Zonnestroomboiler / pv-boiler

 

Naast een zonneboiler die werkt met thermische zoncollectoren is er tegenwoordig ook een zonnestroomboiler, door sommigen ook wel pv-boiler genoemd.

 

In plaats van thermische zonnecollectoren worden 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 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.

 

Wat is het voordeel van een zonnestroom (PV)-boiler?

 

1. Een omvormer neemt zelf een beetje stroom weg; zonder omvormer is het rendement van een pv-paneel net iets beter.
2. Je verwarmt maar net zo veel tapwater voor als 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 voorverwarmd, hoeft de ketel of warmtepomp niet meer te doen.

 

Waarom zou je kiezen voor een zonnestroom (PV)-boilerinstallatie 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 zonnestroominstallatie 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 zonneboilerinstallatie (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 terugleveren aan het net.

---

Hybride zonnestroomboiler:

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 55 ºC staat, zodat er altijd een voorraad douchewater aanwezig is in deze boiler. Als de pv-panelen stroom leveren, tillen deze de temperatuur in de boiler op naar 75 ºC. De pv-panelen dragen dan bij voor 20 ºC.

 

Noot: Omdat er meerdere energieleveranciers in één toestel zitten, noemen we dit een HYBRIDE toestel. Echter, als we nageschakeld
een CV-combiketel achter de PV Zonnestroomboiler zetten is ook een HYBRIDE-opstelling. Immers, ook dan wordt het tapwater
verwarmd door zowel stroom (de pv-panelen) als aardgas (combiketel)

---

Rekenen aan een hybride zonnestroom-PV-boileropbrengst (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° (optimale situatie) en een PV-boiler van 150 liter.

 

Te verwachten kWh-jaaropbrengst van de pv-panelen:

 

Totaal geïnstalleerd dus 8 panelen van elk 260 Wattpiek
8 panelen x 260 Wattpiek = 2080 Wattpiek.

De 'kengetal bepaling’ voor deze opstelling in NL is: 0,9 x totaal Watt piek, dus 0,9 x 2080 = 1872 kWh jaaropbrengst.

---
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 temperatuurverschil 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 stilstandsverlies. In dit voorbeeld hebben we een goed geïsoleerde boiler (label A), die 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 is procentueel omgezet naar een volgens statistieken / gemiddelde levering per maand (in de wintermaanden doen deze natuurlijk minder dan in de zomer).

 

Conclusie met deze opstelling:

 

Van het benodigde tapwatervermogen 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-panelenopbrengst totaal per jaar is 1872 kWh, waarvan 1221,77 in tapwaterverwarming 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 energiekosten per jaar voor tapwater, bij alleen gas!

Energiekosten 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 energiekosten gas zijn dus nu € 70,16 en we hebben een opbrengst elektra van € 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 per jaar.
Met PV-boiler levert het ons € 72,84 per jaar op.

Het nettoresultaat 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 die de boiler al op 55 °C bracht. Als we uitgaan van dezelfde boiler, maar nu met een combiketel, waardoor het water in de PV-boiler alleen voorverwarmd hoeft te worden (wat niet warm is, wordt alsnog tijdens het tappen door de ketel nagewarmd).
 

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 energiekosten 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 per jaar. (uit voorbeeld A)

 

Het nettoresultaat 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 van een hybride zonnestroomboiler. 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, bij verwarmen met een cv-ketel gaat er 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, bespaar je op de elektriciteitsrekening 8,8 x 0,22 = € 1,93  Zou je deze voor tapwaterverwarming inzetten, dan bespaar je dus 1m³ gas, oftewel € 0,65.