Actieve thermische zonne-energie
de zonneboiler Een zonneboilersysteem is een installatie die water met behulp van stralingsenergie van de zon verwarmt voor sanitaire doeleinden.
De installatie bestaat meestal uit volgende onderdelen : 1. een zonnecollector die de zonnestralen opvangt en omzet in warmte 2. een transportmiddel, meestal een circulerende vloeistofof luchtmassa, die de geproduceerde warmte naar een voorraadvat (boiler) brengt 3. een voorraadvat of boiler die de geproduceerde warmte opslaat en pas vrijgeeft op het moment dat we warmte nodig hebben 4. een elektronisch regelsysteem dat de circulatie van het transportmiddel regelt in functie van de temperaturen in de collector en de boiler. 5. een naverwarmer die ervoor zorgt dat er op minder zonnige dagen toch voldoende warmte in voorraad is.
Elektronisch regelsysteem
Productie van een vlakke collector
Een zonneboiler met externe naverwarming zorgt dat sanitair water voorverwarmd wordt en is aangesloten op een extern warmwatertoestel dat het voorverwarmde water op de ideale temperatuur zal brengen. Het warmwatertoestel kan zowel een indirect gestookte boiler zijn (gas, stookolie) als een elektrische boiler.
Je kan met behulp van een intern naverwarmde boiler je zonnecollectoren rechtstreeks aansluiten op je CV-ketel. De boiler heeft dan twee warmtewisselaars, waarvan de bovenste aangesloten is op je CV-ketel. Het water uit het bovenste deel blijft hierdoor steeds op temperatuur. De zonnecollectoren verwarmen dan het water uit het onderste gedeelte van de boiler (koud water is zwaarder en bevindt zich onderaan) of, bij voldoende zon, kan je met de collectoren het volledige opslagvat verwarmen.
Wanneer je voldoende dakoppervlakte en opslagruimte hebt, kan je overwegen om een combinatiesysteem toe te passen waarbij de collectoren zowel water voor sanitair gebruik als voor woningverwarming produceren. Dit systeem zal vooral in het voor- en najaar je CV-ketel een handje toesteken om je woning te verwarmen. Je woning moet dan wel zeer goed geïsoleerd zijn en een efficiënte verwarmingsinstallatie hebben op lage temperatuur, zoals vloer- of wandverwarming.
Actieve thermische zonne-energie
elektriciteitsproductie In landen met voldoende zon en open ruimte kan actieve thermische zonne-energie, naast andere hernieuwbare energiebronnen, een alternatief zijn voor de grote kerncentrales en kolen- of gasgestookte elektriciteitscentrales.
energietoren
Het "Plataforma Solar de Almeria" aan de Spaanse zuidkust bijvoorbeeld is een experimenteel park voor de ontwikkeling van energie- en andere productiesystemen op basis van zonne-energie. Het park herbergt bijvoorbeeld een "Tower Solar Plant" waarvan de stoomturbines een uitgangsvermogen van 7000 kW kunnen produceren (d.w.z. een productievermogen van ongeveer 17.000 MWh/jaar = stroom voor ongeveer 3800 gezinnen). Er is ook een collectorpark waarvan de geproduceerde stoom elektriciteit oplevert voor industriële doeleinden. Daarnaast wordt eveneens geëxperimenteerd met een grote "zonne-oven" voor metallurgische of chemische toepassingen en een ontzoutingsinstallatie op zonne-energie.
Een veld van heliostaten, die nauwkeurig de verplaatsing van de zon meevolgen, concentreren het zonlicht op een 80 m hoge "energietoren" die de lucht onder een druk van 10 bar (10 hPa) tot 1000° C kan opwarmen. Hiermee wordt stoom van 500° C geproduceerd die door een stoomgenerator omgezet wordt in elektriciteit. Een deel van de geproduceerde warmte kan opgeslagen worden in tanks met vloeibare zoutoplossing en een energieopslagcapaciteit van 12 MW.
stoomgenerator
Een veld van paraboolvormige buiscollectoren concentreren het zonlicht op zwarte vacuümbuizen, waarin het in aparte leidingen stromende water opgewarmd en in stoom omgezet wordt. Stoomturbines produceren hiermee elektriciteit.
heliostaat
Fotovoltaïsche zonne-energie (PV-energie) In 1839 ontdekte Edmond Becquerel dat je een elektrische stroom kan opwekken door bepaalde stoffen, die men halfgeleiders noemt, te belichten. Men noemt dit het fotovoltaïsch effect, afgekort het PV-effect. Dit effect houdt in dat elektronen door invallend licht wat extra energie krijgen, waardoor een elektrische spanning wordt opgewekt. Door deze elektronen een uitwendig circuit (b.v. een radiootje) te laten doorlopen, wordt de extra energie omgezet in nuttige arbeid (muziek!). Later werd ontdekt dat het PV-effect ook in siliciumkristallen kan opgewekt worden. Silicium is een onderdeel van zandkristallen (SiO2). Dit opende enorme perspectieven, want Silicium is één van de basisbestanddelen van onze aarde en dus volop beschikbaar .
Halfgeleiders. Silicium is een halfgeleider. Halfgeleiders hebben eigenschappen die tussen geleiders (bijv. metalen) en isolatoren (bijv. leer en plastiek) in staan. In de eerste plaats werkt de halfgeleider als een isolator. De elektronen van een halfgeleideratoom blijven dicht bij dit atoom. Door nu een bepaalde hoeveelheid energie toe te voegen aan de elektronen (bijv. zonlicht), kunnen ze loskomen van het atoom en zich vervolgens vrij gaan bewegen. Nu kan de stof dus wèl elektrische stroom geleiden. Het bijzondere van een halfgeleider is dat deze vrije elektronen hun extra energie kunnen blijven vasthouden
Zonnecellen Monokristallijn silicium zonnecellen zijn gemaakt van siliciumschijven die uit één groot kristal zijn gezaagd. Polykristallijn silicium wordt gegoten en dan pas gezaagd. Losse zonnecellen kunnen slechts een gelijkstroom van ca. 3 Ampère en een gelijkspanning van 0,5 Volt opwekken, met een vermogen van ongeveer 1,3 Watt. Het rendement van de huidige generatie commerciële zonnecellen bedraagt 13 tot 16%. Dat wil zeggen dat slechts 13 tot 16 % van het invallende zonlicht omgezet wordt in een elektrische stroom. Omdat ze slechts een kleine stroom en lage spanning opwekken en tevens breekbaar en vochtgevoelig zijn, worden ze met meerdere exemplaren onderling met elkaar verbonden en in een zogenaamde PV-module geplaatst.
Omdat standaardmodules niet altijd handig zijn, worden tegenwoordig reeds veel andere types aangemaakt of worden ze reeds vooraf in bepaalde constructies of voorwerpen ingebouwd. Zo bestaan er reeds PV-dakpannen en PV-leien. Voor de toepassing op oneffen oppervlakken heeft men plooibare zonnecellen ontwikkeld. Dit gaat wel ten koste van het rendement. Ondertussen wordt volop onderzoek gedaan met plastieken zonnecellen op basis van organische stoffen. Deze zouden in de toekomst de kostprijs van PV-energie drastisch kunnen verminderen.
Fotovoltaïsche zonne-energie
autonome systemen Autonome zonnestroomsystemen wekken zelfstandig elektriciteit op en zijn vooral nuttig op plaatsen waar de energievraag relatief laag is (tot 1 kWh per dag) en een aansluiting op het elektriciteitsnet te duur of gewoon niet mogelijk is. De geleverde elektriciteit moet je wel kunnen opslaan in een speciale oplaadbare batterij (meestal 12 of 24 Volt). In ons land kunnen autonome systemen concurreren met batterijen, gasflessen, windmolens en dieselgeneratoren. Toch weegt het kostenaspect meestal niet het zwaarst. Particulieren die in hun tuinhuisje, woonboot of stacaravan zonnestroom gebruiken, doen dat niet omdat het zo goedkoop is, maar vooral omdat het praktisch is. Ze hebben er geen omkijken naar. Voor professioneel gebruik is vaak de autonomie van een systeem doorslaggevend. Ook voor kleine toepassingen worden autonome PV-systemen reeds tientallen jaren toegepast.
Autonome PV-systemen worden nu reeds met succes in de pleziervaart ingezet voor zowel aandrijving van elektromotoren als elektriciteitsgeneratoren voor verlichting, navigatietoestellen enz…
Autonome PV-systemen laten je toe om je op een milieuvriendelijke en geluidsarme manier te verplaatsen, zoals met onderstaande zonnefiets of een met zonnecellen aangedreven racewagen. Ook voor met waterstof aangedreven voertuigen, die momenteel volop in ontwikkeling zijn (het eerste commercieel model wordt verwacht tegen 2005) zijn zonne-energiesystemen interessant. Met behulp van zonne-energie kan namelijk uit water, door elektrolyse, waterstofgas (en zuurstof) geproduceerd worden. Met dat waterstofgas en zuurstof uit de lucht wekt de brandstofcel de nodige elektriciteit op voor de elektromotor van de wagen. Het restproduct dat door de wagen uitgestoten wordt is eenvoudigweg … water. Even efficiënt als een ontploffingsmotor, maar wel heel milieuvriendelijk.
Deze zonnevlieger van de NASA heet HELIOS (Griekse naam voor 'zon') en is gemaakt van kunststof en piepschuim. Het vliegtuig vliegt volledig op zonne-energie en moet in de toekomst maanden aan een stuk in de lucht kunnen blijven. Op de lange vleugels zijn zonnecellen geplaatst, die het zonlicht opvangen en de kleine motoren doen draaien. Helios is maar 3,7 meter lang. Maar de afstand tussen de ene vleugeltop en de andere (spanwijdte) bedraagt 69 meter. Het vliegtuig is onbemand en wordt vanaf de grond bestuurd. De zonnevlieger kan hoger dan de huidige satellieten vliegen en is veel goedkoper. Helios klom eigenhandig boven Hawaï tot 30 kilometer hoog. De NASA hoopt een hele vloot van die tuigen te bouwen en ze hoog boven dichtbevolkte gebieden te laten zweven. Ze zouden er bijvoorbeeld voor kunnen zorgen dat je snel en goedkoop op het internet kan surfen. Nu gebeurt dat nog steeds via dure satellietverbindingen.
Eind oktober van 2002 bevond de Belgische astronaut Frank De Winne zich als eerste Belg aan boord van het internationaal ruimtestation ISS. Ook hier is de energie die nodig is om het ruimtestation operationeel te houden afkomstig van een autonoom PV-systeem.
Autonome PV-systemen worden reeds sinds de jaren zestig van vorige eeuw volop gebruikt in de ruimtevaart. Stilaan worden de grenzen verlegd. Zodanig ver zelfs, dat verschillende grootmachten zoals de Verenigde Staten, Japan, Frankrijk en Duitsland reeds experimenten uitvoeren voor het bouwen van energiesatellieten zoals dit digitale NASA-computerbeeld van een "Power solar disk" aantoont. Deze enorme energiesatellieten zouden in de ruimte reusachtige hoeveelheden zonne-energie kunnen opvangen die onder de vorm van laserstralen of microgolven naar grondstations op aarde getransporteerd worden.
Fotovoltaïsche zonne-energie
netgekoppelde PV-systemen Netgekoppelde systemen in de gebouwde omgeving leveren elektriciteit in aanvulling op het elektriciteitsnet of zelfs direct aan het net. Panelen op het dak van woningen kunnen direct stroom leveren aan de apparaten in een woning, en overtollige elektriciteit kunnen zij aan het net leveren. Accu's zijn dus niet nodig, maar wel een centrale omvormer of invertor, die stroom levert met een spanning van 220 volt. Bij wisselstroommodules heeft elke PV-module een mini-invertor die de opgewekte stroom direct in wisselstroom omzet. Via een stekker in het stopcontact wordt de stroom direct gebruikt in huis en een eventueel overschot vloeit vanzelf in het openbare elektriciteitsnet. Hoeveel dat is wordt dan geregistreerd door een aparte kilowattuurmeter. Een andere mogelijkheid is dat de geleverde kilowatturen in een terugdraaiende meter worden afgetrokken van de stroom die je van het net hebt gehaald.
netgekoppelde PV-systemen bestaan uit : - PV-modules - elektrische bekabeling - een omvormer zet de gelijkstroom om in wisselstroom van 230 V - een zekeringkast - een meterkast; meet de stroomproductie - eventueel een display toont continu de productie, daggemiddelden, maxima en minima, enzovoort.
De omvormer zet de gelijkstroom die de PV-modules produceren om in een bruikbare wisselstroom van 230 V
De PV-modules kunnen op het dak bevestigd zijn of in het dak geïntegreerd worden en maken dan deel uit van de dakbedekking. Bij nieuwbouw of renovatie spaart u zo een deel van de kostprijs van de dakbedekking. Een dak met 30 m2 panelen is goed voor een opbrengst van meer dan 2500 kWh per jaar, ongeveer het gebruik van een energiezuinige eengezinswoning (een gezin verbruikt nog steeds gemiddeld 4500 kWh per jaar !).
Ook voor kantoorgebouwen e.d. kunnen netgekoppelde PV-modules heel wat kosten besparen op de elektriciteitsrekening.
Netgekoppelde PV-modules kunnen ook perfect geïntegreerd worden in bestaande infrastructuur en hoeven dus het landschapsbeeld niet extra aan te tasten. Ze kunnen op die manier gebruikt worden voor een meer grootschalige elektriciteitsproductie.
Plaatsing en integratie van collectoren en PV-modules
De plaatsing van collectoren en PV-modules op hellende daken is even simpel als de plaatsing van een dakvenster.
Om een optimale opbrengst te hebben moeten collectoren en PV-modules best opgesteld worden tussen het zuidoosten en het zuidwesten, met een hellingshoek die bij voorkeur ligt tussen 20° en 60°. Op deze schijf kan u de opbrengst bepalen volgens oriëntatie en hellingsgraad van de modules.
De PV- installatie van de Kaaihoeve De PV-installatie van De Kaaihoeve werd in oktober 2005 geplaatst door een erkend installateur. De plaatsing nam 2 dagen in beslag.
De plaatsing is zeer eenvoudig en start met het aanbrengen van de draagrails waarop de PVmodules worden bevestigd. Hiervoor worden enkele dakpannen weggenomen om de bevestigingshaken aan te brengen. De dakpannen worden daarna terug geplaatst.
Daarna worden de PV-modules op het draagsysteem bevestigd en aan elkaar geschakeld.
Uiteindelijk wordt de omvormer geplaatst, verbonden met een digitaal meettoestel en aangesloten op het elektriciteitsnet. De omvormer zorgt ervoor dat de geproduceerde stroom van de modules (12 Volt of 24 Volt gelijkstroom) omgezet wordt in een wisselstroom van 220-240 Volt.
De installatie van de Kaaihoeve heeft een maximum vermogen van 2740 Watt. Jaarlijks kan de installatie ongeveer 2300 kWh “zonnestroom” produceren. Dit is ongeveer de helft van het jaarlijks verbruik van een Vlaams gezin (ca. 4000 kWh). In de inkomhal van het natuureducatief centrum kan je permanent de elektriciteitsproductie volgen op een digitale display: 1. het actueel vermogen (afhankelijk van de instraling) In dit geval 1260 Watt 2. De totale besparing door eigen productie, in dit geval 1703 kWh tussen 10 dec 2005 en 10 aug 2006 3. De totale CO2 besparing in diezelfde periode, in dit geval 1192 kg CO2; dit betekent dat we voor de productie van 1703 kWh elektriciteit 1192 kg minder CO2 uitgestoten hebben dan een klassieke centrale!
Waarom PV op een historische hoeve als de Kaaihoeve ? “Dat we in Vlaanderen hopeloos achterop hinken als het om duurzame energie gaat, werd me in de zomer van 2006 wel duidelijk! Op mijn reis door Duitsland en Oostenrijk trok ik toch wel eventjes de ogen wijd open. In het kleinste dorpje waren tal van huizen te vinden met een PV-installatie en/of zonneboilersysteem. In sommige dorpen speelde ik met de kinderen zelfs het spelletje om als eerste een „gewoon‟ huis te vinden.” Ugo Sansen, medewerker van De Kaaihoeve
Een kerk of een historisch gebouw met zonnecellen op het dak. Bij ons ondenkbaar, in Duitsland heel gewoon.
De PV-installatie van de Kaaihoeve is in de eerste plaats bedoeld: - om aan te tonen dat duurzame energieopwekking op kleine schaal een belangrijke rol kan spelen naast energieproductie op grote schaal - om te tonen dat een PV-installatie niet noodzakelijk afbreuk doet aan de scharmes van historische gebouwen - om mensen warm te maken voor deze duurzame manier van energie-productie - om te tonen dat een PV-installatie tevens perfect in het (landelijk) landschap kan opgaan; trouwens heeft het esthetisch aspect niet eerder een subjectief karakter? - om een aantal misverstanden rond het gebruik van zonne-energie uit de wereld te helpen
Petroleum? Forget it !! nulbalansgebouwen Nulenergiebedrijf Dit Zwitsers bedrijf in bouwmaterialen produceert zelf 132% van haar energiebehoefte door een optimale isolatie, efficiënt gebruik van passieve zonne-energie door het grote glasoppervlak aan de zuidkant, lichtimportering via glasvezelkanalen en een eigen elektriciteitsvoorziening met een 90 kW-installatie op het dak.
Nulbalansenergiewoning van vzw MONDO De nulbalanswoning van de vzw MONDO toont aan dat ook in ons land zonneenergie kan instaan voor de volledige energiebehoefte van een particuliere woning. Het gebruik van een doorgedreven isolatie, een doordacht bouwconcept en alternatieve innoverende technieken laten toe om voldoende energie te produceren zonder aan comfort in te boeten. Zuinig en bewust omgaan met energie is wel één van de belangrijkste basisvoorwaarden als je volop van de zon wil genieten.
Troefkaart voor de derde wereld? In ontwikkelingslanden is energie en water, om in de meest elementaire levensbehoeften te kunnen voorzien, niet altijd een evidentie. In veel derde-wereld-landen is hout nog steeds de universele brandstof. Door ontbossing op grote schaal, o.a. voor akkerbouw en veeteelt, versnelt de ontwikkeling van de woestijnen en zijn hout en water er stilaan een schaars goed geworden. Vaak moet de bevolking grote afstanden afleggen om een schamele hout- of watervoorraad bijeen te sprokkelen. Meestal is dit kinder- of vrouwenarbeid.
De uitbouw van elektriciteitsvoorzieningen is in derde-wereld-landen onmisbaar voor de verdere ontwikkeling en verhoging van de levensstandaard. Zonnestroomsystemen zijn hier buitengewoon doelmatig, want ze zijn autonoom, nagenoeg onderhoudsvrij en onafhankelijk van een regelmatige aanvoer van brandstof. De meeste gebieden in ontwikkelingslanden liggen bovendien dicht bij de evenaar, waardoor er het hele jaar door voldoende zonaanbod is.
Met restafval gemaakte zonneovens en zonnekooktoestellen maken soms een wereld van verschil.
