Toelichting besparingsberekening

Toepassing

Deze indicatieve berekening is toepasbaar voor zonneboilers tot max. 10 m² collectoroppervlakte Aa. Boven de 10 m² valt onder grote zonneboilers, en daar zijn andere regels voor. De hier beschreven toelichting is van toepassing op de besparingsberekening voor zonneboilers.

1. Het dimensioneren van een zonneboiler

Een zonneboiler voor een woonhuis dient gedimensioneerd te worden op ca. 60% van het dagelijkse warm waterverbruik. Indien men een aparte watermeter voor warmwater heeft kan men het zelf meten. Maar omdat bijna niemand dit heeft kan men ook gebruik maken van vuistregels gebaseerd op gemiddelden.

Personen Warmwater
behoefte
40 °C per dag in liter
Tap
profiel
Voorverwarm
boiler in liter
Collector
oppervlakte
in m²
2 90 M 80 2
3 135 M 100 3
4 180 L 150 4
5 225 L 180 5
6 270 XL 200 6
7 315 XL 200 7
8 360 XL 250 8

Bij een goed gedimensioneerde zonneboiler zal de groene lijn 'verwarmd met de zon' nooit over de blauwe lijn 'Energie benodigd om water op te warmen' gaan. Als dat wel zo is gaat de zonnecollector in stagnatie. Stagnatie wil zeggen dat er stoomvorming in de collector plaats vindt, waardoor geen warmteoverdracht meer mogelijk is, en de componenten sneller verslijten. Zit de groene lijn ver onder de blauwe lijn, dan is de boiler te klein gedimensioneerd. Dat is op zich geen probleem, alleen de dekking door zonne-energie is dan laag.

Relatie warm waterverbruik en dekking door zonne-energie

In dit voorbeeld zien we de grafiek van de Remeha RemaSol 150SE (1.9 m² apertuuroppervlakte, 150 liter voorverwarmboiler). We zien hoe meer warm water er verbruikt wordt, hoe meer energie de zonneboiler levert. De dekkingsbijdrage daalt, naarmate men meer warm water tapt.

2. Berekeningsmethodiek van de opbrengst en de besparing

Als eerste wordt bepaald hoeveel energie er per jaar nodig is om het drinkwater op te warmen. Dat wordt berekend met de volgend formule:

We zien dat in de formule de leidingverliezen al meegenomen worden. Omdat deze leidingverliezen er altijd zijn, ongeacht met welke bron het water wordt verwarmt, wordt die meegenomen in de berekening.

Vervolgens berekenen we de energie die nodig is om het voorraadvat minimaal een keer per week 5 minuten op 70 °C te laten staan. Dit om legionella te voorkomen. Dit wordt berekend door het minimale vermogen per dag dat de zonnecollector effectief aan de boiler levert te berekenen, en vervolgens te bepalen wat dan de gemiddelde boilertemperatuur zal worden. Om het verschil tussen deze temperatuur en de gewenste 70 °C te bereiken is een bepaalde hoeveelheid energie nodig. Die wordt vervolgens berekend met deze formules: ΔT = Q . 3.60e6/(c.ρ.l) en Qlegionella= l . ρ . c . ΔT
met:
Q = energie
c = 4.18e3 Soortelijke warmte van water J/kgK
ρ = 0.98 De dichtheid
l = aantal liters water

De verliezen van het voorraadvat

De verliezen van het voorraadvat Qbuf wordt berekend volgens de formule uit de Europese C207 publicatie:

Hierin is Vnom de totale inhoud van de boiler. Bij bivalente boilers is Vbu het backupgedeelte dat verwarmd wordt door bijvoorbeeld een cv-ketel. Voor monovalente boilers is Vbu gelijk aan nul. Psbsol zijn de stilstandsverliezen van het vat, Ta de omgevingstemperatuur van het vat, LsolW1 is de bijdrage aan zonne-energie aan de totale warmwatervraag Lwh. De factor 0.732 komt voort uit het aantal maandelijkse uren (30,5 dagen x 24 uren). Dit wordt gedeeld door 1000 om Watts om te zetten in kilowatts. Om een eerlijke vergelijking tussen mono- en bivalente boilers te kunnen maken, worden de verliezen van het backupgedeelte in mindering gebracht op de stilstandverliezen in geval van een bivalente boiler. Ook de berekening van hoeveel de zonnecollectoren aan energie oogsten wordt berekend volgens de formule uit de Europese C207 publicatie. Als referentie wordt Qref genomen. Dit is de benodigde energie per dag. Dit wordt omgerekend naar een jaarverbruik en vervolgens wordt hier 60% van genomen als maximum wat de zonnecollector moet kunnen leveren. Waarom dit is hebben we hierboven bij dimensionering besproken. De opbrengstformules zijn allemaal te raadplegen in de C207-publicatie. In afwijking met deze publicatie kan men behalve de klimaatgegevens van Straatsburg, Athene en Helsinki ook Nederlandse gegevens van KNMI-meetstations gebruiken in deze besparingsberekening. Belangrijk is om als gemiddelde omgevingstemperatuur voor de collector niet de etmaaltemperatuur van het KNMI te nemen, maar alleen de gemiddelde temperatuur als de zon schijnt. Als men een opslagvat buiten plaatst, dan dient men, om de verliezen te berekenen, weer de gemiddelde temperatuur per etmaal te nemen. Niet alle berekeningsprogramma’s rekenen zo, wat tot kleine verschillen in de resultaten kan leiden. Nu we weten wat de zonnecollectoren opwekken, hoeveel energie we nodig hebben, en de verliezen berekend hebben, kunnen we nu eenvoudig berekenen wat de bijverwarming moet zijn met een conventioneel toestel. De dekking door de zon wordt bepaald op basis van de zonneopbrengst minus bufferverliezen. Dit is gedaan omdat er zonder zonnecollector, ook geen voorraadvat zou zijn. Dit is de meest eerlijke benadering, maar zorgt voor een lagere dekking dan de meeste brochures van fabrikanten ons willen laten geloven. Vervolgens wordt de opbrengst per m² bruto-collectoroppervlakte (Ag oftewel Agros) bepaald in kWh en GJ per jaar. Dit is een getal wat gebruikt kan worden om zonnecollectoren onderling te vergelijken. Een zonneboiler gebruikt ook een geringe hoeveelheid elektriciteit. De delta-T regeling die de pomp aanstuurt staat 24 uur per dag stand-by. Meestal verbruikt een dergelijke regeling minder dan 1 Watt in standby-modus. De meeste energie verbruikt de pomp. Het is dan ook belangrijk om een pomp te kiezen die zo weinig mogelijk stroom verbruikt.

In de laatste sectie worden de energiehoeveelheden omgerekend naar euro’s. Zo kan men uitrekenen wat een zonneboiler bespaard. Ook wordt de ISDE-aanschafsubsidie berekend volgens de methode van 2017. Let op, dit is een indicatie. Om deze app flexibel te houden, kan men alle mogelijke gegevens invullen, en componenten van divers fabricaat mixen om te kunnen berekenen wat de opbrengst is van een dergelijk zonnesysteem. Mogelijk is een dergelijke combinatie wel te koop, maar komt vaak niet in aanmerking voor subsidie. Wil men subsidie krijgen dan kan men beter een compleet setje van een enkel merk kopen. Doe het zelvers krijgen sowieso geen subsidie. Raadpleeg altijd de apparatenlijst van het RVO of een zonneboiler in aanmerking komt voor subsidie.

Invloed vakantie op de opbrengst

De mogelijkheid bestaat om een aantal vakantiedagen, dat zijn dagen dat de zonneboiler niet gebruikt wordt, op te geven voor de maand juli en de maand februari. Het effect hiervan ziet men gelijk terug in de cijfers in de tabel en grafiek. De procentuele dekking en besparing geven geen goed beeld van een maandje vakantie in juli, omdat tijdens deze vakantie ook de vraag naar warm water nihil zal zijn, zullen deze percentages maar gering dalen. In absolute getallen kan dit een forse daling zijn van meer dan 50 kWh/m² zonnecollectoroppervlakte. We zien dat een vakantie in februari veel gunstiger uitpakt voor de jaaropbrengst van de zonneboiler.

Als laatste wordt de terugverdientijd berekend en het aantal Watt-piek aan zonnepanelen wat nodig is om dezelfde hoeveelheid water op te warmen als met een zonnecollector. Deze berekening is met zorg samengesteld, doch er kunnen geen rechten aan worden ontleend.

Extreem hoge en volatiele energieprijzen

Update 2022: Gezien de extreem hoge en volatiele energieprijzen is het veld ‘verwachte jaarlijkse verhogingspercentage’ voor elektriciteit en gas verwijderd. Ook het berekenen van de terugverdientijd is voorlopig verwijderd. Het heeft geen zin om hier aan te rekenen als de ene dag de prijs van gas onder de euro ligt, en de andere dag boven de vier euro per kuub bedraagt. Wel word hierdoor de investering in een zonneboiler (zowel thermische als pv) enorm rendabel. De terugverdientijd kan al binnen enkele jaren gerealiseerd worden.

Veel gestelde vragen

Hoe kan het dat er toch nog naverwarmd moet worden ondanks ruim voldoende aanbod van zonne-energie?
Het solcal berekeningsmodel staat niet toe dat er meer zonne-energie wordt opgewekt dan wordt afgegeven. Dit kan tot de situatie leiden dat bij een totaal onrealistische configuratie de dekking door zonne-energie over de 100% ligt, terwijl er toch nog naverwarmd dient te worden. Zodra een zonnecollector in stagnatie gaat, kan deze geen warmte meer afgeven aan het voorraadvat. Dat is de reden dat zwaar overgedimensioneerde zonneboilers minder opbrengst hebben dan correct gedimensioneerde zonneboilers.

Wat geef ik in bij rendement naverwarmer?
Gebruikelijke waarden zijn, voor een
cv-ketel: 85%
elektrisch element: 100%
Warmtepomp: 270%