ZONNE-ENERGIE
Install Magazine 954 – oktober 2018
Resultaten van hybride zonnepanelen in de praktijk
Ervaringen met experimentele opstelling
Voor de warmtewisselaar werd gebruik gemaakt van een type dat normaal in koelkasten wordt toegepast.
De keuze van het isolatiemateriaal is erg belangrijk. Daarom werd gekozen voor hogetemperatuurisolatie van Recticel met een speciale coating.
Het dak van een bijgebouw werd volledig bedekt.
De panelen zijn aangesloten op collectorleidingen.
Het principe achter hybride zonnepanelen is vrij eenvoudig. De basisvaststelling is dat, naargelang PV-panelen warmer worden, hun opbrengst daalt. Door zonnepanelen te voorzien van een koelsysteem, slaat men twee vliegen in een klap: er wordt meer elektriciteit geproduceerd en bovendien kan men een deel van de zonne-energie die niet in elektriciteit wordt omgezet, toch recupereren als warmte. Het totale rendement per vierkante meter stijgt drastisch. Tot zover de theorie. In de praktijk zien we echter nauwelijks hybride zonnepanelen die zowel stroom als warmte produceren. Leen Peeters, bezieler van Th!nk E zocht uit waarom, aan de hand van een experimentele installatie.
Huisgemaakte hybride zonnepanelen
Leen Peeters is de drijvende kracht achter Th!nk E, een studiebureau dat innoverende energieconcepten ontwerpt. Een basisonderdeel daarvan is Living Lab, waarbij experimentele technieken in de praktijk worden uitgetest, meer bepaald in het kader van de renovatie van de eigen gezinswoning, een oude boerderij. In dit geval werd het dak van een bijgebouw voorzien van 33 Sunpower zonnepanelen van 335 kWp elk, op dat ogenblik de meest efficiënte op de markt. Om te zien wat de winst zou zijn van warmterecuperatie besloot Leen Peeters om die panelen om te vormen tot een hybride versie.
Daartoe liet ze bij een gespecialiseerde Italiaanse fabrikant een variant maken van de buis-warmtewisselaars die doorgaans gebruikt worden in het condensordeel van koelkasten. Die warmtewisselaars werden aan de achterkant van de panelen bevestigd. Dan werd de achterkant geïsoleerd en alles werd afgewerkt met een aluminium plaat. De keuze van het isolatiemateriaal is niet zonder belang: er mag zich geen ongedierte in kunnen nestelen en het moet ongevoelig zijn voor interne condens. Daarom werd in dit geval geopteerd voor een hoge-temperatuursisolatie van Recticel met een speciale coating. In de warmtewisselaars circuleert een glycoloplossing die tot -18°C gaat. Dat moet voldoende zijn voor de slechtste omstandigheden: een combinatie van een lange vorstperiode met koude wind over het dak.
Beperkte voordelen
Na een eerste seizoen in werking bleek de balans eerder matig. Een voordeel dat bevestigd werd, is de hogere elektrische opbrengst. Naargelang de omstandigheden ligt die 12 tot 26% hoger dan bij niet-gekoelde panelen. Hierbij moet men wel een kanttekening maken: de meeste winst wordt gerealiseerd op de zonnigste dagen, dus als de algemene opbrengst van PV-panelen sowieso al hoog ligt.
Een tweede voordeel ligt minder voor de hand. De warmtewisselaars van de hybride panelen zijn geïntegreerd in het algemene hydraulische systeem van de woning, dat ook vacuüm zonnecollectoren omvat. Op winterdagen leveren de vacuümcollectoren voldoende warmte om de hybride panelen vorstvrij te houden. Dit moet wel proactief gebeuren: als men wacht tot alles onder sneeuw en ijs ligt om het systeem in te schakelen, haalt het weinig uit. Op dit vlak is de regeling vergelijkbaar met andere toepassingen om oppervlakken ijsvrij te houden, zoals voetbalvelden of opritten. Deze functie heeft een groter nut, omdat er zo nog productie van zonnestroom is op ogenblikken wanneer die elders grotendeels stilligt. In een context met wisselende elektriciteitsprijzen kan dat zelfs erg voordelig zijn: als er weinig aanbod van zonnestroom is, zullen de prijzen hoger zijn. Waar koeling van PV-panelen voornamelijk de pieken in de zomer opdrijft, helpt ijsvrij houden daarentegen om de dalen in de winter deels te compenseren.
Wat met de warmte?
De grote winst van het systeem moet echter komen van het nuttige gebruik van de warmte. Dat is gemakkelijker gezegd dan gedaan. Een voor de hand liggende toepassing is het regenereren van een warmtebron van een geothermische installatie. Het grote probleem hierbij is dat de temperaturen van het circuit in de zonnepanelen in de zomer kunnen oplopen tot 70°C, veel te hoog om direct in de boring te injecteren. De materialen van een doorsnee bodemsonde (meestal HDPE) zijn niet berekend op temperaturen ver boven 40°C. Technisch gesproken zijn er oplossingen denkbaar, zoals een tussengeschakelde warmtewisselaar/buffervat, eventueel gecombineerd met hogere debieten om een lagere Δt over de warmtewisselaar te verkrijgen. Dat zijn echter extra complicaties die het rendement naar omlaag halen.
Als verwarmingsondersteuning in de winter valt de opbrengst echter eveneens tegen. De temperaturen zijn te laag om zinvol ingezet te worden als ondersteuning voor verwarming of sanitair warm water. Zoals we gezien hebben in het verband met de ijsvrije werking, zal een traditionele zonneboiler eerder de hybride panelen opwarmen dan omgekeerd.
De conclusie is dan ook dan het systeem weliswaar energie oplevert, maar niet op de ogenblikken en aan de temperatuurniveaus die gemakkelijk benut kunnen worden. In de meeste gevallen is men dus beter af met gewone PV-panelen in combinatie met thermische opslag om de pieken op te vangen. “De kwestie is niet zozeer dat hybride panelen niets opleveren,” aldus Leen Peeters, “maar dat er tal van andere mogelijkheden op de markt zijn met een hogere efficiëntie.”
Combinatie met zwembaden
Waar hybride panelen wel een nuttige bijdrage kunnen leveren, is zwembadverwarming. De installatie van Leen Peeters is verbonden met een openluchtzwembad met een inhoud van ongeveer 40.000 m3. De helft van de hybride zonnepanelen zouden volstaan in de zomer om het zwembadwater op temperatuur te houden. In de huidige installatie maakt dat watertemperaturen van 39°C meermaals voorkomen. De configuratie van hybride panelen met zwembad is een van de weinige toepassingen waar dergelijke zonnepanelen een voordeel kunnen betekenen op traditionele PV. Een zwembad heeft typisch ook een vrij hoog stroomverbruik voor pompen en waterbehandeling. Omdat hybride zonnepanelen zowel warmte als stroom tegelijk leveren, en het productiepatroon goed aansluit bij het gebruikspatroon van een openluchtzwembad, kan de energiebehoefte hier met een maximum aan hernieuwbare energie gedekt worden.
Een nicheproduct
De conclusie is dan ook dat hybride zonnepanelen een nicheproduct zijn. Het idee lijkt wel veelbelovend in theorie, maar in de praktijk is het alleen zinvol in welbepaalde omstandigheden, zeker als men vergelijkt met andere systemen van hernieuwbare energie.
Door Alex Baumans
Foto’s Th!nk E
