voorzien in de behoefte aan warm water voor bad en/of douche. Financieel levert het bij de huidige prijs voor aardgas echter zeer weinig op. Zou men echter voor zijn warmwater afhankelijk zijn van een elektrische boiler dan is de opbrengst al een stuk interessanter. Hoewel een professionele zonneboiler ruim twee keer zoveel warmte kan produceren dan dit zelfbouw apparaat, is de verhouding tussen investering en opbrengst van deze zelfbouwboiler beduidend beter. Een uitgebreid verslag over de bouw van de zelfbouwboiler, de gebruikte materialen, de kosten van deze materialen, de winkels waar ik een en ander heb aangeschaft, tabellen van de dagelijkse waarnemingen van maand tot maand en foto’s zijn te zien op www.zelfbouwzonneboiler.tk

18 Reacties to “Zelfbouw Zonneboiler”

  1. HenkR Says:

    Proof of concept! Het moet dus mogelijk zijn om met relatief kleine investeringen een behoorlijke besparing te realiseren. Buitenkansje voor de kwakkelende economie. Misschien per huizenblok een boilervat? Wordt hopelijk vervolgd :-).

  2. henk Says:

    leuk, maar onnodig duur en moeilijk.

    een gemiddeld nederlands huishouden besteed 70% vd gebruikte energie aan gas, en 30% aan electriciteit.
    Van die 70% is nog geen 1% voor koken, de rest is voor de verwarming van het huis.
    Wat dat betreft isd it dus een betere keus dan het genereren van electriciteit. mede ook omdat het rendement van zonnepanelen niet ver boven de 15% komt.
    Een zonneboiler heeft een rendement van ongeveer 65%,
    maar een zonne heteluchtverwarming kan rendementen hebben van boven de 85%, afhankelijk van vooral het glastype (= ~-10%)

    het principe is hetzelfde als een zonneboiler met als verschil dat er niet eerst een medium wordt opgewarmd en opgeslagen, maar dat het direct, ongetransporteerd en onverwanderd wordt gebruikt, vandaar het hoge rendement
    en..

    Een kind kan het maken

    https://www.youtube.com/results?search_query=solar+can+heater

    Een ander voor

  3. Niels Says:

    @Harry: ik zie dat de collectoren amper geïsoleerd zijn (onderzijde/achterzijde), en dus veel energie verliezen welke anders in het buffervat terecht komt.
    Daarnaast vind ik ze fragiel eruit zien, kun je wat melden over de robuustheid ten tijde van de afgelopen stormen?
    Overigens, op deze link vind ik de zelfbouw-collectorplaten wat strakker eruit zien, en heel wat ecologisch vriendelijker gezwart dan een terpentine voorraad af te fakkelen ;) http://transitiontowns.nl/archief/9875

  4. marc Says:

    ik hoop dat je rekening gehouden hebt met contactpotentieel anders gaat een en ander geen lang leven beschoren zijn, een piepklein gaatje en de boel is om zeep.

  5. Niels Says:

    @Harry: ik las op je eigen site dat je ca 850 EUR kwijt was. Met beetje zoeken heb je een commercieel verkrijgbare variant voor dezelfde prijs:
    http://www.warmteservice.nl/product/01251105/boiler/zonneboiler/nefit-solarline-1-110-in-schuindak-bovendaksdeel.do (willekeurig, er zullen nog meer commercieel verkrijgbare vlakkeplaatcollectoren te halen zijn)
    De prijzen zijn kennelijk flink aan het dalen (vandaar ook dat Ministerie EL&I / Agentschap NL de subsidies voor Duurzame Warmte in januari 2011 heeft ingetrokken abrupt…)

  6. Jeroen Haringman Says:

    Mooi gemaakt, leuk initiatief. Ik vraag me wel af hoe lang de collectoren meegaan. Het is erg makkelijk te stellen dat commercieel verkrijgbare collectoren “te duur” zijn, maar een gedeelte van die prijs betaal je voor de engineering die gaat zitten in een lange levensduur en de garanties daarop.

    Hetzelfde zie ik bij mensen die zelf zonnestroompanelen maken. In eerste instantie lijkt dat goedkoper, maar keer op keer lees je dat na een jaar of twee de sealings het begeven en de panelen weggegooid kunnen worden omdat vocht de cellen verwoest heeft. Hoe duurzaam is dat?

    Ik ben benieuwd wat de gedachten van de maker hierover zijn.

  7. Peter Says:

    Leuk om te zien. Zelf heb ik ooit een systeem zonder pomp (er was geen electra aanwezig) gebouwd waarbij de boiler hoger stond dan het paneel en het warmste water dus in de boiler moest gaan zitten. Heeft niet gewerkt, ik denk omdat de boiler geen leeg vat was, maar intern ook leidingen had waardoor de weerstand te hoog werd. Het water in het paneel werd wel kokend heet, was echt oppassen.
    Wat me een beetje verbaasde aan jouw oplossing waren de zelf gemaakte leidingen. Inderdaad maximale opbrengst maar heb je nog geen lekkage gehad? Het kan allemaal zo heet worden (uitzetten) dat ik eerder koperpijp erop zou doen. De aansluitingen aan het paneel met flexibele pijp waren bij mij al lastig genoeg.

  8. Harry Says:

    Hallo, hardstikke leuk, jullie reacties op mijn zonneboiler artikel!
    Ik zal proberen wat antwoorden te geven.
    @Henk R:
    Ja een boilervat per huizenblok lijkt me geen slecht idee, hoe groter de voorraad opgewarmd water hoe beter, omdat dan de collectoren

    ook tijdens uren dat er weinig warm water gebruikt wordt, energie kunnen opslaan.
    En natuurlijk kan dat warmwater langer blijven stromen wanneer er een langere tijd weinig zonneschijn is.
    @Henk: ik heb de video bekeken, een heel leuk en creatief idee, groot nadeel van zo’n heteluchtverwarming is, dat we tijdens de zonnige

    maanden van het jaar weinig of geen verwarming nodig hebben en tijdens de winter de zon zo weinig uren schijnt en bovendien zo zwak is,

    dat het systeem niet zal werken. Dus je hebt er alleen profijt van in het vroege voorjaar als het nog koud is, maar de zon inmiddels al

    aardig kracht gaat krijgen, dus dat zijn maar enkele weken in het jaar.
    @Niels: Inderdaad zijn de collectoren op die betreffende site een stuk degenlijker gebouwd, maar dit is thuis in je schuurtje met gewoon

    huis tuin en keukengereedschap vrijwel niet te bouwen.
    Mijn eenvoudige aluminium collectoren werken nu al een jaar en hebben al aardig wat storm, vrieskou, voorjaarshitte en regen doorstaan

    en met goed gevolg, alles is nog heel!
    Inderdaad kan er aan de isolatie nog wel wat verbeteren en ook de roetlaag heeft enkele vervelende eigenschappen

    (corrosiebevorderend) waardoor ik er over denk om eens te kijken of ik ergens aan die speciale solar-lak kan komen en daarmee de

    platen ga zwarten.
    Een betere isolatie zal waarschijnlijk de verzadigingstemperatuur verhogen, ik wil deze temperatuur echter niet al te hoog laten worden,

    omdat er dan weer een hoop geinvesteerd zal moeten worden in thermostatische mengventiel, temperatuurbeveiliging en metalen aan en

    afvoerleidingen naar de collectoren. Bovendien vind ik een vat met 200L kokend water onder hoge druk op mijn hobbykamer ook niet

    echt prettig… Dus met de huidige temperatuur van maximaal 60 graden, misschien nog ietsje meer op een hele warme dag, ben ik dik

    tevreden!
    @Marc: Het contactpotentieel ontstaat wanneer verschillende metalen met elkaar verbonden zijn in aanwezigheid van een electrolyt

    (vocht)
    Mijn collectoren zijn geheel van aluminium dus geen probleem, wel veroorzaakt de koolstoflaag een zelfde soort reactie met het aluminium

    waardoor er inmiddels vele witte oxidevlekjes zijn ontstaan. Dit verminderd uiteraard de absorptie van zonlicht dus de roetlaag is aan

    vervanging toe door iets beters (solar lak).
    @Jeroen H: Zoals ik eerder vertelde, de platen liggen er nu een jaar, en op eeen heel klein beetje witte oxidespikkels aan het oppervlak

    na, is alles nog in prima staat. De vijverkit blijft prima zitten en lekt nog nergens.
    Mocht er toch een lekje ontstaan, dan heb ik nog genoeg kit over om dit snel dicht te smeren.
    Aluminium heeft een bijzondere eigenschap, namelijk het is een uiterst onedel metaal dat razendsnel oxideert, echter de flinterdunne

    oxidelaag sluit het metaal volkomen af van de lucht en water waardoor de corrosie niet verder kan gaan, in tegenstelling met bijv. ijzer of

    koper dat gewoon doorrot. Zo is aluminium dus toch een zeer corrosiebestendig materiaal!
    De meest kwetsbare onderdelen zijn de kunststof delen, dus de slangen en koppelingen, deze worden zacht bij te hoge temperaturen, toen

    ik van de zomer op vakantie was, had ik de installatie uitgezet met als gevolg dat de collectoren zo heet geweest zijn dat het bovenste stuk

    slang geheel verschrompeld was ( vanwege de onderdruk) Dit heb ik dan ook vervangen door een metertje aluminium buis waarmee het

    probleem is opgelost. De kit is bestand tegen zeker 100 graden en is inderdaad mooi heel gebleven!
    Groetjes Harry!

  9. Arie G. Says:

    @ Harry,

    Hoe voorkom je dat het water in de leidingen bevriest?
    En hoeveel kWh gebruikt je pomp per jaar?
    Een tweedehands pomp is meestal niet zo efficiënt?

  10. henk Says:

    Je vergist je, die canheaters zijn ook in de winter functioneel en werken zelfs zo goed, dat er genoeg filmpjes te vinden zijn van mensen die het testen in de winter met temperaturen ruim onder 0, en die binnen een hetelucht stroom meten van rond de 40 graden celsius.

    De afname in zonnesterkte valt ook reuze mee. Van 1000 watt / m2 naar 8 à 900 watt / m2

    De functionaliteit is wel beperkt tot zonneuren, en is swinters dus minder lang dan zomers, en zomers is het idd niet nuttig, maar daar zitten de gemiddelde stookkosten zsowieso niet.
    De bruikbaarheid is dus vooral in het voorjaar herfst en winter, en alleen tijdens zonuren, maar wel bijna 85%. 1 uur levert dus 4 x zoveel energie als een zelfde oppervlakte aan zonnepanelen, en 2 à 3 keer zoveel als een zonneboiler.
    4 uur winterlicht hiermee levert dan zoveel als 16 uur winterlicht op zonnepanelen per dag.

    sowieso een goed idee dus, en binnen handbereik van de meeste klussers.

  11. Daan Says:

    Een leuk initiatief. Maar hoe zit het met de risico’s op legionella dan?

  12. Harry Says:

    @ Arie:
    Het zonnecircuit is gevuld met een mengsel van demi-water en koelvloeistof, dit bevat antivries waardoor het tot -24 niet bevriest.
    In het uitzonderlijke geval dat de temperatuur daar toch onder zou dalen is er nog steeds niet veel aan de hand, want de kit is enigzins elastisch waardoor het systeem niet kapot vriest.
    De pomp gebruikt 60W dus dit is 5% van de opgewekte energie..
    Ook de energie van de pomp wordt uiteindelijk warmte dus gaat niet verloren.
    @ Daan: Het boilerwater passeert de CV ketel waar het bij te lage temperatuur wordt naverwarmd zodat eventuele ziektekiemen overlijden, in plaats van de mens.

  13. Weirdo1 Says:

    Mooi project!

  14. Geujen Says:

    Beste Harry,

    Wij zijn op zoek naar een electrisch schema om een pompje aan te sturen welk start bij een temperatuur verschil van ongeveer 6 graden tussen de boiler en de zonnecollector.
    Zeg maar een soort temparatuur verschil thermostaat.

    Kun je ons uitleggen of jou elektrische schema zo werkt?
    en zo ja, welke componenten hebben we dan exact hiervoor nodig.

    Met vriendelijke groeten
    Pierre Geujen

  15. Harry Says:

    Hoi Pierre, inderdaad doet mijn schemaaatje niet anders dan de temperatuur van boiler en collector vergelijken, of eigenlijk vergelijkt hij de stromen door de NTC weerstanden.
    Met de potmeter kan je het schakelmoment instellen, dus regel de potmeter zodanig in dat hij bij die gewenste 6 graden verschil schakelt.
    Schema en de gebruikte electronica-componenten heb ik op mijn site beschreven, deze zijn voor weinig geld te verkrijgen bij een (online) electronica shop.
    Succes!

  16. jos deforche Says:

    Geachte Harry,
    met heel veel aandacht heb ik jou uiteenzetting gelezen. Vraagje ? kan je ook het water technisch schema tekenen ? Ik zit voor enige tijd in Uganda en zou zeer graag hier zo een installatie plaatsen. Volgende week ga ik terug naar België en zou van daaruit dan de nodige technische ondersteuning willen geven.
    Dank bij voorbaat en proficiat met jou mooie toepassing.

    deforche jos

  17. Phil Says:

    Hallo Harry,
    Ik maak gebruik van NTC’s met een weerstan van 20K.
    Weet je hoe/of ik de weerstandjes/potmeter moet aanpassen.
    Bij voorbaat dank,
    Phil

  18. Willem van Heijningen Says:

    geachte mensen.

    Ik heb nu twee zonnecollectoren voor warmwater. Hierbij heb ik twee vragen. Hoe kan ik berekenen hoeveel gewicht er aan de zonnepanelen moet zitten, zodat ze niet van mijn platte dak afwaaien? en mijn tweede vraag kan ik iedere zonneboiler aansluiten aan de zonnepanelen die ik heb of is hier ook onderscheid in?

    Alvast bedankt.
    Willem

Geef een reactie

 

WP Theme & Icons by N.Design Studio
Gebruiksvoorschriften | Privacybeleid Adverteren Entries RSS Comments RSS Log in