Maart 2024
Solarstation; het hart van elk thermisch zonne-systeem
PWM-signaal en juiste instellingen cruciaal voor optimaal rendement
Het solarstation zorgt voor de overdracht van warmte uit zonne-collectoren naar de opslag en het energiesysteem. Het kan gezien worden als het hart van elk thermisch zonne-systeem. De installatie en instellingen van het station zijn dan ook bepalend voor de werking en het rendement van het systeem. Gerd Mahy van fabrikant OEG legt uit hoe solarstations werken en wat de aandachtspunten zijn voor installateurs.
Net als ons eigen hart zorgt voor het rondpompen van bloed naar organen en weefsels, is het solarstation verantwoordelijk voor het rondpompen van vloeistof in een thermisch zonne-systeem. Het apparaat – ook wel pompgroep genoemd - is via een flexibele rvs-slang verbonden met de zonneboiler en de zonnecollectoren. Het bestaat uit een circulatiepomp en regulerende meettoestellen. Afhankelijk van het temperatuurverschil tussen de collectoren en de boiler, past het solarstation de doorstroomsnelheid aan. Samen met de aansturingsregeling, moet het voor een efficiënte warmteoverdracht zorgen.
2-pijps solarstation geeft meer inzicht
OEG, de Duitse fabrikant van verwarmingsproducten en regeltechnieken, levert het OEG 2-pijps solarstation, waarin een hoogrendementspomp is geïntegreerd. Technisch adviseur Gerd Mahy: ‘Er zijn 1-pijps en 2-pijps stations. 2-pijps betekent dat er twee thermometertjes op zitten; één voor de aanvoertemperatuur en één voor de retourtemperatuur. Het verschil tussen die twee laat zien wat het systeem feitelijk achterlaat in het vat. De delta T tussen de twee moet idealiter tussen de 10 en 20 graden zijn. Is die groter of kleiner, dan staat het systeem geen warmte af. Geeft het rode metertje 60 aan en het blauwe 45, dan zit je dus goed. Een 1-pijps station toont alleen de retourtemperatuur; de delta T kan je daar dus niet uit opmaken. Ook kun je het 1-pijps solarstation niet ontluchten.’
Werkelijke en gemeten doorstroomsnelheid
Maar waar bestaat een solarstation nu precies uit en wat doet wat? Mahy legt het uit: ‘Op de afbeelding staan de nummers 1 en 2 voor de twee temperatuurmeters en pijpen met afsluitende kogelkraan en terugslagklep. De rode meter toont de aanvoertemperatuur van de vloeistof, op de blauwe lees je de retourtemperatuur af. Met de kogelkranen zijn aan- en afvoer handmatig af te sluiten wanneer dat nodig is. De terugslagklep zorgt ervoor dat de vloeistof slechts in één richting gaat en dus niet kan terugstromen. Nummer 3, de manometer, maakt het mogelijk om de druk in de solar-installatie te controleren. Nummer 4 is het veiligheidsventiel. Als de druk oploopt naar 6 bar of hoger, gaat het ventiel automatisch open en vloeistof spuien om de druk af te bouwen. Met de luchtafscheider (nummer 6) kan je het systeem handmatig ontluchten. De doorstromingsmeter (nummer 5) laat zien hoeveel liters per minuut er door de installatie gaan. Dat moet overeenkomen met de ingestelde doorstroomsnelheid voor een juiste werking van het systeem.’
Montage is eenvoudig
De circulatiepomp staat niet op de afbeelding, maar bevindt zich ter hoogte van de wandhouder (9). De isolatie aan de achterzijde (8) zorgt voor zo min mogelijk warmteverlies. Onder nummer 5 zit de aansluiting voor het vul- en spoelstation, waarmee je de installatie kan vullen, legen en spoelen. De montage van een solarstation is vrij eenvoudig. Je monteert het onderste deel van de isolatie op de muur, sluit de solar-installatie aan door de buizen die van nummer 5 en 7 naar beneden lopen, te verbinden met het boilervat en de buizen die van 1 en 2 naar boven lopen, met de zonnecollectoren. Na het aansluiten van het expansievat op de veiligheidsgroep, plaats je het bovenste deel van de isolatie terug. Voor de ingebruikstelling moet het station nog wel gespoeld worden.
Expansievat onder solarstation
Om de extra druk in het systeem op te kunnen vangen, moet bij een drukgevuld systeem altijd een expansievat worden geplaatst. De aansluiting daarvoor zit rechtsboven in het solarstation. Mahy ziet daar in de praktijk nog wel eens fouten voorkomen.
‘Het expansievat moet altijd lager hangen dan het solarstation. Veel installateurs maken een bocht naar linksboven en plaatsen hem hoger dan het solarstation, omdat ze rechtsonder geen plaats meer hebben bijvoorbeeld. Dat is een grote fout, want er moet dus altijd een dalende lijn zitten tussen het solarstation en het expansievat. Bij een stijgende lijn kan de lucht niet weg en werkt het expansievat niet.’ Belangrijk is ook om de druk in het expansievat handmatig in te stellen, zegt Mahy. ‘Het expansievat heeft standaard een voordruk van 3,5 bar. Die moet de installateur zelf aanpassen op de feitelijke druk van de installatie.’
‘Belangrijk is om de druk in het expansievat handmatig in te stellen‘
Druk instellen
Die feitelijke druk is te berekenen via een vrij eenvoudige formule en moet de installateur instellen op de manometer, geeft Mahy aan. ‘We starten altijd op 1 bar-druk en tellen daar de manometrische druk bij op, die voortkomt uit het hoogteverschil van de installatie. Als er 5 meter zit tussen de boiler en de zonnecollectoren, dan ga je uit van 0,5 manometrische druk. In dat geval zou de installatie in koude situatie in 1,5 bar-druk moeten staan. Hebben we 10 meter hoogteverschil en een startdruk van 1 bar, dan wordt het dus 2 bar in koude toestand. Daar pas je dan meteen ook de druk in het expansievat op aan. Die stel je altijd net iets lager in dan de installatiedruk. Dus komt er een druk van 2 uit de formule, stel het expansievat dan in op 1,9.’
Een juiste instelling van de flowmeter (nr. 5) voorkomt oververhitting van de collector en zorgt ervoor dat er voldoende warmte wordt afgeven aan het boilervat.
Vergeet de flowmeter niet
De belangrijkste fout die installateurs maken is volgens Mahy dat ze nalaten om de flowmeter in te stellen. ‘Als dat volume niet juist is ingeregeld, kan de solar-energie zich niet in het vat afzetten.’ Ook daar heeft hij een formule voor. Voor buiscollectoren gaan we uit van ongeveer 0,1 liter per buis. Dus als je tien buizen hebt, zit je ongeveer op 1 liter per minuut. Voor 20 buizen kom je uit op twee liter per minuut. Bij plaatcollectoren moet je eerst de oppervlakte van de plaat berekenen. Daarna geldt: de oppervlakte x het aantal platen en vervolgens x 25. Daaruit komt de waarde per uur. Die deel je vervolgens door 60 (minuten). Bij onze plaat van 2,53 m2 kom je dan uit op een debiet van 1,05 liter per minuut. Je stelt dat in met het regelschroefje (ter hoogte van nummer 8 op de afbeelding) op het moment dat de circulatiepomp op volle toeren draait.’
Opleiding voorkomt fouten
Bij een onjuiste instelling van de flowmeter, zal het systeem geen of onvoldoende warmte afgeven aan het boilervat. Wanneer de zonnecollectoren steeds verder opwarmen en het systeem de warmte niet afzet, kunnen de collectoren oververhit raken. Maar belangrijker nog: de gebruiker heeft onvoldoende warmwater ter beschikking. Mahy, zelf een Belg, verbaast zich erover dat installateurs in Nederland geen verplichte opleiding volgen voor zonthermische systemen. ‘In België is dat wel verplicht en daar zien we ook veel minder fouten voorkomen.’
Meer rendement door PWM-signaal
Het OEG 2-pijps solarstation maakt gebruik van een pomp met een PWM-signaal, om modulerend te kunnen werken. Mahy: ‘Dat signaal gebruiken we bijvoorbeeld ook voor het dimmen van verlichting en het moduleren van cv-ketels. Door middel van een tweede verbindingskabel met de verschilregelaar, voorziet onze pomp in een PWM-signaal. Dat maakt dat de pomp automatisch trager gaat draaien bij een delta T die kleiner is dan 10 of 12 graden. Het systeem stopt niet volledig; de boiler blijft dus heel lang laden. Bij veel zon zorgt het signaal dat de pomp juist harder gaat draaien. Het systeem past zichzelf in feite aan; tot een delta T van 2 tot 3 graden, daaronder stopt het wel volledig. Maar tot dat kleine temperatuurverschil is bereikt, geeft dit systeem dus meer rendement, dankzij het PWM-signaal.’ Volgens Mahy is PWM een belangrijke verbetering ten opzichte van de oude pompen die veel eerder afsloegen, waardoor het rendement niet optimaal was. Door de pulserende aansturing vraagt de nieuwe generatie pompen veel minder energie dan standaardpompen. Nog niet alle solarstations werken op PWM, maar in de toekomst zal dit wel zo zijn, verwacht hij.
Druk of leegloop
Het solarstation van OEG is uitsluitend bedoeld voor zonthermische druksystemen. Bij een systeem onder druk bestaat de vloeistof hoofdzakelijk uit glycol, bij een leegloop- of terugloopsysteem uit water. Leegloopsystemen zijn maar deels gevuld. Als er geen zon is of als er een bepaalde temperatuur wordt bereikt, stopt de pomp en loopt het water terug in een reservoir of voorraadvat. Bij druksystemen zijn de buizen altijd vol, ze lopen nooit leeg. Leegloopsystemen moeten altijd volledig aflopend gemonteerd worden en lopen een groter risico op bevriezingsschade. Het rendement is lager dan van druksystemen, omdat ze op lagere drukken en temperaturen werken. Bovendien is de pomp groter en die gebruikt dus meer energie.