Met zonne-energie je huis verwarmen? Het kan!

Warmte van de zon nuttig gebruiken klinkt als een goed idee. Maar hoe doe je dat als de zon vooral schijnt in de zomer, terwijl je graag je huis wilt verwarmen in de winter? Thermische seizoensopslag biedt hiervoor een oplossing waarmee we ook het klimaat een handje helpen.

Fossiele brandstoffen als boosdoener

2 ton CO₂ per jaar. Zoveel zal een gemiddeld huishouden mogen uitstoten in 2050 volgens een studie van de Vlaamse Milieumaatschappij als we de klimaatdoelstellingen willen bereiken. Ter vergelijking: vandaag de dag situeert de gemiddelde uitstoot van een gezin zich rond 20 ton CO₂ per jaar. Hoe kunnen we erin slagen om onze uitstoot maar liefst 10 keer te verminderen in een tijdspanne van amper 30 jaar? Dit vraagstuk vormt een gigantische uitdaging voor de huidige generatie. De eerste stap om een antwoord te formuleren is begrijpen waarom onze CO₂-uitstoot op dit moment zo hoog is.

CO₂-uitstoot is verbonden aan de verbranding van fossiele brandstoffen. Deze fossiele brandstoffen zijn alomtegenwoordig in onze maatschappij: we gebruiken ze in onze auto’s, in de industrie en om elektriciteit op te wekken. Ook in onze huizen worden ze gebruikt, namelijk voor de verwarming van ruimtes en voor de productie van warm water. Denk maar aan de gasboiler of de stookolietank bij uw thuis. Al dit gebruik van fossiele brandstoffen leidt tot CO₂-emissies die bijdragen aan de opwarming van de aarde.

Warmtepompen als redmiddel?

Een drastische verandering dringt zich op als we de klimaatcrisis willen aanpakken. Dit betekent afstappen van fossiele brandstoffen. Maar hoe kunnen we dat in de praktijk realiseren? Hiervoor hebben we alternatieve technologieën nodig die de oude technologieën met fossiele brandstoffen kunnen vervangen. Voor de verwarming van onze huizen moeten we dus op zoek naar alternatieven voor de verwarmingsketel op gas of stookolie. Een belangrijke rol is hierbij weggelegd voor warmtepompen.

Warmtepompen maken gebruik van elektriciteit en van energie uit de omgeving (de grond, het grondwater of de lucht) om de nodige warmte te leveren. In het ideale geval wordt de elektriciteit geproduceerd met hernieuwbare energiebronnen, zoals zonne-energie. Maar hier knelt het schoentje. De zon schijnt niet altijd. Een grote meerderheid van de zonne-energie is beschikbaar in de zomer, terwijl we onze huizen vooral in de winter willen verwarmen. Hierdoor kan elektriciteit afkomstig van zonne-energie maar beperkt gebruikt worden in combinatie met een warmtepomp.

Energieopslag over de seizoenen heen

Hoe kunnen we zonne-energie dan efficiënter gebruiken voor het verwarmen van onze woningen? Hiervoor moeten we de energie kunnen opslaan over de seizoenen heen. Een technologie die bekendstaat onder de term “Seasonal Thermal Energy Storage” of STES maakt dit mogelijk. Deze technologie kan verschillende vormen aannemen. Het meest eenvoudige voorbeeld is een watertank. Hierbij wordt simpelweg een tank met water opgewarmd met zonne-energie in de zomer. De energie wordt opgeslagen tot in de winter en vervolgens gebruikt om huizen mee te verwarmen.

Uiteraard bestaan er ook andere, complexere technologieën voor de STES. Zo kan warmte ook worden opgeslagen in de grond in plaats van in water. Een boorveld, oftewel een ondergronds netwerk van leidingen, biedt deze mogelijkheid. Door in de zomer warm water door de leidingen te sturen kan de bodem worden opgewarmd. In de winter kan de warmte opnieuw uit de bodem worden opgenomen door koud water erdoor te sturen. De “warme” bodem zal het koude water dan namelijk opwarmen.

Samen staan we sterker

Een STES-technologie is een grote, complexe installatie. Daardoor is het een investering die individueel niet op kan tegen de gasboilers van deze wereld. Daarom is het nodig om de STES-technologie te integreren in een groter geheel: een warmtenetwerk.

Een warmtenetwerk is te vergelijken met het elektriciteitsnetwerk. Net zoals elk huis wordt voorzien van elektriciteit via ondergrondse of bovengrondse elektriciteitskabels, zo wordt een huis in een warmtenetwerk voorzien van warm water via ondergrondse leidingen. Op die manier hebben de huizen zelf geen gasboiler nodig. Het grote voordeel van zo een warmtenetwerk is dat het meerdere huizen kan verbinden met de STES. Zo ontstaat er een collectieve manier van verwarmen.

Bij het ontwerpen van het warmtenetwerk zijn er heel wat keuzes te maken: welke STES-technologie wordt er toegepast: een watertank of een boorveld? Op welke temperatuur wordt de warmte opgeslagen en getransporteerd? Welke systemen worden er gebruikt voor bijverwarming? Deze keuzes leiden tot een groot aantal concepten voor een warmtenetwerk met STES. Het doel van het onderzoek was dan ook om uit al deze mogelijkheden het optimale ontwerp te vinden.

Een warmtenetwerk met potentieel

Maar wat betekent “optimaal” in dit geval? Moeten we op zoek gaan naar het ontwerp met de laagste CO₂-uitstoot? Of is het optimale ontwerp simpelweg het meest goedkope alternatief? Zoals meestal ligt de waarheid in het midden. In het onderzoek werd daarom voor verschillende concepten zowel de CO₂-uitstoot als de kostprijs bepaald met computersimulaties. De methode werd toegepast op een woonwijk met 50 huizen, die samen van warmte worden voorzien.

Het onderzoek toonde aan dat een warmtenetwerk met een boorveld als STES-technologie het meeste potentieel heeft in Vlaanderen. Specifiek gaat het om een boorveld waarbij de temperatuur van de bodem niet boven 25°C stijgt. De warmte wordt er dus op een relatief lage temperatuur opgeslagen. Dit ontwerp resulteerde in de laagste kostprijs én in een aanzienlijke reductie van de CO₂-uitstoot, vergeleken met hedendaagse gasboilers.

Eindeloze opties! Of niet?

Kunnen we dit warmtenetwerk met een boorveld dan massaal gaan toepassen in onze steden? Nog niet meteen. In het onderzoek lag de focus namelijk op een wijk met nieuwbouwwoningen. Deze woningen zijn uitermate geschikt om te combineren met de lage opslagtemperaturen in het boorveld. Voor bestaande, oudere woningen ligt dit moeilijker omdat ze hogere temperaturen vereisen om te verwarmen. Hiervoor dringt een vervolgonderzoek zich op. Als u zich geroepen voelt …