In plaats van thermische zonnecollectoren worden hier PV panelen gebruikt om tapwater voor te verwarmen. Een Zonnestroomboiler wordt elektrisch opgenomen tussen de PV panelen en de omvormer. De bedoeling is dat de PV panelen eerst tapwater (voor) verwarmen en als het tapwater de ingestelde temperatuur heeft bereikt, schakelt een thermostaatregeling (schakelbox) de ‘zonnestroom’ door naar de omvormer.
De elementen in de PV boiler zijn gelijkstroom (DC) elementen.
De meest efficiënte methode is, net als bij de zonneboiler, om het boilervat voor te schakelen. Zodat als er te weinig zon is een CV-ketel of warmtepomp het alsnog kan opwarmen.
Een andere methode om tapwater voor te verwarmen met PV stroom kan natuurlijk ook een gewone elektrische boiler zijn met een 230 Volt wisselspanning (AC) element.
Inhoud
Wat is het voordeel van een Zonnestroom (PV) boiler ?
- Een omvormer neemt zelf een beetje stroom weg (verlies), zonder omvormer is het netto rendement van een PV paneel net iets beter.
- Je verwarmt maar net zo veel tapwater voor dan dat je panelen leveren. Het vermogen (Watt) dat van de panelen komt is wisselend: bij veel zon heb je meer vermogen dan bij weinig zon. Dus als er 500 Watt van je dak komt verwarm je tapwater met 500 Watt voor, komt er maar 100 Watt af dan ben je met 100 Watt aan het verwarmen. Als je een ‘gewone AC elektrische boiler zou nemen, gaat daarin het element van bijvoorbeeld 1 kW aan en dan neemt dat ook 1 kW. Als er dan maar 500 Watt van de panelen komt, moet er dan dus ook 500 Watt uit het net komen. Bij een PV boiler wordt er dus niets uit het net onttrokken. Alles wat de PV boiler heeft voor verwarmd hoeft de ketel of warmtepomp niet meer te doen.
Waarom zou je kiezen voor een Zonnestroom (PV) boiler installatie in plaats van een Zonneboiler (thermische collectoren), immers het rendement van een zonneboiler is veel hoger dan van een Zonnestroom-PV-boiler.
Dat klopt! Maar de aanschaf van een zonnestroom installatie is goedkoper dan van een zonneboiler. Daarnaast heeft een Zonnestroomboiler een dubbele functie, immers als in de zomer bij veel zon het tapwater is verwarmd, kan het omschakelen naar de omvormer en dan ook nog elektriciteit leveren. Als de boiler bij een zonneboiler-installatie (thermische collectoren) op temperatuur is, kun je niets met de dan overtollige energie. Vooral in zomervakanties, als er niet uit de boiler wordt getapt, hebben zonneboilers het lastig omdat ze de warmte niet kwijt kunnen. Een Zonnestroomboiler gaat dan terug leveren aan het net.
Hybride Zonnestroom boiler :
Naast de normale zonnestroomboiler met één DC verwarmingselement zijn er ook nog Hybride Zonnestroomboilers, deze hebben naast het DC element ook nog:
- Een spiraal voor indirecte verwarming middels een CV-ketel of warmtepomp
- Of een AC element voor verwarming door het elektriciteitsnet
Bij deze Hybride zonneboilers zorgt bijvoorbeeld de CV ketel ervoor dat de boiler altijd op 55ºC staat, zodat er altijd een voorraad douche water aanwezig is in deze boiler. Als de PV panelen stroom leveren tillen deze de temperatuur in de boiler op naar 75ºC, de PV panelen dragen dan bij voor 20ºC.
Noot: Omdat er meerder energieleveranciers in één toestel zitten noemen we dit een HYBRIDE toestel, echter als we nageschakeld
een CV-combiketel achter de PV Zonnestroomboiler zetten is dat ook een HYBRIDE opstelling. Immers ook dan wordt het tapwater
verwarmd door zowel stroom (de PV panelen) en aargas (combiketel)
Rekenen aan een Hybride Zonnestroom PV boiler opbrengst (A)
Dit is een theoretisch voorbeeld waarin steeds gemiddelden worden gebruikt om de praktijk zo ver mogelijk te benaderen.
Uitgangspunt 8 stuks PV panelen van elk 260 Watt Piek gericht op het zuiden, schuindak 30° (optimaal situatie) en een PV boiler van 150 liter.
Te verwachten kWh jaar opbrengst van de PV panelen:
Totaal geïnstalleerd dus 8 panelen van elk 260 Watt Piek
8 panelen x 260 Watt piek = 2080 watt/piek.
De 'kengetal bepaling’ voor deze opstelling in NL is: 0,9 x totaal Watt piek dus 0,9 x 2080 = 1872 kWh jaar opbrengst.
—
Het betreft een nieuwe woning met 3 bewoners, het warmtapwaterverbruik is gemiddeld ca. 50 liter per dag per persoon van 40°C .
Dit vergt aan energie per dag:
q = m x c x Delta t . ( 1 liter water weegt ca 1 kg)
q = 150 kg x 4,19 kJ/kg.k (c van water) x 30 ° (30 is het temperatuur verschil tussen 10° en 40°)
q = 18855 KJ energie is nodig per dag (: 3600 = 5,23 kWh)
Daarnaast hebben we bij een boiler altijd te maken met stilstand verlies, in dit voorbeeld hebben we een goed geïsoleerde boiler (Label A) welke een verlies kent van 30 Watt. Of wel 24 uur x 30 watt = 720 watt/h, wat gelijk is aan 0,72 kWh
Dit verlies moeten we optellen bij de behoefte 5,23 kWh + 0,72 kWh = 5,95 kWh per dag nodig voor tapwater.
We hebben, in dit voorbeeld –A- , een installatie waarbij een cv-ketel, middels een spiraal in de PV boiler, de boiler dagelijks opwarmt naar 55°C. Als de PV panelen stroom leveren tillen deze de temperatuur in het vat op tot maximaal 75 °C
(Onder de 55 graden schakelt een thermostaat de ketel in, tussen de 55 en 75 graden kunnen, middels een andere thermostaat de PV panelen hun spanning/stroom aan het E element leveren in de boiler)
Dit houdt in dat de PV panelen maximaal 20°C kunnen bijdragen aan energie / tapwater in het vat (verschil tussen 55°C en 75°C).
q = m x c x Delta t . ( 1 liter water weegt ca 1 kg)
q = 150 kg x 4,19 kJ/kg.k x 20° C
q = 12570 KJ energie per dag (: 3600 = 3,49 kWh)
Dus van de benodigde 5,95 kWh per dag kan slechts 3,49 kWh door de PV panelen worden geleverd per dag.
We zetten deze gegevens even om naar jaar en maand :
Nodig per dag = 5,95 kWh aan energie x 365 dagen = 2.171,75 kWh per jaar : 12 = 180,98 kWh per maand.
Maximaal bijdragen van de PV panelen is 3,49 kWh per dag x 365 dagen = 1.273,85 kWh per jaar : 12 = 106,15 kWh per maand.
Alle gegevens zetten we nu in een tabel:
De energie die de PV panelen leveren zijn procentueel omgezet naar een volgens statistieken / gemiddelde levering per maand (in de winter maanden doen deze natuurlijk minder dan in de zomer).
Conclusie met deze opstelling:
Van het benodigde tapwater vermogen van 2171,75 kWh per jaar wordt (2171,75-949,98=) 1221,77 kWh per jaar door de PV panelen geleverd. Door de ketel dient dus 949,98 kWh geleverd te worden.
Van de benodigde 2171,75 kWh aan tapwaterverwarming wordt dus 1221,77 kWh door de PV-panelen geleverd, de PV panelen opbrengst totaal per jaar is 1872 kWh waarvan 1221,77 in tapwater verwarming kan worden gestopt, de resterende opbrengst van (1872-1221,77=) 650,23 kWh wordt middels een omvormer aan het net geleverd.
Maar stel dat we alle tapwater met aardgas zouden verwarmen:
In één m³ aardgas zit netto ongeveer 8,8 kWh aan energie (zie onderaan deze pagina).
Benodigd per jaar 2171,75 kWh : 8,8 = 246,78 m³ gas x € 0,65 = € 160,40,- aan energie kosten per jaar voor tapwater, bij alleen gas !
Energie kosten in dit Hybride Zonnestroomboiler voorbeeld:
949,98 kWh wordt geleverd door de gasketel : 8,8 = 107,95 m³ gas x € 0,65 = € 70,16
De rest van de energie komt van de PV panelen, daarnaast levert de PV installatie nog 650,23 kWh aan het net (kunnen we voor iets anders inzetten) 650 x € 0,22 = 143,00 opbrengst aan elektra.
(We besparen dus 255,97 – 116,76 = 139,21 m³ gas)
De energie kosten gas zijn dus nu € 70,16 en we hebben over aan opbrengst elektra € 143,00 als we deze tegen elkaar wegstrepen hebben we dus een opbrengst per maand van € 72,84
Zonder PV boiler waren de kosten dus € 160,40- euro per jaar.
Met PV boiler levert het ons € 72,84 per jaar.
Het netto resultaat in Euro van deze installatie, in dit voorbeeld is dus: € 160,40- + € 72,84 = € 233,24 per jaar wat het ons brengt !
Rekenvoorbeeld B, Zonnestroomboiler met een nageschakelde combiketel
In Voorbeeld –A- gingen we uit van een HR gasketel welke de boiler al op 55 °C bracht, als we uitgaan van dezelfde boiler maar nu met een combi ketel, waardoor het water in de PV boiler alleen voor verwarmd hoeft te worden (wat niet warm is wordt alsnog tijdens het tappen door de ketel na-verwarmd)
Van de benodigde 2171,75 kWh wordt nu (2171,25-575,83=) 1595,42 kWh door de PV gedaan
Het gas moet nog 575,83 kWh bijdragen (: 8,8) = 65,43 m³ x € 0,65 = € 42,53
Daarnaast levert de PV installatie nog 276,08 kWh aan het net (kunnen we voor iets anders inzetten) 276,08 x € 0,22 = 60,73 opbrengst aan elektra.
(We besparen dus 255,97 – 67,64 = 188,33 m³ gas)
De energie kosten gas zijn dus nu € 42,53 en we hebben over aan opbrengst elektra € 60,73 als we deze tegen elkaar wegstrepen hebben we dus een opbrengst per jaar van € 18,20
Zonder PV boiler waren de kosten dus € 160,40- euro per jaar. (uit voorbeeld A)
Het netto resultaat van deze installatie -voorbeeld B- ,
in dit voorbeeld is dus: € 160,40 + € 18,20 = € 178,60 per jaar wat het ons brengt.
Conclusie, met de nageschakelde ketel besparen we meer gas dan bij het gebruik maken van een hybride zonnestroom boiler. Doch in euro brengt de hybride zonnestroomboiler ons meer besparing.
Redenen om een PV boiler toe te passen:
- U heeft, na saldering, jaarlijks nog ‘stroom’ over (in kWh) .
- U wilt gas kunnen besparen d.m.v. PV panelen
- U wilt zo onafhankelijk mogelijk worden
Kort bekeken: (prijzen kunnen variëren per aanbieder)
In 1 m³ Gronings aardgas zit op bovenwaarde 35,17 MJ aan energie wat gelijk is aan 9,7 kWh
Echter gaat er bij verwarmen met een CV-ketel warmte verloren, realistisch genomen is dat verlies 10% , we stellen dat netto 8,8 kWh overblijft van elke m³ gas.
Wij betalen voor 1 m³ gas € 0,65 **
Wij betalen voor 1 kWh elektra € 0,22 **
(** u kunt natuurlijk ook rekenen met uw eigen energieprijs)
8,8 kWh voor tapwater verwarmen met aardgas kost dus € 0,65
8,8 kWh voor tapwater verwarmen met elektriciteit kost dus 8,8 x € 0,22 = € 1,93
Tapwater verwarmen met elektriciteit kost dus in geld ongeveer 3 x zoveel als verwarmen met aardgas.
De door de PV panelen gewonnen elektriciteit kunt u dus beter eerst opsouperen aan andere elektra gebruikers en pas bij overschot aan stroom inzetten voor elektrische tapwaterverwarming.
Immers als je 8,8 kWh van je PV panelen haalt en je kan daarmee stroomverbruikers in je woning voeden bespaart je dat op de elektriciteitsrekening 8,8 x 0,22 = € 1,93 Zou je deze voor tapwater verwarming inzetten, dan bespaar je dus 1m³ gas of wel € 0,65 .
