Zonnecollectoren is eigenlijk een verzamelnaam voor een soort apparaten waarin ofwel warmte ofwel thermo-elektrische zonne-energie wordt gewonnen. In zonnecollectoren wordt het zonlicht omgezet in warmte; in tegenstelling tot fotovoltaïsche systemen wordt er dus door zonnecollectoren geen gebruik gemaakt van elektromagnetische eigenschappen van het zonlicht. De warmte die door de collector wordt opgewekt, kan direct gebruikt worden om een object te verhitten (denk aan de solar cooker) maar kan ook middels een turbine omgezet worden in stroom. Op deze pagina gaan we dieper in op de verschillende varianten die er bestaan van de zonnecollector, om zodoende het brede begrip wat tastbaarder te maken.
De vlakke-plaat collector
De vlakke-plaat collector is het type zonnecollector dat je meestal bij mensen thuis aantreft in combinatie met een zonneboiler. Zoals de naam al deels aangeeft, is het hart van deze collector een zwarte plaat, ook wel absorber genoemd. Deze plaat is omringd met isolatiemateriaal en kan dus zeer efficiënt warmte opnemen. Om de temperatuur verder te laten stijgen, vinden we boven de absorber een transparante (glazen) afdekplaat. Aan de onderkant van de absorber vind je leidingen waardoor water stroomt. Deze leidingen worden dusdanig geplaatst, dat de door de absorber opgenomen warmte makkelijk overgedragen kan worden aan het water. Het opgewarmde water wordt afgevoerd en kan vervolgens in het huishouden gebruikt worden.
De zonneschotel
De zonneschotel is een grote schotelvormige paraboolspiegel die het invallende licht samenbrengt naar één brandpunt. Dit brandpunt bevindt zich een aantal meter voor het midden van de spiegel. Omdat het licht zeer sterk geconcentreerd wordt, kan de temperatuur in het brandpunt zeer hoge waarden bereiken. Er wordt op deze plaats dan ook een stirlingmotor (heteluchtmotor) geplaatst die de verkregen warmte omzet in beweging. Middels een dynamo wordt deze vervolgens omgezet in bruikbare elektriciteit. Een andere mogelijkheid is dat er een speciale hittebestendige zonnecel met hoog rendement in het brandpunt geplaatst wordt.
De parabolische trog
Een parabolische trog bestaat uit een lange parabolisch gekromde spiegel met in het brandvlak een buis waardoor een vloeistof stroomt. Omdat de spiegels het invallende zonlicht concentreren op de vloeistofbuis, wordt de hierin aanwezige vloeistof (meestal olie) opgewarmd. De warmte van deze vloeistof (soms tot wel 500 graden celcius) wordt gebruikt om water te koken, waarna de verkregen stoom door een stoomturbine wordt geleid. De buis zelf kan omgeven zijn door een vacuum (glas), om zo het verlies van warmte te minimaliseren. De voordelen van het parabolische trog-systeem zijn onder andere dat het efficiënt (tussen de 15 a 20%) is en dat er maar één as hoeft te draaien om de zon goed te kunnen volgen. Het nadeel van dit systeem is dat het na afkoeling onmogelijk is om ‘s nachts draaiende te houden en zeer afhankelijk is van het weer. Om het systeem na zonsondergang door te kunnen laten werken, is het mogelijk de warme vloeistof via een warmteopslag te voeren. Dit is een tank die gevuld is met (meestal) nitraatzout, een materiaal dat uitstekende opslagkwaliteiten heeft. Na zonsondergang zorgt het nog steeds hete zout ervoor dat de olie in de buis warm genoeg blijft om bij de generator stoom te produceren.
De technologie van de parabolische trog is al vrij oud (1984), maar wordt de laatste jaren onder handen genomen. Onderzoek richt zich op de weerbarstigheid en duurzaamheid van de relatief dure montering, maar ook op het verbeteren van de spiegel zelf. Het zogenaamde “Heat Collection Element” (HCE), de stalen buis waar het zonlicht op wordt gefocust, is bedekt met een laag die absorptie verbetert. Ook dit onderdeel is aan verandering onderhevig; moderne buizen kunnen zo’n 20% meer absorberen dan oudere varianten.
De zonnetoren
Een zonnetoren (zie de link voor meer info) is een hoog gebouw waaromheen een groot aantal spiegels opgesteld staat. Deze draaibare spiegels reflecteren het zonlicht allemaal op één centraal punt bovenaan de toren, wat hierdoor enorm opgewarmd wordt. In dit punt wordt een opslagmedium geplaatst, dat de opgevangen hitte doorgeeft aan een waterketel. Het water wordt aan de kook gebracht en de resulterende stoom wordt middels een stoomturbine omgezet in elektriciteit. Het opslagmedium wordt dusdanig gekozen, dat het ook ‘s nachts nog genoeg energie af kan geven om water aan de kook te brengen. Tegenwoordig wordt meestal natrium gebruikt, omdat dit zachte metaal een hoge warmtecapiciteit heeft. Als de zon niet schijnt, werkt dit systeem nauwelijks.
De zonneschoorsteen
Niet te verwarren met de anders werkende zonnetoren, maakt de zonneschoorsteen gebruik van het feit dat warme lucht opstijgt. In een grote cirkelvormige broeikasachtige collector wordt de lucht opgewarmd. In het midden van de broeikas bevindt zich echter een zeer hoge schoorsteen. Omdat warme lucht een lagere dichtheid heeft, zal de aan de grond opgewarmde lucht met grote snelheid door de toren gaan stijgen. Door in de toren een turbine te plaatsen, kan uit deze luchtstroming elektriciteit onttrokken worden. Om ervoor te zorgen dat de toren ook ‘s nachts energie levert, kan overwogen worden een waterplas in het collector-gebied aan te leggen. De zonneschoorsteen is een door de Duitse ingenieur Jorg Schlaich voorgesteld concept dat nog volop in ontwikkeling is. In de tachtiger jaren heeft in Spanje een prototype gedraaid. Uit de test kwam naar voren dat het systeem bijzonder inefficiënt (rond de 0.5%) is, maar ook bijzonder goedkoop om draaiende te houden.
