De straling van de zon kan op twee manieren omgezet worden in meer bruikbare vormen van energie, te weten in warmte en elektriciteit. Elektriciteitsopwekking gebeurt middels foto-voltaïsche systemen (PV-systemen). Hierover kunt u hier meer lezen.

De omzetting van de zonnestraling in warmte gebeurt met behulp van een zogenaamde collector. Collectoren zijn grofweg te verdelen in twee typen: concentrerend en niet-concentrerend. In het eerste geval wordt zonlicht op een klein oppervlak geconcentreerd, zodat er hoge temperaturen bereikt kunnen worden, waarmee bijvoorbeeld stoom opgewekt kan worden. De tweede soort collector is eenvoudiger van constructie en haalt dergelijke hoge temperaturen niet. Hiervan hebben we een aantal voorbeelden op het WOT-terrein staan. Ze worden toegepast voor de verwarming van water tot temperaturen tot zo’n 70 ºC.

Werking

Het algemene principe van het systeem is simpel. Water wordt in de collector verwarmd en daarna eventueel opgeslagen voor later gebruik. Een zonne-warmwatersysteem bestaat uit een zonnecollector en een opslagtank die met buizen of slangen verbonden zijn. Door de opslagtank ten minste 40 centimeter hoger dan de top van de collector te plaatsen, kan gebruik gemaakt worden van de natuurlijke circulatie van het water. Het onderstaande figuurtje visualiseert dit principe.

Zonnestraling (Z) verhit de collector (1) en het zich daarin bevindende water. Het warme water begint naar boven te stromen door een pijp (3), naar de opslagtank (2), omdat warm water altijd naar het hoogste punt stroomt. Het warme water wordt vervangen door koud water onder uit de tank (4). Op deze wijze komt een circulatie opgang die ervoor zorgt dat al het water verwarmd wordt. Deze circulatie heet “natuurlijke circulatie”, omdat er slechts zonnestraling voor nodig is om haar op gang te helpen, en geen pomp. “Geforceerde circulatie” ontstaat wanneer een aandrijving van buitenaf gebruikt wordt (een pomp) om de watercirculatie op gang te brengen en te houden. Dit komt voor bij systemen die een opslagtank hebben die lager geplaatst is dan de collector. De zonnedouche op het WOT-terrein is hiervan een voorbeeld.

Afhankelijk van de omgevingstemperatuur en de isolatie van het systeem kunnen op deze manier temperaturen tussen de 40 en 70 ºC bereikt worden. Hieronder volgen beschrijvingen van diverse soorten collectoren en hun toepassingen op het WOT-terrein.

Onderdelen zonnecollectoren

Op het WOT-terrein staan verschillende soorten zonne-collectoren waarmee water wordt verwarmd. De collectoren van de WOT bestaan uit een houten bekisting met daarin stalen platen of pijpen waardoor het water stroomt. De collectoren zijn zwart geverfd. De bovenkant van de bekisting bestaat uit enkel glas, en het geheel is goed geïsoleerd. Dit zijn de belangrijkste factoren die bij zonne-collectoren een rol spelen:

1. Absorptie

   Een collector moet de invallende straling goed absorberen en zo weinig mogelijk energie in de vorm van warmte uitstralen. Zwart is een voor de hand liggende keuze omdat zwart een groot deel van het spectrum absorbeert. Zwarte schoolbordenverf wordt in zelf gemaakte collectoren dan ook vaak toegepast.

2. Reflectie

   Reflectie speelt op twee manieren een rol. De absorberende laag reflecteert, maar ook de afdekkende glasplaat reflecteert. Vanzelfsprekend moet de absorberende laag zo min mogelijk reflecteren. De glasplaat dient het infrarood licht te reflecteren dat de absorberende laag uitstraalt. Op deze wijze wordt in de collector een broeikaseffect gecreëerd.

3. Isolatie en de omgeving

   Het warmtelek naar de omgeving van de collector moet zo klein mogelijk gehouden worden. Dit betekent: een goede bekisting, goed isolatiemateriaal en dubbel glas.

Soorten zonnecollectoren

Er zijn verschillende manieren waarop de collectoren gemaakt kunnen worden. Ten eerste is er de vlakke-plaat collector. Deze bestaat uit twee staalplaten die met een kleine ruimte ertussen aan elkaar verbonden zijn, zodat het water tussen de platen door kan stromen. Deze methode is in theorie het meest efficiënt, maar in praktijk blijkt dat het waterdicht maken van de twee platen veel inspanning vereist en na verloop van tijd gaat lekken.

Een collector bestaande uit meerdere parallelle pijpen, die op een zwarte plaat gemonteerd zijn, wordt de pijpcollector genoemd.

Een gecombineerd type met de naam zig-zag collector bestaat uit een metalen plaat waarop de gegalvaniseerde pijp in een zig-zagvorm is aangebracht. Er is een buigijzer nodig om de buizen in het gewenste zig-zag patroon te buigen.

Het aanbrengen van de buis op de metalen plaat kan op verschillende manieren. Ten eerste kan de buis gesoldeerd worden aan de metalen plaat. Als er geen soldeermogelijkheden zijn kan de metalen plaat in repen gesneden worden en om en om door de buis gevlochten worden. De gevlochten versie is minder efficiënt dan de gesoldeerde. Als derde mogelijkheid kan de buis door middel van gebogen plaatjes met popnagels vastgemaakt worden.