Op de site van het Technisch Weekblad stond op 4 juni 2025 een artikel over warm water uit de kraan opgewekt met zonne-energie én opgeslagen in … zand.
Het klinkt als een idee uit een sciencefictionboek, maar onderzoekers uit India hebben het werkelijkheid gemaakt. Hun centrale idee: gebruik maken van fijn zand om zonne-energie efficiënt op te slaan en later te gebruiken.
Het systeem bestaat uit drie zonnepanelen met elk een maximaal vermogen van 300 watt (300 wattpiek) die stroom leveren aan een verwarmingselement. De warmte die het verwarmingselement afgeeft wordt opgeslagen in een geïsoleerde ton met 120 kg speciaal, fijn zand, geselecteerd vanwege zijn hoge soortelijke warmte van 840 J kg-1K-1. In het zand zit een warmtewisselaar.
Wanneer warm water nodig is, geeft de warmtewisselaar de warmte uit het zand door aan water dat erdoorheen stroomt.
Indrukwekkende prestaties
In de eerste tests liep de temperatuur van het zand in een dag op van 25,2°C naar maar liefst 164,2°C. Ook de opgeslagen energie was aanzienlijk: 14,02 MJ, met een rendement van 97,41% bij het laden.
a) Bereken met deze gegevens de hoeveelheid energie, die in een dag in het zand is opgeslagen, en vergelijk die met de gegeven waarde.
Uitwerking vraag (a)
Er geldt Q = m c ΔT = 120 . 840 . (164,2 – 25,2) = 14,01 MJ. Dit klopt met wat er in het artikel staat.
b) Bereken hoeveel energie de zonnepanelen hebben geleverd.
Uitwerking vraag (b)
Er geldt voor de geleverde elektrische energie: Eel = Q / η = 14,02 / 0,974 = 14,4 MJ.
c) Bereken hoelang de zonnepanelen energie geleverd hebben, als je uitgaat van hun maximale vermogen.
Uitwerking vraag (c)
Er geldt: E = P . t. Invullen levert 14,4 . 106 = 900 t. Dit levert t = 16000 s = 4,44 h.
Tijdens het ‘ontladen’ liep koud water door de warmtewisselaar en stroomde dit er als warm water uit met een stroomsnelheid van 0,67 L/min. Terwijl de zandtemperatuur daalde van 150,2 °C naar 74,6 °C, liep 140 liter water door de warmtewisselaar, dat gemiddeld 11,7 °C in temperatuur steeg. Het rendement van deze omzetting bedroeg 90,0%.
d) Bereken de tijd dat het systeem warm water leverde.
Uitwerking vraag (d)
Er stroomt 140 L water met een snelheid van 0,67 L/min .
Voor de tijd geldt: t = 140 / 0,67 = 209 min = 3,48 h.
e) Bereken hoeveel energie het zand aan het water leverde.
Uitwerking vraag (e)
Er geldt: Q = m c ΔT = 120 . 840 . (150,2 – 74,6 ) = 7,62 MJ.
f) Bereken zelf de temperatuurstijging van het water die hieruit volgt en vergelijk je uitkomst met de temperatuurstijging die in het artikel genoemd wordt.
Uitwerking vraag (f)
Zonder te rekenen met het rendement geldt: Q = m c ΔT, waarin c nu de soortelijke warmte van water is.
Invullen levert: 7,62 . 106 = 140 . 4200 . ΔT. Dit geeft: ΔT = 13,0 oC.
Met het rendement wordt dit ΔT = 13,0 . 0,900 = 11,7 oC.
Dit klopt met wat in het artikel staat.
Het zand fungeert hier als thermische batterij, zonder de nadelen van chemische accu’s. Er zijn geen zware metalen nodig, geen complexe elektronica – enkel zonlicht, elektriciteit, zand en water.