April 2023
De verschillen tussen vlakkeplaat en vacuümbuis
Zonthermie wint terrein
Zonthermie wint snel terrein in het energielandschap. De besparing die deze techniek oplevert op energie voor warmtapwater is al zo’n 30 procent. Zet er een warmtepomp bij en het voordeel loopt behoorlijk op. Nu de interesse voor zonnecollectoren toeneemt, blijft de vraag: gaan we voor vacuümbuis of vlakkeplaat? Peter Eijbergen van Viessmann Nederland zet de voors en tegens op een rij.
Vacuümbuis- en vlakkeplaat-collectoren zijn zo’n beetje gelijktijdig geïntroduceerd en boksen sinds die tijd tegen elkaar op met de ene na de andere verbetering. Wat ze gemeen hebben is dat ze instraling omzetten in warmte. Bij een vlakkeplaat-collector geeft een vlakke glasplaat zonnewarmte af aan de koperen leidingen met water-glycol via de absorber onder de glasplaat. Het tweede type collector bestaat uit dubbelwandige, glazen vacuümbuizen met een extra isolerende coating. In de glazen buizen zit een heatpipe met vloeistof. In beide gevallen dragen de collectoren de warmte via een warmtewisselaar over aan een voorraadvat.
Opbrengst het grootste verschil
Volgens Eijbergen is het wezenlijke verschil tussen de twee dat vacuümbuis-collectoren – ook wel heatpipes genoemd – een hogere opbrengst hebben dan vlakkeplaat-collectoren. ‘Dat komt door het vacuüm tussen de twee lagen glas en door de ronde vorm van de buizen. De ronde vorm zorgt dat ook diffuus licht wordt opgenomen. De vacuüm-constructie houdt de afgegeven warmte beter vast. Vooral in het voor- en najaar geeft dat voordeel. Over het hele jaar gezien, geven heatpipes dus meer rendement. Daardoor heb je minder installatieoppervlak nodig dan bij vlakkeplaat. In situaties waar weinig ruimte is op het dak, zijn heatpipes qua opbrengst dus interessanter. Ook als de oriëntatie van het dak oost-west is, zijn vacuümbuizen vaak de betere keuze. Want de ronde buizen vangen daar net wat meer licht op dan vlakke platen. Als we kijken naar wind- en sneeuwlast, vooral van belang bij bedrijfshallen, komen heatpipes ook net iets beter uit de bus. Wind kan tussen de buizen door suizen, het gewicht van sneeuw is op een klein oppervlak wat minder riskant dan op een grote vlakke plaat.’
Kosten en baten afwegen
Daar staat tegenover dat vacuümbuis-collectoren duurder zijn dan de vlakke variant. Is er voldoende ruimte op het dak, dan is vlakkeplaat doorgaans een prima, kostenefficiënte oplossing. De vlakke collectoren hebben bovendien minder last van vallende bladeren. Bij heatpipes kunnen die zich ophopen tussen de buizen waardoor zonlicht wordt gehinderd. Belangrijk is ook de esthetiek. Veel eindgebruikers vinden vlakkeplaat-collectoren mooier dan heatpipes. Op een dak met zonnepanelen vallen heatpipes meer uit de toon. Een ander minpuntje is dat vacuümbuis-collectoren gevoeliger zijn voor breuk. Monteurs zullen er voorzichtiger mee om moeten springen, maar ook kan er in de gebruiksfase eerder iets mis kan gaan. Bij schade wordt het vacuüm opgeheven en verliezen ze hun meerwaarde. In gebieden waar geregeld extreme hagelbuien voorkomen, in Noord-Italië bijvoorbeeld, kan dat een beperkende factor zijn. Maar in Nederland is het nauwelijks een reden om heatpipes uit te sluiten, geeft Eijbergen aan. Hij tekent aan dat heatpipes in grootschalige toepassingen in principe ook zonder glycol af kunnen, in tegenstelling tot vlakke platen. ‘Maar’, zegt hij, ‘we adviseren toch om glycol te gebruiken. Het is namelijk duurder om een watersysteem in de winter vorstvrij te houden.’
Stagnatie voorkomen
Stagnatie is een probleem dat bij beide types collectoren kan voorkomen. Een zonneboiler stagneert als de maximum temperatuur in de opslagtank is bereikt, er geen warmteafname meer is, maar nog wel steeds zon. De circulatiepomp stopt automatisch om te voorkomen dat de vloeistof gaat stomen. Door stagnatie wordt de vloeistof namelijk stroperig en dat kan schadelijk zijn voor de afdichtingen, pompen en kleppen. Stagnatie is te voorkomen met koelers of een voorschakelvat. Viessmann heeft het probleem in de collectoren zelf getackeld. Eijbergen: ‘Met onze ThermProtect-technologie zorgen we ervoor dat de collectoren automatisch uitschakelen voordat de grenstemperatuur voor stagnatie wordt bereikt. Daardoor verlengt de levensduur en neemt de bedrijfszekerheid toe.’ ThermProtect is een extra coating die de kristalstructuur van de onderliggende, energie-absorberende coating automatisch wijzigt bij oplopende temperaturen. Door wijziging van de structuur zal de collector tijdelijk het zonlicht gaan reflecteren in plaats van het te absorberen, zodat de vloeistof niet verder opwarmt.
Glycol vervangen
Als het gaat om levensduur en onderhoud, verschillen de twee technologieën niet veel. De levensduur van beide collectoren ligt ruim boven de 25 jaar. Het onderhoud is vrij eenvoudig. De collectoren worden door regen en sneeuw schoongespoeld. Actief reinigen hoeft doorgaans niet. Voor een maximale levensduur van het gehele systeem, moet de anode met enige regelmaat gereinigd worden, om kalk en roest te voorkomen. Ook het controleren van de systeemdruk en de glycolkwaliteit hoort bij het terugkerende onderhoud. Als de glycolvloeistof dik en stroperig wordt - wat duidelijk wordt door de PH-waarde te meten - is deze aan vervanging toe.
Hydraulisch inregelen vraagt om vakmanschap
De montage van de twee types zonnecollectoren komt grotendeels overeen. Het enige verschil is dat de aansluitingen tussen meerdere collectoren anders zijn bij vlakkeplaat-collectoren dan bij heatpipes. Voor beide types moet het dak uiteraard sterk genoeg zijn. Per stuk wegen ze 30 tot 50 kilo. De meeste leveranciers leveren een plug and play montagesysteem bij de collectoren. Het doortrekken van de leidingen van en naar het buffervat kan via de dakgoot, een schacht of de spouw. Het is raadzaam om het voorraadvat zo dicht mogelijk bij de andere verwarmingsbron te plaatsen en de (korte) leidingen goed te isoleren. Het hydraulisch inregelen van het systeem vraagt om vakmanschap.
Steeds grootschaligere toepassingen zonthermie
In Groningen wordt gebouwd aan het grootste zonthermiepark van Nederland. Op 12 hectare gaan 24.000 zonnecollectoren (vacuümplaat) warmte leveren aan een warmtenet voor ruim 10.000 huishoudens en bedrijven. De verwachting is dat het zonthermiepark zo’n 25 procent van de totale warmtevraag kan invullen, zowel voor tapwater als ruimteverwarming.
Tekst: Astrid Zoumpoulis
Fotografie: Viesmann en WarmteStad Dorkwerd