Zonnepanelen: oververhitting in de zomer

Oververhitting in de zomer: zon als stresstest voor het zonnepanelen

Het klinkt paradoxaal: Maar als zonnepanelen te veel zon krijgen, dreigt het stil te vallen. Deze toestand heet thermische stagnatie. Het goede nieuws is dat de fabrikanten zich bewust zijn van dit verschijnsel en dat de systemen ervoor ontworpen zijn – mits ze goed gepland zijn. Alleen in extreme gevallen kan oververhitting in de zomer tot problemen leiden. Benieuwd wat de beste zonnepanelen zijn van dit moment? Bekijk de lijst met beste zonnepanelen 2023.

Hoe ontstaat thermische stagnatie?

De reden voor oververhitting van het zonnesysteem is eenvoudig: de grootste hoeveelheid zonne-energie is beschikbaar wanneer die niet nodig is – namelijk in de zomer. Het zonnesysteem is echter vooral bedoeld om warm water te leveren en het verwarmingssysteem te ondersteunen tijdens de wintermaanden en de overgangsperiode. De collectoren zijn daarom zo ontworpen dat zelfs een lage zonne-intensiteit effectief wordt benut. Het systeem brengt de opgevangen warmte over naar het bufferopslagvat.

In de zomer blijft deze cyclus precies hetzelfde. Op warme dagen hebben de exploitanten echter meestal alleen warm water nodig en dus maar een fractie van de warmte die in de winter nodig is. Daar staat tegenover dat de zon het warmtedragende medium in de collectoren aanzienlijk opwarmt, en het systeem voert de warmte naar de opslagtank. Daardoor bereikt de opslagtank snel zijn vooraf ingestelde temperatuur. Kortom: de opslagtank is vol. Het systeem schakelt de zonnepomp uit, zodat er geen warmte meer naar de opslagtank gaat. Het zonnecircuit komt tot stilstand, er is thermische stagnatie.

Thermische stagnatie en de daarmee gepaard gaande oververhitting van het zonnesysteem verloopt in verschillende fasen:

• Als de stilstand is bereikt, blijft de collector opwarmen. De zonnevloeistof begint te verdampen.
• De zonnevloeistof verdampt volledig, de druk neemt toe en de collector loopt leeg.
• De collector bereikt zijn hoogste temperatuur zolang de zonnestraling constant blijft.
  Als de zonnestraling afneemt, condenseert de gasvormige zonnevloeistof, wordt vloeibaar en vullen de collectoren zich weer.
• Thermische stagnatie komt vaker voor bij zonnewarmtesystemen voor sanitair waterverwarming en verwarmingsondersteuning dan bij systemen die alleen voor sanitair waterverwarming zijn ontworpen. De reden hiervoor is het grotere collectoroppervlak voor verwarmingsondersteuning en de daarmee gepaard gaande hogere warmte-inbreng.

Is oververhitting schadelijk?

De thermische stagnatie en oververhitting van de systemen betekent een hoge belasting van alle geïnstalleerde componenten. De systemen zijn echter door de fabrikanten ontworpen voor deze extreme situatie. De doorslaggevende factor om te bepalen of oververhitting het systeem beschadigt of niet is het juiste ontwerp. De planning en het ontwerp van het systeem moeten intrinsiek veilig zijn. Dit betekent dat de veiligheid van het systeem gewaarborgd is, zelfs als zich tijdens de werking een ernstige fout voordoet. Thermische stagnatie is niet eens een fout, maar een berekende toestand in de werking van het systeem. Het zonnecircuit moet daarom bijvoorbeeld een voldoende groot expansievat bevatten dat de zonnevloeistof kan opnemen wanneer het volume toeneemt door de verdamping van de vloeistof in de collector.

Tip: De planning, het ontwerp en de installatie van een zonnesysteem moeten altijd worden uitgevoerd door een gekwalificeerd gespecialiseerd bedrijf. Vraag de planners naar de intrinsieke veiligheid van het systeem. Bestaande systemen moeten door een deskundige worden gecontroleerd als thermische stagnatie bijzonder vaak voorkomt. Dan kan er daadwerkelijk sprake zijn van een planningsfout die leidt tot schade aan het systeem.

Naast de geïnstalleerde systeemonderdelen wordt ook de zonnevloeistof onderworpen aan een echte stresstest vanwege de hoge temperaturen. De overgang naar een gasvormige toestand en de daaropvolgende condensatie kan de vloeistof beschadigen. In het ergste geval breekt het af in zijn chemische bestanddelen, zodat het zijn functie als warmtedrager niet meer volledig kan vervullen of zelfs de pijpleidingen beschadigt. In dat geval moet de zonnevloeistof vervangen worden.

Door de stilstand in het circuit verdampt echter alleen het kleine deel van de zonnevloeistof dat zich op dat moment in de collector bevindt tijdens de thermische stagnatie. In dit geval kan de zonnevloeistof ook zijn volledige levensduur van vier tot zeven jaar bereiken.

Tip: Als exploitant moet je de zonnevloeistof regelmatig controleren, minstens elke twee jaar, beter nog elk jaar. Neem daarvoor een monster en test het op zijn pH-waarde, naast controle op zicht en geur. Als het onder de 7 komt, geeft dit aan dat de zonnevloeistof is ontbonden.

Praktische maatregelen tegen oververhitting

Zelfs als de systemen fundamenteel ontworpen zijn voor oververhitting door thermische stagnatie, zijn er enkele manieren om dit tegen te gaan of tenminste te verzachten:

• Verhoog de temperatuur van de opslagtank: Zodra de vooraf ingestelde temperatuur in het voorraadvat is bereikt, stopt het de verdere warmtetoevoer – dit is het basisprincipe. Bij de ingestelde temperatuur van de opslagtank is echter meestal nog niet de hele opslagcapaciteit uitgeput. Het verhogen van de temperatuur van de opslagtank creëert nieuwe capaciteit om verdere warmte te absorberen. Maar wees voorzichtig: deze procedure is vooral geschikt voor het bufferopslagvat dat het verwarmingscircuit voedt. Als een opslagtank voor warm water overmatig wordt verwarmd, zal het warme water bij de kranen in huis ook navenant heet zijn. Er bestaat gevaar voor verbranding.
• Laat de zonnepomp ’s nachts draaien: Om de sterk verwarmde opslagtank af te koelen kunnen de operators de zonnepomp ’s nachts laten draaien. Door het gebrek aan zonlicht geven de zonnepanelen op het dak dan de warmte van de zonnevloeistof af aan de omgeving en koelt de opslagtank af. Het nadeel: de energie bedoeld voor warm water en verwarming wordt uit de voorraadtank gehaald. Als de zon de volgende dag niet zo intensief schijnt, kan er een gebrek aan energie zijn voor de productie van warm water, zodat de ketel moet bijspringen.
• Plan een extra warmteverbruiker: Overtollige warmte kan bijvoorbeeld worden onttrokken door een verwarming in de stookruimte die met open raam wordt bediend. Het is echter zinvoller om te plannen voor andere consumenten, vooral in de zomer. Bepaalde wasmachines en vaatwassers kunnen bijvoorbeeld met warm water werken. Zo hoeven ze het water niet eerst op te warmen en besparen ze elektriciteit, terwijl er nieuwe capaciteit wordt gecreëerd in de warmteopslagtank.

Tip: Steeds meer huiseigenaren installeren een zwembad in hun tuin. Bij een juiste planning kan de overtollige warmte van het zonnesysteem ook in de zomer worden gebruikt om het water voor te verwarmen.