Energie opslaan in warmtebatterij of thuisbatterij

In een wereld waar duurzaamheid en efficiëntie centraal staan, is de manier waarop we energie opslaan cruciaal. Met de toename van hernieuwbare energiebronnen zoals zonnepanelen, ontstaat de vraag: wat doen we met de overtollige energie? Traditionele thuisbatterijen zijn een optie, maar er is een opkomende ster in dit veld: de warmtebatterij.

Dit artikel duikt in de wereld van energieopslag, vergelijkt warmtebatterijen met conventionele thuisbatterijen en onderzoekt hoe deze technologieën kunnen bijdragen aan een meer duurzame en efficiënte toekomst.

Energie opslaan in warmtebatterij?

Je kent vast het gevoel: de zon schijnt volop, je zonnepanelen zijn hard aan het werk, maar wat gebeurt er met al die overtollige energie? Enter de warmtebatterij — a.k.a. jouw persoonlijke energieopslag die je niet alleen helpt efficiënter om te gaan met energie, maar ook een grote stap zet naar een duurzamere toekomst.

Schematische weergave van elektriciteit opslaan in warmtebatterij

Relatie tussen Zonne-energie, Warmteopslag en Energietransitie

Zonne-energie is een duurzame manier om elektriciteit op te wekken, maar het heeft een nadeel: het is niet altijd beschikbaar wanneer de vraag naar energie hoog is, zoals ’s avonds. Daarnaast kan er overdag een overschot aan opgewekte energie zijn, wat niet efficiënt kan worden opgeslagen met traditionele batterijen.

Hier komen warmtebatterijen in beeld. Ze gebruiken overtollige energie van zonnepanelen om een medium (bijvoorbeeld een zoutoplossing of een speciaal soort materiaal) te verwarmen. Deze opgeslagen thermische energie kan later weer worden omgezet in elektriciteit of direct worden gebruikt voor verwarming van ruimtes en water.

De integratie van warmtebatterijen en zonne-energiesystemen maakt de energietransitie haalbaarder. Het maakt duurzame energiebronnen zoals zonnepanelen praktischer en efficiënter, omdat je de energie die je opwekt, beter kunt opslaan en gebruiken wanneer je het nodig hebt. Dit sluit naadloos aan op het grotere doel van energietransitie: het verschuiven van fossiele brandstoffen naar meer duurzame en efficiënte energieoplossingen.

Hieronder een goede uitleg over de werking van een warmtebatterij:

Energie opslaan in een batterij

Er zijn verschillende manieren om de elektriciteit die wordt opgewekt door zonnepanelen op te slaan voor later gebruik, en elk heeft zijn eigen voor- en nadelen. De meest directe manier is om de elektriciteit op te slaan in een gewone batterij, zoals een lithium-ion batterij. Deze batterijen zijn snel en efficiënt in het opslaan en vrijgeven van elektrische energie, maar kunnen duur zijn en hebben een beperkte levensduur door slijtage.

Een alternatief is het gebruik van een thermische batterij, die overtollige elektriciteit omzet in warmte en opslaat in een medium zoals zout of fase-overgangsmateriaal. Dit type opslag is vaak efficiënter voor langdurige opslag en biedt de flexibiliteit om de warmte direct te gebruiken voor verwarming of om het later terug om te zetten naar elektriciteit.

Beide opslagmethoden hebben hun eigen set aan voordelen en beperkingen, en de keuze tussen de twee hangt af van factoren zoals kosten, benodigde opslagduur, en de specifieke energiebehoeften van een huishouden of bedrijf.

Hoe werkt een thuisbatterij?

Een batterij is een apparaat dat chemische energie omzet in elektrische energie door middel van een chemische reactie tussen de verschillende materialen waaruit het bestaat. De basiscomponenten van een standaard batterij zijn twee verschillende soorten elektroden (de anode en de kathode) en een elektrolyt. De anode is meestal gemaakt van een materiaal dat gemakkelijk elektronen afgeeft, zoals zink, terwijl de kathode vaak een materiaal is dat deze elektronen gemakkelijk kan accepteren, zoals mangaandioxide. Het elektrolyt is een geleidende substantie die ionen tussen de anode en de kathode kan transporteren.

Wanneer de batterij wordt gebruikt, vindt er een chemische reactie plaats tussen de anode en het elektrolyt, waarbij elektronen worden vrijgemaakt. Deze elektronen bewegen via een extern circuit naar de kathode, waar een andere chemische reactie plaatsvindt die de elektronen verbruikt. Dit proces van elektronenverplaatsing is wat elektrische energie genereert. De efficiëntie en capaciteit van de batterij zijn afhankelijk van verschillende factoren, waaronder de gebruikte materialen en de technologie van de batterij zelf.

Dit zijn de fundamentele principes achter de werking van een batterij, en ze kunnen variëren afhankelijk van het specifieke type en de gebruikte technologieën. Lithium-ion batterijen, bijvoorbeeld, gebruiken lithium als anode en verschillende andere materialen zoals kobaltoxide of ijzerfosfaat als kathode, en hebben hun eigen set van prestatiekenmerken en beperkingen.

Hoe werkt een warmtebatterij?

Een warmtebatterij slaat energie op in de vorm van warmte, in plaats van elektrische energie zoals bij conventionele batterijen. Het fundamentele principe is vrij eenvoudig: het apparaat maakt gebruik van een medium (zoals een zoutoplossing, faseveranderend materiaal of een ander thermisch opslagmedium) om warmte te absorberen, op te slaan en later weer af te geven. Net als bij een elektrische batterij bestaat een warmtebatterij uit verschillende componenten, waaronder een “opslagmedium,” een warmtewisselaar en vaak ook een isolatiesysteem om het warmteverlies te minimaliseren.

Wanneer er een overschot aan elektrische energie is, bijvoorbeeld van zonnepanelen, kan deze energie worden omgezet in warmte via een warmtewisselaar. Deze warmte wordt vervolgens opgeslagen in het medium binnen de warmtebatterij. Wanneer de opgeslagen warmte nodig is, kan deze op een later tijdstip weer worden vrijgegeven, bijvoorbeeld voor ruimteverwarming of het verwarmen van water.

De efficiëntie en capaciteit van een warmtebatterij hangen af van verschillende factoren zoals het type opslagmedium, de kwaliteit van de isolatie en de efficiëntie van de warmtewisselaar. Ze kunnen op verschillende schalen worden toegepast, van kleinschalige huishoudelijke systemen tot grotere industriële toepassingen, en ze zijn een aantrekkelijke optie voor het efficiënt beheren van overtollige energieproductie.

De fase verandering in een warmtebatterij

Thuisbatterij vs. warmtebatterij

Gewone thuisbatterijen en warmtebatterijen hebben hetzelfde basisdoel: energie opslaan voor later gebruik. Echter, de manier waarop ze dit doen en de soort energie die ze opslaan, verschilt aanzienlijk. Een gewone thuisbatterij, meestal een lithium-ionbatterij, slaat elektrische energie op in chemische vorm. Als je de opgeslagen energie nodig hebt, vindt er een chemische reactie plaats die elektriciteit genereert. Een warmtebatterij daarentegen slaat energie op als thermische warmte.

Dit gebeurt door een medium te verwarmen, zoals een zoutoplossing of een fase-overgangsmateriaal. Deze opgeslagen warmte kan later weer worden omgezet in elektriciteit, of direct worden gebruikt voor bijvoorbeeld ruimteverwarming of waterverwarming. Het voordeel van warmtebatterijen is dat ze vaak efficiënter zijn in het langdurig opslaan van grote hoeveelheden energie en minder onderhevig zijn aan slijtage in vergelijking met traditionele batterijen.

Elektriciteit opslaan in warmtebatterij

Eén van de efficiënte manieren om overtollige elektriciteit op te slaan, is door het te gebruiken voor warmteopslag. Dit kan met name interessant zijn voor het opvangen van pieken in zonne-energieproductie. Twee populaire methoden zijn het gebruik van zoutbatterijen en boilers of buffervaten gevuld met water.

Zoutbatterijen: In deze opslagmethode wordt een zoutoplossing verwarmd met de overtollige elektriciteit. Het verwarmde zout kan de warmte voor langere tijd vasthouden en kan later worden gebruikt om bijvoorbeeld water te verwarmen of om terug om te zetten naar elektriciteit. Zoutbatterijen zijn relatief efficiënt en duurzaam, omdat zout goedkoop en ruim voorhanden is en geen schadelijke stoffen bevat.Een nadeel van zoutbatterijen is dat ze doorgaans een hogere initiële investeringskost hebben vergeleken met andere opslagmethoden zoals gewone batterijen of waterboilers.

De binnenkant van een thermische zout batterij voor warmteopslag

Flamco

- - - Gevestigd in Nederland, met een focus op verwarmings- en koelsystemen.
    - Biedt thermische opslagsystemen die gebruikmaken van fase-overgangsmaterialen (Phase Change Materials, PCM) voor efficiënte warmteopslag.
    - Meestal gebruikt in combinatie met duurzame energiebronnen zoals zonnepanelen en warmtepompen.
    - Ontworpen voor zowel residentiële als commerciële toepassingen.

De installatie van de Flamco:

Sunamp
- Gevestigd in het Verenigd Koninkrijk, gespecialiseerd in compacte warmtebatterijen.
- Maakt ook gebruik van PCM-technologie, maar claimt een hogere energiedichtheid en snellere warmteafgifte.
- Compatibel met verschillende warmtebronnen, zoals zonne-energie en restwarmte.
- Heeft meerdere productlijnen gericht op verschillende gebruikssituaties, van huishoudelijk tot industrieel.

De Sunamp warmtebatterij:

Boilers en Buffervaten: Deze methode maakt gebruik van een boiler of een buffervat waarin water wordt verwarmd en opgeslagen. Dit warme water kan direct worden gebruikt voor huishoudelijke doeleinden zoals het verwarmen van je huis of voor warm tapwater. In tegenstelling tot zoutbatterijen is deze methode minder efficiënt voor zeer lange opslagtijden, maar het is een beproefde en relatief goedkope manier om energie op te slaan.Een nadeel van boilers en buffervaten is dat ze meestal minder efficiënt zijn in het vasthouden van warmte over langere periodes. De warmte kan na verloop van tijd verloren gaan, wat leidt tot een minder efficiënte energieopslag vergeleken met bijvoorbeeld zoutbatterijen.

Buffervat als opslag voor overtollige elektriciteit zonnepanelen

Beide methoden kunnen zowel op huishoudelijk als op industrieel niveau worden toegepast, afhankelijk van de schaal en de specifieke behoeften. Ze vormen een efficiënte manier om de energie die je niet direct nodig hebt, voor later te bewaren.

Energie opslaan in autobatterij

Een andere interessante manier om de overtollige elektriciteit van zonnepanelen te benutten, is door deze op te slaan in de batterij van een elektrische auto. Dit kan op verschillende manieren:

Vehicle-to-Device (V2D): Met deze methode kun je de elektriciteit uit de accu van je auto gebruiken om specifieke apparaten of systemen in huis van stroom te voorzien. Handig als back-up bij stroomuitval of om piekbelasting op het net te verminderen.
Vehicle-to-Grid (V2G): Hierbij wordt je auto niet alleen opgeladen met zonne-energie, maar kan de opgeslagen energie in de auto ook teruggeleverd worden aan het elektriciteitsnet. Dit kan financiële voordelen opleveren en draagt bij aan de stabiliteit van het elektriciteitsnet.
Vehicle-to-Everything (V2X): Dit is een uitgebreidere vorm waarbij de auto kan communiceren met het volledige energienetwerk, van huizen tot bedrijven en zelfs andere voertuigen. Zo kan de energie op de meest efficiënte manier worden verdeeld, opgeslagen of teruggeleverd.

Elk van deze methoden heeft eigen voor- en nadelen en de toepasbaarheid kan afhangen van diverse factoren zoals de compatibiliteit van de auto, de infrastructuur van het elektriciteitsnet en de specifieke energiebehoeften van de gebruiker.

Combineren van warmtebatterij en warmtesystemen

De energietransitie vereist innovatieve oplossingen voor duurzaam energiebeheer. Een veelbelovende technologie in deze context is de warmtebatterij. Dit artikel bespreekt hoe een warmtebatterij kan worden gecombineerd met andere warmtesystemen zoals warmtepompen, verschillende soorten verwarming en warmwatervoorziening.

De combinatie van een warmtebatterij met bestaande warmtesystemen zoals warmtepompen, vloerverwarming, radiatorverwarming en warmwatervoorzieningen kan een aanzienlijke bijdrage leveren aan duurzaam energiebeheer. Deze integratie maakt een efficiëntere benutting van opgewekte en opgeslagen energie mogelijk en draagt bij aan het verminderen van de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen.

Warmtepompen en warmtebatterijen

Warmtepompen zijn uiterst efficiënte apparaten voor het verwarmen van woningen en gebouwen. Ze halen warmte uit de omgeving (lucht, grond, water) en gebruiken deze om binnenruimtes te verwarmen. Een warmtebatterij kan naadloos worden geïntegreerd met een warmtepomp om overtollige warmte op te slaan voor later gebruik, waardoor het systeem nog efficiënter wordt.

Vloerverwarming

Vloerverwarming is een efficiënte en comfortabele manier om een ruimte te verwarmen. Door een warmtebatterij aan het systeem toe te voegen, kan de warmte die op een zonnige dag is opgewekt, worden opgeslagen en ’s nachts of op bewolkte dagen worden gebruikt om de vloer te verwarmen.

Zonne energie opgeslagen in warmtebatterij voor vloerverwarming

Radiatorverwarming

Hoewel traditionele radiatorverwarming minder efficiënt is dan vloerverwarming, kan het integreren van een warmtebatterij het systeem aanzienlijk optimaliseren. De batterij kan bijvoorbeeld overtollige warmte opslaan wanneer de vraag laag is, en deze later vrijgeven wanneer de radiatoren meer warmte nodig hebben.

Warm water voor koken en douchen

Een warmtebatterij kan ook worden gebruikt om warm water te leveren voor koken en douchen. Het water in de boiler of het buffervat kan worden verwarmd met de opgeslagen warmte uit de batterij, waardoor het systeem efficiënter en duurzamer wordt.

Uitdagingen en toekomstperspectieven

Technologische Uitdagingen

Hoewel warmtebatterijen veelbelovend zijn, zijn er nog technologische hobbels die genomen moeten worden. Zo moeten we bijvoorbeeld nog meer te weten komen over de lange-termijn duurzaamheid van de opslagmaterialen. Ook is de efficiëntie van warmteopslag en -afgifte een punt van aandacht. Daarnaast is er ruimte voor verbetering in de isolatiematerialen om warmteverlies te minimaliseren.

Economische Factoren

De initiële kosten van warmtebatterijen en aanverwante technologieën kunnen vrij hoog zijn, wat een barrière vormt voor brede adoptie. Subsidies en financiële prikkels kunnen echter helpen deze barrière te overwinnen. De terugverdientijd en het uiteindelijke rendement van de investering zijn eveneens cruciale factoren die potentiële gebruikers in overweging nemen.

Toekomstvisie

Warmtebatterijen hebben het potentieel om een sleutelrol te spelen in de transitie naar een duurzamer energiesysteem. Ze kunnen dienen als een flexibele opslagoptie die het mogelijk maakt om overtollige energie, vooral uit hernieuwbare bronnen, efficiënter te gebruiken. In de toekomst kunnen we een meer geïntegreerd energienetwerk verwachten waarin warmtebatterijen samenwerken met andere vormen van energieopslag en -productie om een betrouwbaarder en duurzamer energiesysteem te creëren.

Een documentaire over de toekomst van de opslag van energie in zout en zand:

Bronnen: