In tegenstelling tot fotovoltaïsche systemen, die de energie van de zon omzetten in elektriciteit, zetten actieve thermische zonnesystemen de door de zon verwarmde vloeistof om in ruimtewarmte en warm water. Systemen bestaan uit elektrische pompen, ventilatoren, complexe besturingen, opslagtanks en collectoren.
Twee soorten collectoren verzamelen zonnestralen: vlakke plaat en vacuümbuis. Flat-plate is het meest voorkomende type en bestaat al langer. De geëvacueerde buis is een recenter ontwerp.
Een vlakkeplaatcollector bestaat uit een geïsoleerde, waterdichte metalen doos. De bovenkant is naar de zon gericht en heeft een glazen of plastic kap die werkt als een broeikas, die de zonnestralen binnenlaat en de warmte vasthoudt. In de doos bevindt zich een speciaal gecoate donkergekleurde absorptieplaat en buizen met circulerende vloeistof. Collectoren met geëvacueerde buizen zijn voorzien van een donkergekleurde absorptieplaat en parallelle rijen vacuümbuizen, allemaal verbonden met één verzamelleiding. Buisontwerpen omvatten glas, glas-metaal en glas met vloeistofstroompaden.
Absorberende platen bevatten meestal lange stroken metaal die zijn bedekt met een speciale coating. Nieuwe technologieën produceren nu coatings die zeer efficiënt zijn. De geabsorbeerde straling verwarmt de circulerende vloeistof.
Zorgen over het zonnestelsel
Vlakke plaatcollectoren hebben een eenvoudig, stevig ontwerp. Door dat ontwerp kunnen ze echter wel warmte verliezen door convectie en straling. Windbelastingen, die de warmte kunnen afvoeren, moeten worden berekend.
Geëvacueerde buizen kunnen zelfs op bewolkte dagen werken. Ze gebruiken wat breekbaar glas - denk aan een geïsoleerde vacuümfles. Ze kunnen echter problemen hebben waarbij sneeuw of ijs zich kan ophopen en moeten worden verwijderd. Er kunnen ook problemen ontstaan als een breuk of beschadiging het zo belangrijke vacuüm vernietigt of door warmte-ophoping als er niet voldoende druk op het systeem is.
Collectors kunnen van het type met open of gesloten lus zijn. In open-lussystemen wordt huishoudelijk drinkwater door de collector gepompt. Bij langdurig vriesweer moet de collector worden geleegd of moet een terugloopsysteem worden toegepast. Hoewel efficiënte, open systemen corrosieproblemen kunnen hebben als hard water componenten beschadigt.
In gesloten-lussystemen gaat een antivriesachtige oplossing door een warmtewisselaar die in de buurt van de zonneboiler van het huis is gemonteerd. Gesloten kringloop kan een beetje efficiëntie verliezen tijdens het warmtewisselingsproces en er is wat onderhoud nodig met de vloeistof.
Vereisten voor het zonnestelsel
Bij het selecteren van een zonnestelsel moeten huiseigenaren weten hoeveel zonne-energie er voor hun huis beschikbaar is, een term die bekend staat als 'zonneconstante'. Andere overwegingen zijn de breedtegraad van een huis; beschikbare oppervlakte voor de verzamelaar, bomen of gebouwen die verzamelaars in de schaduw zouden stellen; de locatie van de verzamelaar en hoeveel deze afwijkt van het magnetische zuiden; en de afstand van de collector tot de zonneboiler.
Op bepaalde breedtegraden is de straling in de winter en in de zomer heel anders vanwege de hoek van de zon ten opzichte van de aarde. Zelfs de hellingshoek van de oppervlakken waar de zonnepanelen worden geplaatst, moet worden gecontroleerd met kantelhoeken en oriëntaties die aanzienlijk variëren tussen locaties. De meeste zonnepanelen worden op daken gemonteerd en de hoek wordt vooraf ingesteld door de dakhoek. Hoeken groter dan het optimum zullen de efficiëntie verminderen.
De dakruimte van een huis is mogelijk niet eens op het zuiden gericht of is mogelijk niet sterk genoeg om het systeem te ondersteunen. Als daken niet werken, kunnen huiseigenaren ook buitenmuren, vrijstaande of grondsystemen overwegen.
Een andere factor is het verwarmingssysteem in huis. Zonnethermische systemen zijn zeer geschikt voor vloerverwarmingssystemen en ketels met warmwaterradiatoren. Geforceerde luchtsystemen met een warmtewisselaar werken, maar verliezen wat efficiëntie. Zonnecollectoren zorgen echter wel voor of helpen bij de warmwaterbehoefte van een huishouden.
In noordelijke klimaten met zeer koude temperaturen of lange perioden van bewolkte lucht is een back-upsysteem nodig. Een huis dat tochtig is en niet energiezuinig is, heeft een back-up nodig. Zelfs het comfortniveau van leden van het huishouden - vooral oudere leden die de voorkeur geven aan een hogere thermostaatinstelling - moet in gedachten worden gehouden. Lenders en bouwcodes kunnen ook een back-upsysteem vereisen.
Mogelijke beperkingen
Bekijk lokale codes of convenanten die opties kunnen beperken. Sommige gemeenten hebben bezwaar gemaakt tegen systemen die zijtuinen belemmeren, onrechtmatige hoogtetoevoegingen op daken, overtreding van historische districtsregels en overmatige dakbelasting.
De kosten kunnen een factor zijn. Om een zonnestelsel rendabel te maken, moet het het grootste deel van het jaar worden gebruikt en in de zomer niet stilzitten. Het hele jaar door warmwaterbedrijf verbetert de kosteneffectiviteit van het systeem.
Een systeem werkt het beste voor een beperkt budget als het in 40 tot 80 procent van de verwarmingsbehoeften van een huis kan voorzien. Een actief systeem dat in minder dan 40 procent van de verwarmingsbehoeften van een huis voorziet, is economisch gezien zeer zinvol.
Wanneer u op zoek bent naar een systeem, vergelijk dan gecertificeerde zonnecollectorapparatuur door de beoordelingsstickers van de Solar Rating and Certification Corporation te controleren.
De kosten voor een actief zonneverwarmingssysteem variëren sterk en, deels, met concurrentie op de markt. In Wisconsin bijvoorbeeld, waar weinig concurrentie is, kost een systeem met vacuümbuizen voor de levering van warm water alleen in een eengezinswoning tussen $ 9.000 en $ 12.000.