ZONNE-ENERGIE
Install Magazine 972 – oktober 2020
Zonnethermie combineren met warmtepompen
SunHorizon project test concepten in de praktijk
Zonnepanelen en warmtepompen zijn de twee meest ingeburgerde technieken voor hernieuwbare energie in gebouwen. In het kader van de decarbonisatie ligt het dus voor de hand om na te gaan of beide elkaar kunnen versterken. Daarvoor werd het Europese SunHorizon-project opgezet: het omvat acht praktijkopstellingen in verschillende delen van Europa waarbij thermische zonne-energie wordt gecombineerd met warmtepompen. Twee ervan bevinden zich in België, meer bepaald in Verviers.
Technische concepten uitwerken
Het project omvat verschillende combinaties van technieken, de zogenaamde ‘technology packages’, afgekort als TP. Het gaat daarbij zowel om verschillende types van warmtepompen als van thermische zonnepanelen.
TP1, met projecten in Berlijn en Verviers, combineert de warmtepompen met thermische compressie van Boostheat met de platte vacuüm zonnecollectoren van TVP Solar.
TP2, met projecten in Nürnberg, Verviers en Riga, maakt eveneens gebruik van de BoostHeat warmtepompen, maar dan in combinatie met hybride PVT-zonnepanelen van DualSun.
TP3, met een project in het Catalaanse Sant Cugat, omvat een hybride adsorptiechiller van Fahrenheit met de zonnecollectoren van TVP Solar.
TP4, met een project in Madrid, onderzoekt de combinatie van de PVT-zonnepanelen van DualSun met een gangbare lucht-water warmtepomp van BDR Thermea.
TP5, met een project San Lorenço, eveneens in Catalonië, test ook een lucht-water warmtepomp van BDR Thermea, maar dan met een gemengde opstelling van PV-panelen en thermische zonnecollectoren van dezelfde fabrikant.
Doorheen het project worden ook de buffervaten met stratificatie van Ratiotherm ingezet. Behalve de puur verwarmingstechnische aspecten van de integratie van de verschillende technieken, is het ook de bedoeling om tot een monitoring- en sturingssysteem te komen. Dit moet ontwerpers in staat stellen om optimale systemen te ontwikkelen met een zo laag mogelijke investeringskost. Tevens kan men daarmee de werking van installaties zelf verbeteren en het rendement, betrouwbaarheid en comfort verhogen.
Marktrijpe systemen
SunHorizon mikt specifiek op technieken die nu al op de markt zijn, of die kort voor de marktintroductie staan, en streeft ernaar hun prestaties te verbeteren om zo tot een bredere aanvaarding te komen. Het gaat dus niet om fundamenteel onderzoek, maar om systemen die op korte termijn toepasbaar zijn. Het programma startte in het najaar van 2018 en sluit af op 1 september 2022. De bevindingen moeten naar verwachting in de loop van 2023 hun weg naar de markt vinden.
Het doel is dus niet om radicaal nieuwe technieken te ontwikkelen, dan wel om te zien hoe men tot een configuratie en regelstrategie kan komen van systemen die nu kort voor de marktintroductie staan. Concrete aandachtspunten zijn onder meer in welke mate zonnewarmte kan gebruikt worden als een alternatief voor warmtepompen in een hybride installatie. In dit scenario werkt dan ofwel de zonnethermische installatie, ofwel de warmtepomp, naargelang de situatie.
Een andere mogelijkheid is om zonnewarmte te gebruiken als een warmtebron om zo de efficiëntie van warmtepompen te verhogen. Thermische of PVT-zonnepanelen kunnen de bronkant van een water-water of geothermische warmtepompen regenereren. Op die manier kunnen geothermische warmtepompen breder ingezet worden, omdat er minder boringen nodig zijn.
Een derde variant is om de zonnewarmte te gebruiken om een thermische cyclus aan te drijven. We denken dan bijvoorbeeld aan thermische compressiecycli of absorptie/adsorptietoestellen. Bij deze laatste kan zonnewarmte ook ingezet worden voor koeling. In zeer zonnige streken is dat een aantrekkelijk idee.
Een andere vraag is of en in welke mate er een overschot aan warmte wordt gecreëerd in periodes met lage warmtevraag, en hoe men dat overschot best opvangt en/of valoriseert. In zonnecollectoren kunnen de temperaturen immers hoog oplopen als er geen vraag is en de installatie dus stilligt. Als men die energie nuttig kan inzetten, verbetert het globaal rendement van het systeem aanzienlijk. Een belangrijke beperking is tenslotte hoe dat alles in gebouwen kan geïntegreerd worden. Hydraulische schema’s uittekenen en berekeningen maken is een zaak, dat alles concreet realiseren in de gebouwde omgeving is een andere.
Zonnewarmte naar waarde schatten
Zonnethermie is een miskende sector binnen de hernieuwbare energie. Op beleidsvlak en in de algemene media gaat de aandacht voornamelijk naar elektriciteit, en dus bij uitbreiding naar fotovoltaïsche systemen. Nochtans blijft de vraag naar warmte groter dan die naar elektriciteit, en kunnen thermische zonnecollectoren ook meer energie opvangen dan fotovoltaïsche. Dat leidt soms tot paradoxale vaststellingen. Kijken we naar de totale energiebehoefte van de EU, dan wordt slechts 19% van de warmtebehoefte gedekt door groene warmte, terwijl groene stroom een kleine 30% van de totale behoefte vertegenwoordigt. Maar hoewel het relatieve belang van groene warmte kleiner is, is het absolute belang toch een stuk groter (1.197 TWh warmte tegenover 1.050 TWh stroom). Groene warmte is dus cruciaal voor de energietransitie.
Er zijn ook technische argumenten voor zonnethermie. In de PV-sector wordt er veel gediscussieerd over opslag, en hoe die best zou gebeuren om de tijd tussen piekproductie en piekvraag te overbruggen. Een zonnethermische installatie is echter altijd verbonden aan een of ander vorm van opslag, doorgaans een buffervat. De vraag stelt zich hier niet, het aspect ‘opslag’ maak integraal deel uit van het concept. In die zin kunnen thermische systemen een sleutelrol spelen in de decarbonisatie.
Specifiek voor Europa zijn er ook socio-economische overwegingen. De EU staat sterk in de productie van zonnecollectoren, zowel voor de thuismarkt als voor de export. Dit is in tegenstelling tot PV, waar er een sterk aandeel van import is. Door in te zetten op zonnewarmte geeft men de eigen economie een duwtje in de rug.
Koeling niet vergeten
Koeling is een ander aspect dat wel eens uit het oog verloren wordt. Hoewel het energieverbruik van gebouwen voorlopig nog sterk bepaald wordt door verwarming, is koeling aan een sterke inhaalbeweging bezig. Volgens sommige voorspellingen zou koeling in 2050 de grootste elektriciteitsverbruiker in gebouwen zijn. Door zonnewarmte direct in te zetten voor koeling, zoals in thermisch aangedreven systemen, kan men ook hier bijdragen tot de decarbonisatie.
Door Alex Baumans
