De meeste zonneboiler systemen in Nederland worden uitgevoerd met zogenaamde vlakke-plaat collectoren. Dit is vaak een donkere plaat waar het water of glycol doorheen stroomt in buisjes die er achter zitten en zodoende door de zon opgewarmd wordt.
Een geheel andere techniek is die van de heatpipes met een vacuümbuis collector. Deze bestaat uit een serie dubbelwandige glazen buizen, voorzien van een vacuüm, waarbij de binnenste buis een donkere coating heeft. Wij zullen uitleggen hoe dit pecies werkt, maar om daar te komen eerst een paar belangrijke punten.
De volgende vijf fysicawetten zijn voor de werking van vacuumbuizen belangrijk:
1. Een zwart vlak neemt van nature veel warmte op;
2. Vacuüm is de beste isolator die er bestaat (denk aan een thermoskan);
3. Efficient warmtetransport door alcohol te verdampen en te condenseren (de heatpipe);
4. Metalen geleiden warmte zeer goed;
5. een gas onder druk heeft een verhoogd kookpunt
De werking van heatpipes ofwel vacuumbuizen:
- Zonlicht valt op de vacuümbuis van dubbelwandig glas en gaat door de eerste glaslaag heen die transparant is;
- Dit UV licht wordt geabsorbeerd door de binnenste glaslaag waar een zwarte warmte absorberende coating op aangebracht is en die de straling omzet in warmte;
- Deze warmte kan niet meer naar buiten door de super isolerende vacuüm laag tussen de twee glazen wanden (thermosfles principe) en wordt afgegeven aan een kopen buis gevuld met alcohol; (de Heat Pipe)
- De warmte wordt binnen in de Heat Pipe (koperen buis) afgegeven aan een alcohol oplossing, die reeds kookt bij 35°C (hoe warmer, hoe hoger de druk, hoe hoger het kookpunt). Door deze versterkende werking haalt de Heat Pipe collector zelfs in de winter nog een temperatuur van 35 graden;
- De verdampte alcohol stijgt op en als het boven in de kop van de schuinstaande Heat Pipe komt, geeft het zijn warmte af aan de collector kop, condenseert en druppelt het naar beneden, waardoor de cyclus opnieuw kan beginnen;
- De warmte van de Heat Pipe stijgt zo naar boven en geeft zijn warmte af aan de koperen collector kop gevuld met Glycol. Dit reservoir kan een temperatuur 220°C bereiken;
- De Heat Pipes geven in de collectorkop hun warmte af aan een antivriesmiddel (glycol), maar komen er niet mee in contact.
- Het opgewarmde glycol wordt door de zonnecollectorkop via flexibele geïsoleerde RVS buizen gepompt naar het boilervat;
- Het glycol geeft via een spiraal in dit boilervat zijn warmte af aan het water in de boiler en afhankelijk van de grootte en het type is dit kraanwater en/of CV-water.
De voordelen van vacuumbuizen ten opzichte van vlakkeplaat collectoren:
- Dankzij de dubbelwandige vacuümbuizen is de absorptie (=warmteopname) maximaal en de emissie (= verlies naar de omgeving) minimaal, hetgeen leidt tot bijzonder fraaie rendementen;
- Dankzij de ronde buizen wordt zowel direct als diffuus zonlicht (op 60% van alle dagen per jaar in Nederland) – zelfs bij ongunstige plaatsing tov het zuiden – optimaal geabsorbeerd;
- De ingestraalde warmte van een groot oppervlak wordt door de Heat Pipe geconcentreerd naar een klein oppervlak (boven in de Heat Pipe) waar deze geaccumuleerde warmte kan worden overgedragen aan het te verwarmen glycol;
- Een Heat Pipe heeft een hele lage soortelijke warmte, doordat deze voornamelijk gevuld is met alcoholdamp. Hierdoor werkt hij al bij lage temperaturen.
- Een vlakke plaat heeft nauwelijks opbrengst in de maanden rondom de winter omdat deze de versterkende werking mist van de Vacuümbuis met Heat Pipe collector.
- Doordat de verdamper en condensor van de Heat Pipe (Net als bij een warmtepomp) in de goed geïsoleerde vacuümbuis hogere temperaturen bereiken, heeft dit type collector nog steeds een behoorlijke opbrengst in het voor- en najaar.
- Hierdoor is de Heat Pipe collector prima geschikt voor het ondersteunen van het CV verwarming circuit.