De zonnethermale systemen worden gebruikt om zonlicht om te zetten in warmte voor verschillende toepassingen zoals waterverwarming en ruimteverwarming. Het begrijpen van de energiebalans in deze systemen helpt hun efficiëntie en prestaties te optimaliseren. Dit artikel toont aan hoe energie-input, -verliezen en nuttige energie-output in verschillende zonnethermale opstellingen worden uitgebalanceerd.

Woon-Zonne-waterverwarmers

In residentiële toepassingen, zonne-energie-verwarmingstoestellen meestal bestaan uit zonnecollectoren, opslagtanks en hulpverwarmingselementen. De energie-input uit zonlicht wordt opgevangen door de verzamelaars en overgebracht naar het water. De energiebalans houdt rekening met de ontvangen zonne-energie, warmteverliezen door isolatie, en de energie die wordt gebruikt om het water te verwarmen.

Zo kan een systeem 5 kWh zonne-energie per dag ontvangen. Door warmteverlies en inefficiënties wordt ongeveer 3,5 kWh overgebracht naar het water, wat resulteert in een nuttige energie-output. De resterende energie gaat verloren door geleiding, convectie en straling, waarbij het belang van een goede isolatie en systeemontwerp wordt benadrukt.

Grote thermische energiecentrales voor zonne-energie

In thermische zonnecentrales concentreren spiegels zonlicht op een ontvanger om hoge temperatuurwarmte te genereren. Deze warmte wordt gebruikt om stoom te produceren, die turbines voor elektriciteitsopwekking aandrijft. De energiebalans omvat de opgevangen zonne-energie, thermische verliezen in de ontvanger en conversie-efficiëntie.

Zo kan een installatie 100 MW zonne-energie ontvangen. Door verliezen in de ontvanger en warmteoverdrachtsprocessen is ongeveer 80 MW thermische energie beschikbaar voor elektriciteitsopwekking. De efficiëntie van het omzetten van thermische energie in elektriciteit kan ongeveer 40% zijn, wat resulteert in 32 MW van de elektrische stroomproductie. Dit toont het belang van het minimaliseren van verliezen om de algehele efficiëntie te verbeteren.

Industriële thermische zonne-energiesystemen

Industriële toepassingen omvatten vaak grootschalige zonnethermale systemen die worden gebruikt voor procesverwarming, zoals bij de chemische productie of de voedselverwerking. Deze systemen zijn ontworpen om aan specifieke warmtebehoeften te voldoen terwijl energie-input en -verliezen worden afgewogen.

Een voorbeeld hiervan is een systeem dat dagelijks 200 kWh zonne-energie ontvangt. Na het berekenen van warmteverliezen en systeeminefficiënties wordt ongeveer 150 kWh gebruikt voor industriële processen. Een goed systeemontwerp zorgt voor een maximaal gebruik van opgevangen zonne-energie, waardoor het vertrouwen op fossiele brandstoffen wordt verminderd en de operationele kosten worden verlaagd.