LOW←TECH MAGAZINE Nederlands

Kleed je huis aan en uit voor winter en zomer

Wed, 09 Jul 2025 00:00:00 +0000

Afbeelding: “Arabieren in de woestijn”, een schilderij van Vasili Veresjtsjagin. Eind 19e of begin 20e eeuw. Afbeelding in het publieke domein. In de tent konden de temperaturen tot 10-15 graden Celsius koeler zijn dan in de omringende atmosfeer.

Thermische isolatie vormt een hoeksteen van het beleid om het hoge energieverbruik voor het verwarmen en koelen van gebouwen te verminderen. ¹ In veel geïndustrialiseerde landen vereisen energiereguleringen dat nieuwe en bestaande gebouwen geïsoleerde muren, vloeren en daken hebben en ramen met dubbel of driedubbel glas. Bij koud weer vertraagt isolatie het warmteverlies van binnen naar buiten, waardoor het energieverbruik van het verwarmingssysteem daalt. Bij warm weer vertraagt isolatie de overdracht van warmte van buiten naar binnen, waardoor het energieverbruik van het aircosysteem daalt.

Moderne isolatiemethoden bestaan uit de permanente toevoeging van niet-structurele materialen met een hoge thermische weerstand, zoals glasvezel, cellulose of minerale wol, die op of tussen de oppervlakken van gebouwen worden vastgemaakt. Deze aanpak is ongebruikelijk in een historische context en is een gevolg van een wijziging in de bouwstijl. ² Pre-industriële gebouwen hadden vaak geen extra isolatie nodig omdat ze een aanzienlijke hoeveelheid thermische massa hadden. Die fungeerde als een buffer tegen temperatuurschommelingen van buitenaf. Bovendien konden de bouwmaterialen zelf een hoge warmteweerstand hebben.

In een historische context zijn moderne isolatiemethoden ongebruikelijk en het gevolg van wijzigingen in de bouwstijl.

In de 12e en 13e eeuw bouwden Noord-Europeanen bijvoorbeeld rieten huizen met daken van stro die 60-80 cm dik waren. De muren waren vaak gemaakt van klei en stro, wat een uitstekende thermische massa en warmteweerstand opleverde. ³ Moderne gebouwen zijn daarentegen vaak stalen en betonnen constructies met zeer weinig thermische massa. Daardoor zijn ze erg gevoelig voor temperatuurschommelingen van buitenaf.

Bovendien hadden pre-industriële gebouwen weinig en kleine ramen, die vaak geen glas hadden en ’s nachts alleen door schuifluiken werden gesloten. ⁴ Daarentegen hebben moderne gebouwen grote glasoppervlakken, wat resulteert in aanzienlijke warmteverliezen in de winter en een hoge zoninstraling in de zomer.

In warme klimaten werden gebouwen ook ontworpen voor maximale ventilatie, bijvoorbeeld door het gebruik van binnenplaatsen en gebouworiëntatie. ⁵ Moderne gebouwen lijken daarentegen vaak op elkaar, ongeacht het lokale klimaat. Dit alles resulteert in een hoog energieverbruik voor verwarming en koeling, dus voegen we isolatie en dubbele beglazing toe, vooral sinds de oliecrisissen van de jaren 1970.

Afbeelding: Een traditionele “Masia” in Arenys de Mar, Catalonië, Spanje, gebouwd in 1570. Het gebouw heeft zeer dikke muren en kleine ramen, die helpen om de binnentemperatuur het hele jaar door stabiel te houden. Afbeelding door Ainhoa P (CC BY 2.0).

Afbeelding: Een traditioneel Batakhuis in Indonesië, ontworpen voor maximale passieve koeling en natuurlijke ventilatie in een warm en vochtig klimaat. Het rieten dak isoleert tegen zonnewarmte, terwijl het hoge plafond en de oriëntatie van het gebouw op de heersende windrichting de afvoer van warme lucht vergemakkelijken. Foto: Mr. Wabu (CC BY-SA 2.0).

Permanente versus verwijderbare isolatie

Een terugkeer naar traditionele gebouwen, die het interieur op een comfortabele temperatuur houden door middel van architectonisch ontwerp in plaats van energie-intensieve technische installaties, zou het energieverbruik voor verwarming en koeling aanzienlijk kunnen verminderen. Het is echter geen oplossing voor de korte termijn: het zou veel tijd, geld en energie kosten om het bestaande gebouwenbestand te vervangen.

Gelukkig biedt de geschiedenis een alternatieve oplossing die sneller en met minder middelen kan worden toegepast: textiel. Voor de Industriële Revolutie voegden mensen een tijdelijke laag textiel toe aan de binnen- of buitenkant van een gebouw, afhankelijk van het klimaat en het seizoen. Bij koud weer werden muren, vloeren, daken, ramen, deuren en meubels geïsoleerd met gordijnen en tapijten. Bij warm weer werden ramen, deuren, gevels, daken, binnenplaatsen en straten overschaduwd door luifels en “toldos”.

Afbeelding: De bank van Sigmund Freud in het Freud Museum Londen. De kamer heeft een vloertapijt, wandtapijt, banktapijt en kussens. Foto: Robert Huffstutter (CC BY 2.0).

Afbeelding: Luifels beschutten mensen aan boord van de “Undine”. Illustratie voor The Graphic, 12 november 1887. Afbeelding in het publieke domein.

Verwijderbare isolatie kan aanzienlijke energiebesparingen opleveren met veel meer flexibiliteit dan permanent ingesloten isolatiematerialen. Omdat moderne isolatiemethoden bouwvergunningen en structurele ingrepen aan een gebouw vereisen, zijn ze duur, tijdrovend en alleen een optie voor huiseigenaren. Bovendien zijn moderne isolatiemethoden niet geschikt voor oudere gebouwen, in welk geval ze vaak financieel en energetisch niet duurzaam zijn. ⁶⁷

Mensen kunnen verwijderbare isolatie installeren zonder bouwvergunningen aan te vragen of professionals in te huren, waardoor het een betaalbare doe-het-zelfoplossing is.

Verwijderbare textielisolatie daarentegen is geschikt voor zowel nieuwe als bestaande gebouwen, en voor huurders zowel als eigenaars. Mensen kunnen ze vaak installeren zonder bouwvergunningen aan te vragen of professionals in te huren, waardoor het een betaalbare doe-het-zelfoplossing is die binnen ieders bereik ligt. Verwijderbare isolatie kan snel worden aangebracht zonder overlast te veroorzaken voor bewoners en buren.

Voor koeling heeft textiel nog een voordeel. Luchtdichte gebouwen met een permanente isolatielaag kunnen oververhit raken als het elektrische koelsysteem uitvalt tijdens een hittegolf. ⁸ Zonweringen en toldos daarentegen kunnen het interieur comfortabel houden, onafhankelijk van een elektriciteitsvoorziening.

Winter: tapijten en gordijnen

Historisch gezien werd het gebruik van verwijderbare textiellagen op verschillende manieren benaderd, afhankelijk van het klimaat. In koude gebieden, bijvoorbeeld in grote delen van Europa, installeerden mensen verschillende soorten textiel op de binnenoppervlakken van gebouwen om het thermisch comfort te verhogen. Sommige hiervan, zoals gordijnen en tapijten, zijn nog steeds te vinden in moderne interieurs, hoewel niet in dezelfde mate als vroeger.

Tapijten werden bijvoorbeeld niet alleen op vloeren gelegd maar ook aan muren gehangen (“wandtapijten” of “wandkleden”), over tafels gedrapeerd (“tafelmatten”) en op andere meubels gebruikt. Op dezelfde manier werden dikke gordijnen opgehangen voor ramen maar ook voor deuren (“portières”) of deuropeningen en rond bedden (“bedgordijnen”). ⁹¹⁰¹¹¹²¹³¹⁴¹⁵¹⁶ In sommige streken hingen mensen tijdens de wintermaanden dekbedden aan het plafond. ¹⁷¹⁸¹⁶

Afbeelding: Kamer in een laat 16e-eeuws Frans kasteel. Het heeft bedgordijnen en wandkleden in dezelfde kleur, een vloertapijt en gordijnen voor de ramen. Foto: PMRMaeyaert (CC BY-SA 3.0).

Afbeelding: Het ophangen van een dekbed onder het dak van het Oskar en Zofia Hansen Huis in Szumin, Polen. Foto door Michał Matejko, 2020, uit het project “The Clothed Home” van Alicja Bielawska, CENTRALA en Aleksandra Kędziorek, georganiseerd door het Adam Mickiewicz Instituut. Overgenomen met toestemming.

Afbeelding: Geborduurde zijden bedgordijnen geëxporteerd uit China, ca. 1760-1770. Bron: Rijksmuseum. Beeld in het publieke domein.

Afbeelding: Tafeltapijt geweven in kruisvorm, wollen geknoopte pool op wollen ondergrond, medaillonontwerp met Ottomaanse florale motieven op rode grond, waarschijnlijk Ottomaans Caïro, Egypte, 1550-1600. Bron: V&A. https://collections.vam.ac.uk/item/O67146/table-carpet-table-carpet-unknown/

Dit “huistextiel” werd meestal gemaakt van natuurlijke wol, nog steeds een van de best presterende isolatiematerialen. ¹⁹ De warmteweerstand van wol blijft hetzelfde, of het nu permanent in gebouwoppervlakken wordt ingesloten of ervoor wordt gehangen of erop wordt gelegd. Vloertapijten en wandkleden vertraagden dus de warmteoverdracht van binnen naar buiten, net zoals moderne isolatiemethoden dat doen. Op dezelfde manier gaf een set wollen gordijnen van 2-3 cm dik een raam met enkel glas de isolatiewaarde van een modern raam met dubbel glas. ²⁰

Voor de 18e eeuw importeerden Europeanen oosterse tapijten, maar gebruikten ze alleen op muren en meubels omdat ze te kostbaar waren om over te lopen.

De productie van wollen tapijten gaat terug tot minstens de eerste eeuwen na Christus in het Midden-Oosten, Centraal-Azië en het Verre Oosten. Wollen vloertapijten werden echter pas gemeengoed in Europa rond de 18e eeuw, toen de tapijtproductie gemechaniseerd werd. Voor die tijd importeerden de Europeanen oosterse tapijten, maar gebruikten ze alleen op muren en meubels omdat ze te kostbaar waren om op te lopen. Voor vloerisolatie gebruikten Europeanen dierenhuiden, losse strohalmen of “biezenmatten” gemaakt van grassen. ¹¹¹²¹³²¹²²

Afbeelding: “Een tapijtverkoper, Caïro”. Een schilderij van Charles Robertson. Beeld in het publieke domein. Voor 1892.

Afbeelding: “De Somerset House Conferentie”. Spaanse delegatie links, Engelse delegatie rechts, een tafeltapijt in het midden. Een schilderij van Juan Pantoja de la Cruz, 1604. Afbeelding in het publieke domein.

Afbeelding: Biezenmatten bedekken de hele vloer. “Koningin Elizabeth I van Engeland ontvangt Nederlandse ambassadeurs”, een schilderij van Levina Teerlinc, 1558. Afbeelding in het publieke domein.

Huistextiel hield ook tocht tegen die door kieren in gebouwen en raam- en deurkozijnen naar binnen kwam. ⁹ Dat is de reden waarom gordijnen aan beide kanten open gaan. Tweezijdige gordijnen kunnen geopend worden, waardoor ze daglicht en een uitzicht bieden en tegelijkertijd tocht tegenhouden die binnenkomt via de slecht afgedichte aansluitingen tussen de muur en het raamkozijn. ¹⁰¹¹

Tweezijdige gordijnen kunnen geopend worden, waardoor ze daglicht en een uitzicht bieden en tegelijkertijd tocht tegenhouden die binnenkomt via de slecht afgedichte aansluitingen tussen de muur en het raamkozijn.

In de winter konden dikke en zware gordijnen een ruimte beschermen tegen de koude lucht die naar binnen kwam telkens als iemand de deur opendeed. Dergelijke “portières” zijn nog steeds te vinden in de ingangen van historische openbare gebouwen of cafés, maar ze waren ook gebruikelijk in gezinswoningen. ¹⁰¹¹¹⁷¹⁶

Stoffen verhoogden ook het comfort op manieren die moderne isolatiemethoden niet kunnen. Vloerkleden vertraagden de warmtegeleiding van de voeten naar de koude vloer, terwijl tafelmatten armen en handen in contact brachten met een warmer oppervlak. Dekbedden die aan het plafond hingen, bedgordijnen en tafelmatten accumuleerden allemaal warmte van het menselijk lichaam of een andere warmtebron in een kleinere ruimte. ¹⁷¹⁸¹⁶

Afbeelding: Bedgordijnen, vloertapijt en tafelmat. “Het ochtendtoilet”, een schilderij van Jan Steen, 1663. Afbeelding in het publieke domein.

Afbeelding: Een deurgordijn. “Interieur”, een schilderij van Andrea Gram, 1885. Afbeelding in het publieke domein.

Gestoffeerde stoelen, lambrisering op de muren

Textiel kon ook worden gecombineerd met houtwerk om hetzelfde effect te bereiken. Het kamerscherm bijvoorbeeld was een combinatie van wandtapijt en timmerwerk die tocht tegenhield en de stralingswarmte van een open haard reflecteerde. ⁹ Gestoffeerde zitmeubels, die aan het eind van de jaren 1600 verschenen, hadden een kussen in het bekledingsmateriaal en waren opgevuld met veren, wol, paardenhaar, dons of lappen. ¹² Ze zorgden voor een zachter zitoppervlak maar verminderden ook het warmteverlies van het lichaam naar het meubilair. ⁹ Kussens droegen ook bij aan thermisch comfort.

Sommige decoratieve elementen, gemaakt van hout of pleisterwerk, vervulden soortgelijke functies als textiel. Lijstwerk hield bijvoorbeeld tocht tegen en werd gebruikt om naden tussen muren en vloeren (plinten), plafonds (kroonlijsten) en deuren en ramen (omkastingen) te bedekken. ⁹²³ Sommige huizen hadden houten scheidingswanden die aan het plafond waren bevestigd en die in de winter naar beneden werden gelaten om de warmte rond de open haard te concentreren. ²⁴

Lijstwerk hield tocht tegen en werd gebruikt om overgangen tussen muren en vloeren, plafonds en deuren en ramen te bedekken.

Lambrisering bestond uit panelen van eiken- of dennenhout die over een gedeelte van een muur (of heel de muur) werden aangebracht, een praktijk die dateert uit de late middeleeuwen. ⁹¹²²⁵ Zulke houten lambriseringen konden ook gestoffeerd worden, waardoor de thermische isolatiewaarde nog hoger werd. Binnenluiken konden gordijnen vervangen. Bedden konden aan alle kanten afgesloten worden met houten panelen, ter vervanging van bedgordijnen.

Helaas is er heel weinig academisch onderzoek gedaan naar de potentiële energiebesparing van huistextiel en soortgelijke hulpmiddelen, of ze nu alleen worden gebruikt of in combinatie met permanente isolatie. Er is een handvol oudere studies die de isolatiewaarde van vloer- of wandtapijten berekenen, maar geen enkele onderzoekt de gecombineerde effecten van interieurtextiel en andere decoratieve elementen. ²⁶

Afbeelding: Beklede fauteuil gemaakt door de Tapijtfabriek van Beauvais, eerste helft 18e eeuw. Foto: Metropolitan Museum of Art. Afbeelding in het publieke domein.

Afbeelding: Lambrisering van muren. Morgan Houtwerk Organisatie, 1921. Afbeelding in het publieke domein.

Zomer: zonweringen

Het hierboven beschreven huistextiel werd vooral gebruikt om het thermisch comfort bij koud weer te verbeteren. De uitzondering is het raamgordijn, dat niet alleen warmte binnenhoudt in de winter, maar ook zonnewarmte buiten kan houden in de zomer, wat resulteert in een koelere omgeving. ²⁷ Voor verkoeling is raamtextiel echter veel effectiever aan de buitenkant van het gebouw in de vorm van een zonwering, die zonnewarmte tegenhoudt voordat deze door de beglazing naar binnen komt. ²⁸

In Europa verschenen zowel raamgordijnen als zonweringen pas in de 16e en 17e eeuw, toen glas betaalbaar genoeg werd om grotere glasoppervlakten mogelijk te maken. ¹⁰¹²²¹ Zoals gezegd maken grotere ramen het verwarmen en koelen van gebouwen moeilijker. Toch hebben ze ook voordelen: ze leveren gratis zonnewarmte in de winter, bevorderen natuurlijke ventilatie, bieden een uitzicht en zorgen voor daglicht gedurende het hele jaar. ²²⁷²⁹

Raamgordijnen en zonweringen - de laatste meestal gemaakt van canvas - kunnen al deze overwegingen met elkaar verzoenen. Een zonwering kan bijvoorbeeld in de zomer zonnewarmte blokkeren terwijl het raam open blijft voor ventilatie en tegelijkertijd uitzicht en verlichting blijft bieden. ³⁰ In de 19e en begin 20e eeuw waren Europese en Noord-Amerikaanse steden gehuld in zonweringen. Verschillende wolkenkrabbers in New York City en Chicago hadden ze oorspronkelijk ook. ³¹

In de 19e en begin 20e eeuw waren Europese en Noord-Amerikaanse steden gehuld in zonweringen.

Zonwering en airconditioning kunnen worden gecombineerd, waardoor het energieverbruik aanzienlijk daalt. Verschillende onderzoeken tonen aan dat zonweringen het energieverbruik van airconditioningsystemen met een derde tot meer dan de helft kunnen verminderen, wat energiebesparingen oplevert die groter zijn dan die van duurdere dubbele beglazing of beglazing met een lage emissiviteit (die ontworpen is om UV-stralen tegen te houden). ⁸³²³³³⁴³⁵³⁶³⁷³⁸ Tegenwoordig zijn ramen groter dan ooit en dus kunnen zonweringen zeer goede resultaten opleveren voor een relatief kleine investering.

Afbeelding: Verschillende soorten zonweringen in een straat in Madrid, Spanje, in 1919. Afbeelding in het publieke domein.

Afbeelding: Een huis met zonweringen in Rotterdam, Nederland, 2014. Beeld: Marcvantveer (CC BY-SA 3.0).

Afbeelding: Het Tacoma-gebouw in Chicago, 1905. De zonweringen werden vanaf de jaren 1930 vervangen door airconditioning. Afbeelding in het publieke domein.

Zomer: toldos

Buiten West-Europa en Noord-Amerika is het gebruik van “gordijnen” voor verkoeling vele eeuwen ouder dan het gebruik van glazen ramen. Minstens 2000 jaar lang gebruikten mensen in het Midden-Oosten en rond de Middellandse Zee textiel om niet alleen ramen en deuren (zonder glas) van schaduw te voorzien, maar ook daken, gevels, binnenplaatsen en hele straten. Dergelijke textielproducten staan bekend als “toldos” of “zonnezeilen”.

De klassieke toldo, gemaakt van hennepdoek, is een rechthoekige of driehoekige, gordijnachtige zonwering die wordt opgehangen door opgenaaide zeilringen aan parallelle draden. ³⁹ Microperforaties voorkomen stagnatie van warme lucht onder de zonwering. ⁴⁰

In het oude Rome bouwden zeelieden grote “velaria” om amfitheaters van schaduw te voorzien. ³⁹⁴¹⁴⁰ In Caïro, Egypte, zijn straat- en binnenplaatsoverkappingen nog steeds kenmerkend voor het stadsbeeld, vooral in sommige historische buurten. ³⁹ Europese steden met islamitische invloeden, zoals Córdoba, Málaga, Granada en Sevilla in Spanje, gebruiken nog steeds toldos, of hebben het gebruik ervan nieuw leven ingeblazen.

Hoewel toldos voornamelijk gebruikt worden in woestijnklimaten, worden ze door de klimaatverandering ook steeds nuttiger in regio’s met een gematigd klimaat.

Een onderzoek uit 2020 in Córdoba toonde aan dat straatzonwering de temperatuur van trottoirs, gevels van gebouwen en daken met wel vijftien graden Celsius kan verlagen. ⁴⁰ Collectieve zonwering zou dus individuele zonwering kunnen vervangen, maar het verkoelende effect op gebouwen hangt af van de oriëntatie van de straat. Hoewel toldos voornamelijk worden gebruikt in woestijnklimaten, worden ze door de klimaatverandering ook steeds nuttiger in gebieden met een gematigd klimaat.

In tegenstelling tot airconditioning zijn zonwering en toldos robuuste, goedkope en technisch eenvoudige oplossingen die binnen het bereik liggen van de meeste huishoudens en samenlevingen. ⁴⁰ In Egypte zijn toldos niet zozeer een van bovenaf opgelegde ontwikkeling op initiatief van de autoriteiten, maar worden ze gemaakt en geïnstalleerd door de bewoners in een “demonstratie van een architectonische bottom-up beweging ondersteund door een lokale industrie van expertise en vakmanschap.” ³⁹

Afbeelding: Straat toldo in Spanje. Foto: IL-Instituut, Universiteit van Stuttgart. Beeld in het publieke domein.

Afbeelding: Straat toldos in Calle Sierpes, Sevilla, Spanje, 1918. Beeld in het publieke domein.

Overdekte straten

Ook aan de buitenkant is de grens tussen verwijderbare en permanente isolatie niet rigide. Houten luiken met lamellen of architecturale ingrepen zoals inspringende ramen en overdekte galerijen kunnen bijvoorbeeld zonweringen en toldos vervangen. ⁴²

Residentiële straten in islamitische steden konden gedeeltelijk overdekt zijn door overkragende gebouwen of volledig overdekt door extra woonruimtes. Winkelstraten waren vaak volledig overdekt, ofwel door geperforeerde gewelven, door hoge borstweringen en dubbel hellende daken, of door dikke planken en riet. ⁴²

Bomen kunnen ook dienen als zonwering en toldos. Loofbomen geven schaduw aan gebouwen en straten in de zomer en laten de zon door in de winter. Bomen hebben echter tientallen jaren nodig om te groeien en hebben ook water nodig, wat vaak schaars is in de regio’s waar toldos van oudsher worden gebruikt.

Afbeelding links: British Counsel Building 1917. Mensen in het hete, droge klimaat in de Rode-Zeeregio gebruiken van oudsher een rijkelijk uitgesneden houten raamscherm dat een “masharabiya” (Egypte), “rowshan” (Saoedi-Arabië) of “jali” (India, Pakistan) wordt genoemd. [^11][^28][^36] Het bestaat uit een houten traliewerk dat uitsteekt in de straat en een enkel raam of meerdere ramen bedekt van de bovenkant tot de onderkant van het gebouw. “Shishes”, geweven gras- of rietmatten die in ramen en deuropeningen werden gehangen, waren de meer betaalbare versie voor minder rijke mensen. Afbeelding rechts: Straatbeeld 1916. Foto: [^36].

Afbeelding: “De Tapijtbazaar, Caïro”, een schilderij van William James Müller, 1843. Bristol Museum & Art Gallery. Beeld in het publieke domein.

Textielarchitectuur: tenten

In alle bovenstaande voorbeelden vormt textiel een extra “zachte” architectonische laag, aan de binnen- of buitenkant van “harde” architectonische bouwoppervlakken. De zachte architecturale laag kan echter ook op zichzelf staan. In veel delen van de wereld woonden mensen niet in permanente structuren van hout, steen, modder, baksteen of andere “harde” materialen, maar in lichtgewicht, draagbare structuren die ze bijna volledig van textiel maakten: tenten. Het velum van de tent doet tegelijkertijd dienst als gordijn, wandtapijt en zonwering - er zit geen hard bouwoppervlak tussen.

Het velum van de tent doet tegelijkertijd dienst als gordijn, wandtapijt en zonwering - er zit geen hard bouwoppervlak tussen.

De architectuurgeschiedenis heeft als academische discipline textielarchitectuur grotendeels genegeerd, omdat deze ontstond onder nomadische volkeren of zogenaamde “barbaren” buiten de geregeerde, “beschaafde” wereld. ⁴¹⁴³ Tenten waren echter net zo wijdverspreid als permanente gebouwen. Ze hadden de voorkeur als er twee vaak verwante omstandigheden heersten: een gebrek aan bouwmaterialen en een behoefte aan mobiliteit. Nomadische herders gebruikten tot voor kort draagbare architectuur in grote delen van Eurazië, Noord-Afrika en Noord-Amerika, en sommigen doen dat nog steeds. ⁴¹

Zelfs vandaag de dag zijn er nog sterke argumenten voor de tent, zowel wat betreft duurzaamheid als veerkracht. Ten eerste vergt de bouw van tenten aanzienlijk minder middelen dan de bouw van permanente constructies. Ten tweede moeten permanente gebouwen beschermd worden tegen allerlei natuurlijke bedreigingen, zoals hittegolven, orkanen, bosbranden, overstromingen, enzovoort. Met een tent daarentegen kun je deze problemen oplossen door te verhuizen: je kunt vluchten voor gevaar zonder je huis achter te laten. Tenten zijn ook veilige schuilplaatsen in het geval van een aardbeving.

Afbeelding: Interieur van een traditionele Azerbeidzjaanse yurt. Afbeelding: G.Fargana (CC BY-SA 4.0).

Afbeelding: Een yak die een deel van een yurt draagt, 1925. Foto: Fortepan. Beeld in het publieke domein.

Tenten voor warme en koude gebieden

Tenten werden gebruikt in gebieden met extreme hitte of kou, wat de veelzijdigheid en effectiviteit van textiel in het bieden van thermisch comfort aantoont. ⁴¹ Zowel de met huid bedekte kegelvormige tent van Noord-Eurazië en Noord-Amerika, beter bekend als de “tipi”, als de kibitka of vilten tent, beter bekend als een “yurt”, werden ontworpen voor een efficiënte verbranding in koude, winderige klimaten. De structuren dienden als verbrandingskamer, schoorsteen en windscherm voor het centrale vuur, naast het functioneren als woning. ⁴¹

De “zwarte tent” uit het Midden-Oosten was daarentegen ontworpen om de warmte buiten te houden in plaats van binnen. Deze tent, die het meest lijkt op de tenten die we vandaag de dag nog steeds gebruiken, had geen skelet, maar een voorgespannen velum dat in een aerodynamische vorm over minimale houten dragers was gespannen. In tegenstelling tot de matten en leren zonweringen van de kegeltent en kibitka, was het geweven velum van zwart geitenhaar sterk genoeg om opgespannen te worden. ⁴¹ Het absorbeerde warmte terwijl het schaduw gaf, en als gevolg daarvan kon de temperatuur in de zwarte tent tot 10-15 graden Celsius koeler zijn dan in de omringende atmosfeer. ⁴

Tipi’s

Afbeelding: Blackfoot tipi's, 1910. Foto: Arthur Rafton-Canning. Beeld in het publieke domein.

Afbeelding: Maquette van een tipi, Cheyenne Central Plains, Noord-Amerika, 1860, buffelhuid en pigmenten. Onbekende Cheyenne ambachtsman. Foto: John Bigelow Taylor. Beeld in het publieke domein.

Kibitka’s

Afbeelding: Avond in het gertkamp Song Köl (ook Son Kul), Kirgizië, 2018. Foto: Ninara (CC BY 2.0).

Afbeelding: Een kibitka in Kirgizië, 2015. Foto: w0zny (CC BY-SA 3.0).

Zwarte tenten

Afbeelding: Een kampement van zwarte tenten in Zuid-Jordanië. Bron: Drew, Philip. Tensile architecture, 1979/2019.

Afbeelding: Bedoeïenententen en bewoners. Foto: Detroit Photographic Co. Beeld in het publieke domein.

Je huis aan- en uitkleden

In moderne gebouwen vereist het handhaven van thermisch comfort geen aandacht of inspanning van de bewoners. Als het kouder wordt in de winter of warmer in de zomer, behouden moderne verwarmings- en koelsystemen de door de thermostaat geprogrammeerde binnentemperatuur door het energieverbruik te verhogen. Pre-industriële gebouwen vroegen daarentegen om actieve deelname van de bewoners. Het was gebruikelijk om binnen- en buitentextiel aan te passen aan het tijdstip van de dag, het weer en de seizoenen.

Het historische gebruik van verwijderbare textielisolatie herinnert ons aan het aan- en uitkleden van ons lichaam, een handeling die ook afhankelijk is van het weer en de seizoenen.

Het historische gebruik van verwijderbare textielisolatie herinnert aan het aan- en uitkleden van ons lichaam, een handeling die ook afhankelijk is van het weer en de seizoenen. ¹⁶ Dagelijks openden en sloten mensen gordijnen en zonweringen, afhankelijk van het weer en het tijdstip van de dag. ¹⁰ Straat- en binnenplaats toldos werden ’s nachts samengevouwen zodat de warmte opgeslagen in de thermische massa van de stoep en de gebouwen naar de hemel kon uitstralen. ³⁶ Hetzelfde gebeurde bij winderig weer.

Afbeelding: In veel historische gevallen waren er nauwe relaties tussen stoffering, draperie en kleding. [^11] Detail uit: Nicolas Ponce (1746-1831) naar Pierre Antoine Baudouin (1723-1769), La toilette, gravure, 1771. Metropolitan Museum of Art, Harris Brisbane Dick Fund, 1954, 54.533.12. Beeld in het publieke domein.

Afbeelding: Odalisque, ontspanning, een schilderij van Francesco Ballesio (1860-1923). Beeld in het publieke domein.

In de zomer werden tapijten opgerold om de koude stenen vloer bloot te leggen. Bedgordijnen van dikke materialen, die in de winter werden gebruikt, werden in de zomer vervangen door lichter textiel, waardoor mensen konden slapen zonder last te hebben van insecten. ¹¹ In Córdoba en andere Spaanse steden worden toldos op straat alleen geïnstalleerd tussen mei en oktober. ⁴⁰

Sommige mensen voegden ook tijdelijke winterisolatie toe aan de buitenkant van een constructie door een lage barrière tegen koude temperaturen op te werpen langs de laagste delen van de muren, vooral de muur die naar de heersende wind was gericht. In de koloniale tijd in Noord-Amerika werden huizen in Connecticut bijvoorbeeld vaak bedekt met graszoden, stapels bladeren of, aan de kust, met zeewier. Zelfs vandaag de dag zie je in landelijke gebieden in het noorden van de VS balen hooi opgestapeld rond de funderingen van huizen. ⁴

De tent aan- en uitkleden

Tenten laten ook de seizoensgebondenheid van textiel zien. In Lapland werd het tentdoek in de zomer traditioneel gemaakt van berkenbast en in de winter van rendierhuid. In de Mongoolse en Turkse kibitka hing het aantal lagen vilt dat werd gebruikt om het tentframe te bedekken af van de buitentemperatuur. In de winter konden er twee of drie lagen vilt worden aangebracht, terwijl in de zomer de zijvilten ongeveer een halve meter van de grond werden opgetild om het interieur te ventileren. Indianen regelden de intensiteit van het vuur door delen van de tent te openen en te sluiten. In de zomer lieten ze de tipi gedeeltelijk open naar de omgeving. ⁴¹

In de winter kunnen er twee of drie lagen vilt worden aangebracht, terwijl in de zomer de zijvilten ongeveer een halve meter van de grond werden opgetild om het interieur te ventileren.

In zwarte tenten kon ’s winters een extra katoenen voering, een tent in een tent, aan de binnenkant worden gehangen als isolatie tegen de kou. Tijdens het warme seizoen werd de tent aan alle kanten open gelaten. De uitstekende windstabiliteit van de zwarte tent bij sterke wind hing ook af van regelmatige interventies door de bewoners. Omdat de open kant van de tent van de heersende wind af stond, moesten de bewoners bij een plotselinge verandering van windrichting de voorstokken naar achteren verplaatsen, de achterwand afbreken en deze aan de voorkant van de tent weer opbouwen. ⁴¹

Tenten konden ook aan de buitenkant geïsoleerd worden tijdens koude seizoenen. Sommige mensen omringden hun tenten met rieten muren, terwijl anderen er aarden wallen omheen bouwden of stenen of lemen muren optrokken. In Lapland bedekten mensen de zijkanten van hun tenten met sneeuw in de winter. ⁴¹ Sommige Amerikaanse stammen stapelden aarde en stenen rond de basis van hun tipi’s om koude tocht tegen te houden en isolatie toe te voegen. Dit hielp ook om de structuur te verankeren tegen de winterwinden. ⁴

Beeld: Kirgizische vrouwen plaatsen vilten bedekking op een kibitka-tent, 2010. Foto: Raki_Man (CC BY 3.0).

Beeld: Interieur van een yurt in de provincie Khövsgol, Mongolië, 2023. Foto: Bernard Gagnon. Beeld in het publieke domein.

Beeld: Indian Encampment, een schilderij van Albert Bierstadt, 1862. Crystal Bridges Museum of American Art. Beeld in het publieke domein.

Privacy, geluid, esthetisch plezier

Textiel hield mensen niet alleen warm of koel, maar had ook andere functies, zowel in permanente gebouwen als in tenten. Ten eerste zorgde het voor het afbakenen van ruimtes voor het privéleven. ¹⁰ Ruimtes werden van elkaar gescheiden door gordijnen, die het zicht verstoorden en geluiden dempten. ⁹¹⁰¹³¹⁷¹⁶ Gordijnen konden bepaalde ruimtes afschermen die gewijd waren aan specifieke functies. ¹⁴ Bedgordijnen boden privacy als er geen aparte slaapkamer was. ¹⁰

Afbeelding: Een deurgordijn bedekt een huisdeur in Tolve, Italië, 2019. Foto: Jules Verne Times Two (CC-BY-SA-4.0).

Gordijnen en zonweringen boden privacy zonder in te boeten aan thermisch comfort. In de zomer kon een deurgordijn of zonwering voorkomen dat buitenstaanders naar binnen keken als de deuren of ramen openstonden, waardoor er toch nog wat licht en lucht binnenkwam. Kamers die van elkaar gescheiden waren door deurgordijnen boden enige privacy ten opzichte van andere bewoners terwijl de lucht toch kon circuleren. ¹⁰ Textiel beschermde mensen en hun bezittingen ook tegen stof en insecten, regelde de verlichting van interieurs, reduceerde lawaai en maakte spraak rijker. ¹⁵¹⁶

Tot slot droeg huistextiel bij aan de versiering van de ruimtes waarin het werd opgehangen, “hetzij op zichzelf, hetzij als achtergrond of kader voor het tentoonstellen van voorwerpen en personen, waardoor het esthetisch plezier verschafte en een gevoel van plechtigheid, weelde, warmte of intimiteit opriep, afhankelijk van de context.” ¹⁴ Textiel was vaak het meest waardevolle dat in een interieur te zien was en de kwaliteit en de verschillende soorten textiel weerspiegelden de status van hun eigenaars. ¹¹¹⁴

Textiel was vaak het meest waardevolle in een interieur en de kwaliteit en verschillende soorten textiel weerspiegelden de status van hun eigenaars.

In de meeste huishoudens waren de wandkleden bijvoorbeeld gemaakt van wol, linnen, katoen of leer, terwijl de muren in kastelen, paleizen en dure huizen versierd waren met leren wandkleden met reliëf of wandtapijten met specifieke scènes of landschappen - gemaakt van zijde en wol en verweven met goud- en zilverdraden om het nog rijker te maken. ¹³⁴⁴

Afbeelding: Kasteel Eijsden: Interieur biljartkamer met goudlederen wandkleden. Foto: A. J. van der Wal, Rijksdienst voor het Cultureel Erfgoed (CC BY-SA 4.0).

Afbeelding: Het appartement van keizerin Joséphine in het Château de Malmaison in Rueil-Malmaison, Frankrijk. De kamer van de keizerin, luxueus ingericht in 1812 in de vorm van een tent met zestien stukken, toont het originele bed. Foto: Moonik (CC BY-SA 3.0).

Kale, witte interieurs met airconditioning

Tegenwoordig wonen slechts weinigen van ons in gebouwen met deurgordijnen, bedgordijnen of zonweringen. De overvloed aan interieurdecoratie heeft plaatsgemaakt voor een minimalistisch, neutraal en vaak kaal wit interieur zonder textiel. ⁹¹³²¹ Op dezelfde manier bouwen we nu liever winkelcentra met airconditioning in plaats van straatmarkten bedekt met toldos. Natuurlijk kunnen we deze dingen alleen maar doen dankzij een schijnbaar eindeloze stroom fossiele brandstoffen. ⁹

Gordijnen, tapijten, zonwering en toldos hebben hun ongemakken en nadelen. Ze vereisen aandacht en manuele handelingen, moeten gereinigd worden en kunnen een brandrisico vormen tenzij ze gemaakt zijn van wol of leer. ⁴⁵ Het blijven verbranden van fossiele brandstoffen heeft echter nog grotere ongemakken en nadelen, vooral op de wat langere termijn.

Textiel zou het energieverbruik kunnen verminderen en het comfort en de leefbaarheid in alle soorten gebouwen kunnen verbeteren. Toldos zouden de straten en daken van hele stadswijken kunnen overspannen. De geschiedenis laat zien dat verwijderbare textielisolatie werkt.

Afbeelding: Een modern interieur. Waar is het textiel gebleven? Foto: JessofWoodnCo (CC BY-SA 4.0).

Afbeelding: De Iraniërs, bekend om hun historische koeltechnologieën zoals windvangers, hebben onlangs het grootste winkelcentrum ter wereld met airconditioning gebouwd. Foto: Anakarnia (CC BY-SA 4.0).

Helaas gaan bouw- en renovatievoorschriften voorbij aan de warmte-isolerende eigenschappen van tapijten, gordijnen en andere textielproducten. Je mag zoveel dikke gordijnen en tapijten toevoegen als je wilt, maar de wetgeving vereist nog steeds dat je ramen met dubbel of driedubbel glas en geïsoleerde oppervlakken installeert, ook al kan textiel net zo effectief zijn in het bieden van isolatie. ⁶

Aan de buitenkant van het gebouw zijn zonweringen vaak niet eens legaal. De Britse Blind and Shutter Association heeft hard moeten vechten om een verbod op zonwering door de autoriteiten ongedaan te maken. ³⁰ En, voor het geval je het overweegt, in veel landen is het verboden om in een tent te wonen, zelfs als het op privéterrein is.

Met dank aan Louise Morin voor de inspiratie.

Met dank aan Jonas Görgen, Roel Roscam Abbing, en Marie Verdeil voor hun reacties op een eerdere versie van dit artikel.

OECD Urban Studies. Global Monitoring of Policies for Decarbonising Buildings. A MULTI-LEVEL APPROACH. https://www.oecd.org/content/dam/oecd/en/publications/reports/2024/10/global-monitoring-of-policies-for-decarbonising-buildings_7351bda4/d662fdcb-en.pdf ↩︎
Van de Voorde, S. 2015. Thermal Insulation in Belgium before the First Oil Crisis (1945-1975). A Question of Economy and Comfort? In: 5th International Congress on Construction History. Chicago, vol. 3, pp. 517-524. https://www.brusselsretrofitxl.be/wp-content/uploads/2013/05/Van-de-Voorde_5ICCH_Chicago_2015_Thermal-insulation.pdf ↩︎ ↩︎
The historical development of thermal insulation materials." Periodica Polytechnica Architecture 41.2 (2010): 49-56. ↩︎
Noble, A. G. “Traditional Buildings: A Global Survey of Structural Forms and Cultural Functions, London and New York: IB Tauris & Co.” (2007). ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Zamani, Zahra, Shahin Heidari, and Pirouz Hanachi. “Reviewing the thermal and microclimatic function of courtyards.” Renewable and Sustainable Energy Reviews 93 (2018): 580-595. ↩︎
De Decker, Kris. “Energielabels verplichten zuinige woning-bezitters tot nutteloze investeringen”, Lowtech Magazine, january 2018. https://qelnixcor.cloud/nl/2018/01/energielabels-verplichten-zuinige-woning-bezitters-tot-nutteloze-investeringen/ ↩︎ ↩︎
Moderne isolatiemethoden kunnen ook schade toebrengen aan oudere gebouwen, zoals houten huizen in Noord-Europa, die ontworpen zijn om tochtig te zijn. Het toevoegen van permanente isolatie zorgt voor schimmelvorming en een ongezond binnenklimaat. ↩︎
Alrasheed, Mousa, and Monjur Mourshed. “Domestic overheating risks and mitigation strategies: The state-of-the-art and directions for future research.” Indoor and Built Environment 32.6 (2023): 1057-1077. Zie ook: Tink, Victoria, et al. “Measuring and mitigating overheating risk in solid wall dwellings retrofitted with internal wall insulation.” Building and Environment 141 (2018): 247-261. ↩︎ ↩︎
Rahm, Philippe. “The Anthropocene style: Towards a new decorative style.” Design Innovations for Contemporary Interiors and Civic Art. IGI Global, 2017. 258-269. ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Ekici, Didem, Patricia Blessing, Basile Baudez, eds. Textile in Architecture: From the Middle Ages to Modernism. Taylor & Francis, 2023. ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Erickson, Ann. “An Overview Of The Historic Use Of Textiles For Residential Interior Insulation.” Journal of Interior Design Education and Research 8.1 (1982): 18-21. ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Yarwood, Doreen. “The domestic interior: Technology and the home.” An Encyclopedia of the History of Technology. Routledge, 2002. 902-948. ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
McCorquodale, Charles - The History of Interior Decoration-Phaidon Press (1988) ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Dumberton Oak Papers 73, 2019: https://www.jstor.org/stable/e26955166 ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
M. O’Shea C.Text., A.T.I. (1981): INTERIOR FURNISHINGS, Textile Progress, 11:1, 1-63 ↩︎ ↩︎
“The Clothed Home: Tuning in to the Seasonal Imagination”, catalogue of the exhibition by Alicja Bielawska, CENTRALA and Aleksandra Kędziorek, Adam Mickiewicz Institute, 2021, https://iam.pl/sites/default/files/publication/london-design-biennale-2021-the-clothed-home-tuning-in-to-the-seasonal-imagination-cataolgue_1.pdf. ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Cymer, Anna, “Dressing a house the history of fabrics inside the home”, Culture.pl, October 20222. https://culture.pl/en/article/dressing-a-house-the-history-of-fabrics-inside-the-home ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Kędziorek, Aleksandra, “The clothed home”, e-flux, After Comfort: A User’s Guide, October 2023. https://www.e-flux.com/architecture/after-comfort/568034/the-clothed-home/ ↩︎ ↩︎
Zach, Jiří, et al. “Performance evaluation and research of alternative thermal insulations based on sheep wool.” Energy and Buildings 49 (2012): 246-253. ↩︎
Mijn eigen berekening. ↩︎
Rybczynski, Witold. “Home: A Short History of an Idea.” (1988). ↩︎ ↩︎ ↩︎
https://www.woolsome.shop/rush-mat-history/ ↩︎
Brett, Dan. Tales from the Blue Ox: A Hands-On Manual of Traditional Skills from the Blue Ox Millworks Historic Park. Rowman & Littlefield, 2004. ↩︎
Giedion, Sigfried. “Mechanization takes command: a contribution to anonymous history.” (1955). ↩︎
Lloyd, Nathaniel. “Medieval Wainscoting and the Development of the Linen Panel.” The Burlington Magazine for Connoisseurs 53.308 (1928): 231-237. ↩︎
Reagan, Barbara M., and Ludwig Villasi. “Thermal properties of wall covering materials.” Textile Research Journal 52.11 (1982): 703-709. /// McNeil, Steve. “The thermal properties of wool carpets.” Technical Bulletin (2016). /// Epps, Helen H. “Insulation characteristics of fabric assemblies.” Journal of Coated Fabrics 17.3 (1988): 212-218. /// Garber-Slaght, Robbin, and Colin Craven. “Evaluating window insulation for cold climates.” Journal of Green Building 7.3 (2012): 32-48. /// Ukponmwan, J. O. “The thermal-insulation properties of fabrics.” Textile Progress 24.4 (1993): 1-54. ↩︎
Sherman, Michael P. “The effects of interior drapery on heat transmission.” Journal of Interior Design Education and Research 9.2 (1983): 3-7.https://journals.sagepub.com/doi/abs/10.1111/j.1939-1668.1983.tb00463.x?journalCode=idxb ↩︎ ↩︎
Yassine, Farah. “The effect of shading devices on the energy consumption of buildings: A study on an office building in Dubai.” (2013). ↩︎
Fathy, Hassan. “Natural energy and vernacular architecture.” (1986). ↩︎
Climate Change Adaptation Case Study: Cooling A Country House, Historic England, July 2024. https://historicengland.org.uk/images-books/publications/adapting-historic-buildings-energy-carbon-efficiency-advice-note-18/case-study-cooling-country-house/ ↩︎ ↩︎
Ainly, J. Anne, “A history of awnings: the forgotten architectural feature for environmental control”, 2022. ↩︎
Pender, Robyn. Awnings and canopies: Learning from the past. Historic England. https://historicengland.org.uk/content/docs/advice/bcd-2021-awnings-and-canopies/ ↩︎
Huang, Yu Joe. “The Impact on Energy Use and Peak Demand of Awnings and Roller Shades in Residential Buildings.” (2012). ↩︎
Carmody, John, Kerry Haglund, and Joe Huang. “Awnings in Residential Buildings: The Impact on Energy Use and Peak Demand.” Center for Sustainable Building Research, University of Minnesota (2007). ↩︎
Sachchithananthan, Shanthini. Optimal Window Glazing with Passive Solar Features to Lower Energy Costs. Diss. University of Massachusetts Lowell, 2018. ↩︎
Ahmad, Rehab M., et al. “An approach to select an energy-efficient shading device for the south-oriented façades in heritage buildings in Alexandria, Egypt.” Energy Reports 7 (2021): 133-137. ↩︎ ↩︎
Batterjee, Sara Adel. Performance of shading device inspired by traditional hejazi houses in Jeddah Saudi Arabia. Diss. The British University in Dubai (BUiD), 2010. ↩︎
Yassine, Farah. “The effect of shading devices on the energy consumption of buildings: A study on an office building in Dubai.” (2013). ↩︎
Schleicher, Simon. Adaptive Toldo systems T̳M̳. Diss. Massachusetts Institute of Technology, 2009. ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Garcia-Nevado, Elena, et al. “Benefits of street sun sails to limit building cooling needs in a mediterranean city.” Building and Environment 187 (2021): 107403. // Garcia-Nevado, Elena, Benoit Beckers, and Helena Coch. “Assessing the cooling effect of urban textile shading devices through time-lapse thermography.” Sustainable cities and society 63 (2020): 102458. ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Drew, Philip. Tensile architecture, 1979/2019. ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎ ↩︎
Belakehal, Azeddine, K. Tabet Aoul, and Amar Bennadji. “Sunlighting and daylighting strategies in the traditional urban spaces and buildings of the hot arid regions.” Renewable energy 29.5 (2004): 687-702. ↩︎ ↩︎
Scott, James C. “The art of not being governed.” ASIAN HIGHLANDS PERSPECTIVES 28: Collection of Papers 28 (2013): 349. ↩︎
Home Furnishing: Facts and Figures About Furniture, Carpets and Rugs, Lamps and Lighting Fixtures, Wall Papers, Window Shades and Draperies, Tapestries, Etc (1913) https://ia904504.us.archive.org/15/items/homefurnishingfa00huntuoft/homefurnishingfa00huntuoft.pdf ↩︎
Het is ironisch dat interieurtextiel grotendeels verdween net toen een nieuwe uitvinding het reinigen ervan veel praktischer en minder arbeidsintensief had gemaakt: de stofzuiger maakt het mogelijk om tapijten op hun plaats te reinigen in plaats van ze naar buiten te slepen om het stof er uit te kloppen. ↩︎

Zo bouw je een elektrisch verwarmde tafel

Mon, 23 Dec 2024 00:00:00 +0000

Afbeelding: De elektrisch verwarmde tafel die we bouwen in deze handleiding. Foto: Marina Kálcheva. Model: Anita Filippova.

Waarom een elektrisch verwarmde tafel?

Het gebruik van verwarmde tafels voor thermisch comfort bij koud weer is eeuwenoud. Voorbeelden zijn de “kotatsu” in Japan, de “korsi” in het Midden-Oosten en de “brasero de picon” in Spanje. Een warmtebron gaat onder een tafel, een deken gaat eroverheen en mensen schuiven hun benen eronder. Het microklimaat onder de deken houdt je comfortabel, ook al is de ruimte waarin je je bevindt koud.

De verwarmde tafel is een uitstekend voorbeeld van de energie-efficiënte manier van verwarmen van onze voorouders: het verwarmen van mensen in plaats van ruimtes. Historisch gezien verwarmde gloeiende houtskool uit de open haard de ruimte onder de tafel. Dat zorgde weliswaar voor voldoende warmte, maar bracht ook een aanzienlijk risico op brand en koolmonoxidevergiftiging met zich mee. Tegenwoordig kunnen we in plaats daarvan elektrische verwarmingstechnologie gebruiken. De Japanse kotatsu wordt bijvoorbeeld nog steeds gebruikt, maar werkt nu met een klein elektrisch verwarmingselement dat onder het tafelblad is bevestigd.

In deze handleiding bouwen we een elektrisch verwarmd bureau voor één persoon. Ik heb de tafel voor mezelf gebouwd in de co-working space in Barcelona waar ik nu mijn kantoor heb. Het gebouw, een oud industrieel pakhuis, heeft erg hoge plafonds, geen isolatie en weinig zon in de winter. Het kan hier erg koud worden en conventionele verwarmingssystemen werken niet. Mijn verwarmde tafel blijkt een perfecte oplossing te zijn. Ik kan ze van stroom voorzien met een zonnepaneel, een windturbine, een fietsgenerator of een batterij. Ik kan ze ook aansluiten op het elektriciteitsnet.

Afbeelding: de auteur aan de verwarmde tafel in zijn werkruimte, waar de experimenten plaats vonden. Over de tafel ligt een groot wollen deken met daarover een even groot katoenen deken. Foto: Marina Kálcheva.

Een verwarmde tafel biedt uitzonderlijk comfort. Het onderste deel van je lichaam wordt ondergedompeld in warmte alsof je bakt in de zon of in een heet bad zit. De warmte verspreidt zich snel via de bloedsomloop naar de rest van je lichaam.

Tijdens een week van experimenten in december 2024, met binnenluchttemperaturen van 12-14°C, registreerde ik een zeer laag energieverbruik voor mijn pas gebouwde verwarmde tafel: tussen 50 en 75 wattuur per uur. ¹ Vergelijk dat met een conventionele elektrische draagbare verwarming, die gemakkelijk 1.500 wattuur per uur verbruikt (en geen thermisch comfort garandeert). Mijn verwarmde tafel gebruikt net zo weinig elektriciteit als het opladen van een laptop of het verwarmen van twee liter water voor een warmwaterkruik (58 wattuur per uur, ervan uitgaande dat je het water elke twee uur opnieuw verwarmt).

Het duurt ongeveer 15 minuten voordat het warmte-effect van de tafel merkbaar wordt, een uur voordat ze op volle kracht verwarmt en twee uur voordat ze haar maximale energie-efficiëntie bereikt. Het energieverbruik daalt van 75 wattuur in het eerste uur tot 50 à 60 wattuur in het derde uur, als de thermostaat de verwarming vaker uitschakelt. Het systeem accumuleert warmte in het tapijt, de dekens, de tafel en het menselijk lichaam. Als je de verwarming na drie uur uitschakelt, wegloopt, 30 minuten later terugkomt en ze weer inschakelt, verwarmt de tafel binnen 10 minuten op maximale capaciteit.

De handleiding

Het bouwen van een elektrisch verwarmde tafel is een vrij eenvoudig project, dat weinig technische vaardigheden en weinig tijd vereist. Als je alle onderdelen bij elkaar hebt, kun je een verwarmde tafel in een paar uur in elkaar zetten. De kosten zijn ook beperkt. ² Het bouwproces bestaat uit drie delen: het bedraden van het elektrische systeem, het programmeren van de thermostaat en het aanbrengen van de juiste lagen textiel en isolatie.

Wat je nodig hebt:

Tafel
Verwarmingsfolie
Thermostaat
Dekens
Tapijt
Extra isolatiemateriaal (ik gebruikte kurk)

Afbeelding: Hoe je een elektrisch verwarmde en geïsoleerde tafel in elkaar zet. 1. Bevestig verwarmingsfolie op dunne houten plaat 2. Bevestig de houten plaat aan de tafel 3. Voeg isolatie toe tussen de houten plaat en de tafel 4. Voeg de deken toe. Illustratie: Marie Verdeil.

Afbeelding: Hoe je een elektrisch verwarmde en geïsoleerde tafel in elkaar zet. Illustratie: Marie Verdeil.

Stap 1: Kies een tafel

Deze handleiding betreft een tafel voor slechts één persoon - mijn schrijftafel. In tegenstelling tot de Japanse en Midden-Oosterse voorbeelden is mijn tafel aangepast aan een Westerse zithouding: niet op de grond maar op een stoel. Je kunt van elke tafel een persoonlijke warmtebron maken, maar sommige zijn beter geschikt dan andere. Het belangrijkste is dat je een verwarmingsfolie (stap 2) onder de tafel kunt schroeven. Structurele elementen kunnen dat echter bemoeilijken, zoals het geval is bij mijn tafel (zie de afbeelding hieronder).

Afbeelding: de tafel zoals ze was. Foto: Kris De Decker.

Ik heb dit opgelost door de verwarmingsfolie op een dunne houten plank te schroeven die ik vervolgens tegen de steunelementen heb bevestigd. Voor sommige andere tafels werkt dit echter niet. Kies een houten tafel. Hout isoleert relatief goed, dus een houten tafelblad biedt al een deel van de isolatie die je nodig hebt om de warmteproductie te maximaliseren. Het is ook gemakkelijk om dingen op een houten tafel te schroeven.

Je kunt een grotere verwarmde tafel bouwen die plaats biedt aan meer mensen, maar dan moet je verschillende verwarmingsfolies (stap 2) met elkaar verbinden en verschillende dekens (stap 8) aan elkaar naaien.

Stap 2: Kies je verwarmingselement

In principe kan elk elektrisch verwarmingsapparaat een tafel van warmte voorzien. Maar omdat een verwarmde en geïsoleerde tafel zo energiezuinig is, heb je een elektrische verwarming nodig met een zeer lage warmteproductie. De gemiddelde draagbare elektrische verwarming is veel te krachtig voor ons doel. Door de hoge oppervlaktetemperatuur kan ze ook brandwonden veroorzaken of brand veroorzaken als je ze onder een tafel zet.

Verwarmingsfolie

Het beste verwarmingselement voor een elektrisch verwarmde tafel - en het element dat ik in deze handleiding gebruik - is infrarood verwarmingsfolie. Deze zeer dunne verwarmingsfolies zijn voornamelijk bedoeld voor elektrische vloer- en wandverwarming in gebouwen en voertuigen, voor het beschermen van batterijen of watertanks tegen de kou, of voor het verwarmen van bijenkorven en terraria. Infrarood verwarmingsfolies zijn lage temperatuur verwarmers met een groot oppervlak, dus er is geen risico op brandwonden of brand door direct contact met huid of kleding. Ze zijn bedoeld om te werken bij een maximumtemperatuur van 40-45°C.

Afbeelding: De infrarood verwarmingsfolie, tegen een dunne houten plaat geschroefd, klaar om onder het tafelblad te bevestigen. Foto: Kris De Decker.

Voltage

Infrarood verwarmingsfolies zijn er in verschillende voltages: 12V, 24V en 220V. Ik heb een 12V verwarmingsfolie gekozen om mijn tafel compatibel te maken met mijn 12V zonne-installaties en fietsgenerator. Als je een hernieuwbare energie-installatie van 24 V hebt, kies dan een verwarmingsfolie van 24 V.

Als je de tafel op het stopcontact wilt aansluiten, zijn er twee opties. Ten eerste kun je een 220V verwarmingsfolie kopen, een compatibele stekker toevoegen en deze rechtstreeks op het stopcontact aansluiten. Je moet echter wel weten wat je doet, want zulke hoge spanningen brengen het risico van elektrocutie met zich mee. Een veiligere doe-het-zelf optie is het gebruik van een 12V of 24V verwarmingsfolie aangesloten op een universele stroomadapter die de spanning verlaagt van 220V naar 12 of 24V (vergelijkbaar met de oplader van een laptop). Zo heb ik de tafel getest omdat ik nog geen zonnepanelen heb in mijn nieuwe kantoor.

Afmetingen

Infrarood verwarmingsfolie is verkrijgbaar in verschillende breedtes, bijvoorbeeld 20, 30 of 50 cm. Je kunt ze per strekkende meter kopen en ze is flexibel genoeg om strak opgerold te worden voor transport en opslag. Je kunt de folies op lengte knippen. Aan de positieve en negatieve uiteinden zijn elektrische kabels gesoldeerd, klaar om op de stroombron aan te sluiten. Als je de folie echter in stukken knipt, moet je kabels aan alle nieuwe stukken solderen. Je kunt verwarmingsfolies parallel met elkaar verbinden en ze allemaal aan dezelfde thermostaat (stap 3) koppelen. Mijn tafel heeft maar één verwarmingsfolie, op maat geknipt.

Energieverbruik

Het stroomverbruik van verwarmingsfolies - uitgedrukt in watt per vierkante meter (W/m2) - varieert door twee factoren. Ten eerste worden verwarmingsfolies verkocht met verschillende vermogens, meestal tussen 100 en 250 W/m2. Ten tweede is er de grootte. Als je 1m2 koolstoffolie van 130 W/m2 doormidden knipt, dan vraagt 0,5 vierkante meter verwarmingsfolie 65 watt. De verwarmingsfolie onder mijn tafel heeft een stroomverbruik van 220W/m2. Ik gebruikte eerst 0,375 m2 verwarmingsfolie (50x70cm), wat resulteerde in een stroomverbruik van ongeveer 82,5 watt. Daarna heb ik er een centimeter afgeknipt om ze beter onder de tafel te laten passen, waardoor het stroomverbruik daalde tot ongeveer 75 watt.

Stap 3: Kies je thermostaat

Je mag een verwarmingsfolie alleen gebruiken met een thermostaat. Zonder thermostaat kan een verwarmingsfolie oververhit raken, wat kan leiden tot schade of brand. Een thermostaat zorgt ook voor een stabiele comfortzone onder de tafel. De thermostaat schakelt de verwarming uit wanneer deze een ingestelde maximumtemperatuur bereikt, en schakelt deze weer in wanneer de temperatuur een paar graden daalt.

De spanning van de thermostaat moet overeenkomen met de spanning van de verwarmingsfolie: als je een 12V verwarmingsfolie hebt, heb je een 12V thermostaat nodig. Als je een 24V verwarmingsfolie hebt, neem dan een 24V thermostaat. De thermostaat die ik gebruik voor mijn tafel is de W3230 DC 12V. Het is een veel verkocht apparaat voor allerlei doeleinden. Je moet de thermostaat bedraden en de temperatuur instellen.

Stap 4: Sluit alles op elkaar aan

De thermostaat wordt aangesloten tussen de warmtefolie en de stroombron, zoals aangegeven in de onderstaande afbeelding. Bij andere thermostaatmodellen kan de bedrading verschillen.

Afbeelding: Zo sluit je de thermostaat aan op de verwarmingsfolie en de stroombron. 1. Thermostaat 2. Zekering 3. Temperatuursensor 4. Infrarood warmtefolie. Illustratie door Marie Verdeil.

Kabelformaat

Je kabels moeten dik genoeg zijn voor de stroom die er doorheen gaat. Infrarood verwarmingsfolies worden verkocht met dikke elektrische kabels erbij, en die zijn vaak veel langer dan je nodig hebt. Je kunt ze korter maken en de rest gebruiken voor de bedrading van het hele systeem. Als je andere kabels wilt gebruiken, gebruik dan een multimeter om de stroom te meten die de verwarmingsfolie trekt. Mijn 12V verwarmingsfolie heeft bijvoorbeeld 6,6 Ampère nodig, dus mijn kabels - in het volledige circuit - moeten een geleider doorsnede hebben van ten minste 2,63 mm2 (dat is 13 AWG gauge, bekijk deze tabel).

Zekering

Elk elektrisch systeem heeft zekeringen nodig voor de veiligheid. Als je je verwarmingsfolie op maat hebt geknipt, meet dan hoeveel stroom er doorheen loopt. Installeer vervolgens een zekering die tenminste 135% van die waarde bedraagt. Mijn tafel gebruikt 6,6 ampère en ik heb een zekering van 10 ampère geplaatst. Lees meer over zekeringen in onze handleiding voor zonne-energie.

Schakelaar

Je kunt een aan-uitschakelaar in je circuit toevoegen om je verwarmde tafel aan en uit te zetten. Gebruik er een met een lichtindicator, zodat je niet vergeet het verwarmingssysteem uit te schakelen als je weggaat. Je kan ook een bewegingssensor onder de tafel installeren. Dat gezegd hebbende, als je je systeem correct hebt aangesloten, de juiste kabeldikte hebt gebruikt en een zekering hebt toegevoegd, zal het per ongeluk aan laten staan geen veiligheidsproblemen veroorzaken.

Temperatuursensor

De thermostaat wordt geleverd met een temperatuursensor die je tussen de verwarmingsfolie en de tafel moet plaatsen (tegen de verwarmingsfolie aan). Zorg ervoor dat je deze sensor goed vastmaakt, want hij is essentieel voor een goede en veilige werking van het verwarmingssysteem.

Waar moet de thermostaat komen?

Voordat je begint met het bedraden van het systeem, moet je bepalen waar je thermostaat komt, want dat bepaalt de lengte van de kabels die je nodig hebt. Ik heb mijn thermostaat onder de tafel geïnstalleerd, verborgen onder de dekens. Eenmaal geprogrammeerd, hoef je er niet regelmatig bij te komen (zie verder). Als je de thermostaat bovenop de tafel installeert, heb je een gat in je deken nodig waar alle kabels doorheen moeten. Het bemoeilijkt ook het toevoegen en verwijderen van dekens.

Afbeelding: De thermostaat, bevestigd aan de zijkant van de tafel, verbonden met de verwarmingsfolie en de energiebron. Foto: Marina Kálcheva.

Stap 5: Programmeer de thermostaat

Om de thermostaat te programmeren, sluit je hem aan op de stroombron. Selecteer eerst de functie “verwarmen”. De standaardinstelling van mijn thermostaat was “koelen” en ik kreeg het ding daarom niet aan de praat. Dit zijn de te volgen stappen:

Houd “set” ingedrukt om het code-instellingsmenu te openen.
Druk op omhoog of omlaag om “P0” te selecteren.
Druk nogmaals op “set” om de code-instelling te openen.
Druk op omhoog of omlaag om “H” te selecteren.
Wacht 3 seconden en de instelling wordt opgeslagen.

Vervolgens stel je de temperatuur in waarop je wilt dat de thermostaat de warmtefolie uitschakelt. Fabrikanten van warmtefolie adviseren 40-45°C bij langdurig gebruik. Dit doe je als volgt:

Druk kort op “set” en het blauwe getal begint te knipperen.
Druk op omhoog of omlaag om de gewenste maximumtemperatuur te selecteren.
Wacht 3 seconden en de instelling wordt opgeslagen.

Je kunt alle andere functies van de thermostaat ongemoeid laten.

De tafel isoleren

Om een comfortabele en energiezuinige verwarmde tafel te maken, moet je begrijpen dat een infrarood verwarmingsfolie warmte afgeeft aan beide zijden. Als je ze gewoon onder een tafel bevestigt, wordt ze niet warmer dan 30°C, wat het thermisch comfort niet noemenswaardig zal verbeteren. Pas wanneer de verwarming de huidtemperatuur (ongeveer 35°C) en de kerntemperatuur van het lichaam (37°C) overschrijdt, begin je de warmte te voelen die naar je toe straalt.

Om voldoende hoge temperaturen te bereiken, moet je één kant van de verwarmingsfolie bedekken met warmte-isolerend materiaal.

Om voldoende hoge temperaturen te bereiken, moet je één kant van de verwarmingsfolie bedekken met warmte-isolerend materiaal. Daardoor zal het grootste deel van de warmte naar de andere kant gaan - de kant die energie naar je lichaam uitstraalt. De verwarmingsfolie voor een verwarmde tafel wordt onder het tafelblad geplaatst, waardoor de energie naar beneden wordt uitgestraald, en dus komt de isolatie bovenop. ³ Deze bestaat uit het houten tafelblad, een of meer dekens en extra isolatiemateriaal dat je aan het tafeloppervlak toevoegt.

Wanneer verwarmingsfolie wordt gebruikt als vloerverwarming, bevindt de isolatie zich aan de onderkant. De bovenkant moet worden beschermd door een materiaal dat sterk is en gemakkelijk warmte uitstraalt, zoals keramische tegels. Als je echter een elektrisch verwarmde tafel maakt waarbij de folie energie naar beneden uitstraalt, hoef je de blootgestelde kant niet te beschermen. Die kan veilig worden aangeraakt en er loopt niemand op.

Stap 6: Isoleer de verwarmingsfolie

Om de warmteafgifte van de verwarmingsfolie te maximaliseren, heb ik 3 cm kurkisolatie toegevoegd in de ruimte tussen de folie en het tafeloppervlak. Ik heb geen tests gedaan zonder de kurklaag, maar ik ben ervan overtuigd dat de energie-efficiëntie en het thermisch comfort van mijn tafel niet zo uitstekend zouden zijn geweest als die laag er niet was geweest. Andere geschikte natuurlijke isolatiematerialen zijn wol, cellulose, houtvezels, hennep en vlas. Je zou ook warmtereflectorfolie kunnen proberen.

Stap 7: Zoek een tapijt

Als je een elektrisch verwarmde tafel op een koude vloer zet, zul je geen thermisch comfort bereiken. De koude vloer zal alle warmte van de verwarmingsfolie absorberen en je voeten zullen warmte naar de vloer geleiden. Je moet de vloer isoleren en dat kun je doen met een wollen tapijt (of meerdere wollen tapijten op elkaar). Nieuwe wollen tapijten zijn duur, maar ze hoeven niet veel groter te zijn dan de tafel en ze zijn goedkoop tweedehands te vinden. Ik heb het grote wollen tapijt in Perzische stijl in mijn kantoor voor 50 euro gekocht, en ik zal er nog een tweede bovenop leggen om de vloerisolatie verder te verbeteren.

Stap 8: Zoek dekens

De energie-efficiëntie en het thermisch comfort van een elektrisch verwarmde tafel worden grotendeels bepaald door het type en de grootte van de dekens die je erover legt. De dekens vormen een deel van de isolatielaag bovenop de verwarmingsfolie, maar als ze lang genoeg zijn om de grond te bereiken, houden ze ook warme lucht vast onder de tafel.

Stralingsverwarmingssystemen brengen energie over op oppervlakken - inclusief je lichaam - en warmen de lucht niet rechtstreeks op. De luchttemperatuur onder de tafel zal echter langzaam indirect stijgen door de hogere oppervlaktetemperaturen van de dekens, de tafel, het tapijt en de persoon die aan tafel zit. Tijdens de experimenten steeg de luchttemperatuur onder mijn tafel op 25 cm boven de vloer met ongeveer 10°C.

Afbeelding: De elektrisch verwarmde tafel met een 240x240 cm Abbruzzo wollen deken. Photo: Marina Kálcheva.

Wol

Kies een wollen deken. Wol houdt warmte heel efficiënt vast, is veel brandbestendiger dan andere textielmaterialen, wordt niet snel vuil, reguleert de luchtvochtigheid en zuivert de lucht. ⁴ Nieuwe wollen dekens kunnen prijzig zijn: honderden euro’s voor de afmetingen die we nodig hebben. Ik heb echter vier tweedehands wollen dekens gekocht voor 90 euro, waarvan er twee groot genoeg zijn om de grond te bereiken. Als je een wollen deken vindt die lelijk is of vlekken heeft, leg er dan gewoon een mooiere en goedkopere katoenen deken overheen.

Afmetingen van de deken

De grootte van de deken die je nodig hebt hangt af van de grootte van je tafel (lengte, breedte, hoogte). Mijn tafel is 80 cm lang, 56 cm breed en 75 cm hoog. Dat betekent dat mijn deken minstens 230 cm (75+80+75cm) x 206 cm (75+56+75cm) moet zijn om de grond te bereiken. Kan je geen deken vinden die groot genoeg is? Dan kan je een lagere verwarmde tafel bouwen en op de grond gaan zitten, of verschillende kleinere dekens aan elkaar naaien. Kleinere dekens kunnen ook handig zijn in combinatie met grotere dekens, of ze kunnen als enige deken dienen als het niet zo koud is (zie verder).

Werkoppervlak

Hoewel het prettig aanvoelt om in de winter op een wollen of katoenen ondergrond te werken, kun je ook een houten plank op de deken leggen, op maat gezaagd, om de deken te beschermen tegen slijtage en vuil. Of je drapeert een katoenen tafelkleed over de deken, die makkelijker te wassen is dan wol.

Afbeelding: De elektrisch verwarmde tafel, klaar om aangekleed te worden met verschillende dekens. Foto: Marina Kálcheva.

De tafel aan- en uitkleden

Elk verwarmingssysteem moet kunnen worden bijgeregeld om het gewenste comfort te bereiken. Bij een centrale verwarming gebeurt dat door de thermostaat te manipuleren. Dat werkt echter niet zo goed voor een verwarmde tafel, omdat het temperatuurbereik van de verwarmingsfolie beperkt is. Onder 38°C geeft geen aangenaam warmtegevoel, terwijl langdurige verwarming boven 45°C de verwarmingsfilm kan beschadigen en te heet kan maken om aan te raken. Je kunt het thermische comfort echter aanpassen in een breed temperatuurbereik door de tafel “aan te kleden” en “uit te kleden”: door textiellagen toe te voegen en te verwijderen en door ze op verschillende manieren te gebruiken.

Je kunt het thermische comfort in een breed temperatuurbereik aanpassen door textiellagen toe te voegen en te verwijderen en door ze op verschillende manieren te gebruiken

Het is niet overdreven om te stellen dat de deken een deel van je kleding wordt. Aan de tafel zitten voelt alsof je een hele grote jurk draagt die van binnenuit wordt verwarmd. Net zoals we ons anders kleden afhankelijk van het weer, door het toevoegen en verwijderen van lagen, kunnen het aantal dekens en hoe ze zijn geplaatst de omgevingsomstandigheden weerspiegelen. Ik heb de tafel getest met één tot vier dekens en met elke extra deken nemen de energie-efficiëntie en het thermisch comfort toe. Op een erg koude dag kun je twee of drie dekens over de tafel draperen. Als je het dan nog steeds koud hebt, kun je extra dekens over je stoel en schouders hangen. Je kan jezelf in een complete tent wikkelen, verwarmd van binnenuit, met alleen je hoofd en armen die naar buiten steken.

Afbeelding: Anita Filippova werkt als stagiaire aan de verwarmde tafel in het kantoor van Low-tech Magazine. Er ligt een extra deken om haar schouders en de stoel. Foto: Marina Kálcheva.

Afbeelding: Anita Filippova werkt als stagiaire aan de verwarmde tafel in het kantoor van Low-tech Magazine. Het is niet overdreven om te stellen dat de deken een deel van je kleding wordt. Foto: Marina Kálcheva.

Naarmate je meer dekens toevoegt, wordt de textiellaag echter steeds zwaarder en kost het meer tijd om erin en eruit te stappen - om je “aan en uit te kleden”. Daarom is een lichtere bedekking te verkiezen als die voldoende comfort biedt. Op een kille lenteavond kunnen een of twee kortere dekens voldoende zijn om het je comfortabel te maken. Ik heb de tafel op die manier getest en ze deed het bijna net zo goed als met een langere deken. Het energieverbruik was iets hoger en het thermische comfort iets lager - ik merkte vooral koude voeten op. Als het echter wat warmer zou zijn, zou ik de voorkeur geven aan deze opstelling omdat het praktischer is om van het bureau op te staan.

Oververhitting kan ook opgelost worden zonder naar de thermostaat te grijpen: til een hoek van het tapijt op met je voet en laat wat warmte ontsnappen, of verwijder een van de dekens. Het zou energiezuiniger zijn om de thermostaat lager te zetten, maar het energieverbruik van een verwarmde tafel is al zo laag dat er ruimte is voor wat gemak. Het comfort van een verwarmde tafel kan verder worden verbeterd door een verwarmde stoel of bank, of door een scherm achter je stoel te plaatsen, aan de ene kant bedekt met warmtefolie en aan de andere kant met isolatie. Dat is iets voor een toekomstige handleiding.

Veiligheid

Hoewel een elektrisch verwarmde tafel veel veiliger is dan een tafel die met vuur wordt verwarmd, brengt ze wel enkele risico’s met zich mee, waaronder brand. Dit kan echter alleen gebeuren als je enkele cruciale regels negeert, die ik hieronder herhaal:

Gebruik nooit een warmtefolie zonder thermostaat.
Zorg ervoor dat je elektrische kabels dik genoeg zijn.
Voeg een zekering toe aan je elektrische systeem.
Bevestig de temperatuursensor goed: hij moet altijd op zijn plaats blijven zitten.
Vermijd dekens en tapijten gemaakt van synthetische vezels, die zeer ontvlambaar zijn. Je verwarmde tafel zal niet in brand vliegen als je de bovenstaande adviezen opvolgt, maar elders in de ruimte kan wel brand ontstaan. Het beste materiaal voor dekens en tapijten is wol, dat geen vlam vat. Katoen is brandbaar, maar niet zo erg als synthetisch materiaal.
Lange dekens zijn energiezuiniger dan kortere dekens. Pas echter op met te lange dekens, want ze kunnen ervoor zorgen dat je struikelt als je in of uit de tafel stapt.

Colofon

Verwarmde tafel: Kris De Decker.

Illustraties: Marie Verdeil.

Foto’s: Marina Kálcheva.

Model: Anita Filippova.

Locatie fotoshoot: AkashaHub Barcelona. Met dank aan Carmen Tanaka.

Marie Verdeil en Roel Roscam Abbing gaven feedback op de proefversie van dit artikel.

Afbeelding: de verwarmde tafel, aangedreven door een fietsgenerator. Foto: Marina Kálcheva.

Ik heb alle tests uitgevoerd bij een maximale thermostaattemperatuur van 44,5 graden Celsius. Het energieverbruik zal lager zijn als je een lagere temperatuurinstelling gebruikt. Naast het meten van energieverbruik en temperaturen, heb ik ook mijn thermisch comfort geobserveerd. Ik zat aan tafel met leren schoenen, een dikke laag thermische onderkleding van merinowol en daarboven dunne werkkleding. Ik deed computerwerk. Ik voerde tests uit met een isolatie van één tot vier dekens. Het energieverbruik en de prestaties van jouw verwarmde tafel kunnen verschillen van die van mij. Het energieverbruik hangt af van de grootte en het vermogen van de warmtebron (stap 2), de thermostaatinstellingen (stap 4), de warmte-isolerende waarde van de dekens (stap 8) en het tapijt (stap 7), de isolatie van de warmtebron (stap 6) en het tafeloppervlak (stap 1). Naarmate je meer warmte-isolatie toevoegt, zal de thermostaat de verwarmingsbron vaker en langer uitschakelen, wat resulteert in een lager energieverbruik. Hetzelfde gebeurt als je een lagere maximale thermostaatstand instelt. ↩︎
Zonder rekening te houden met de kosten van een tafel of een tapijt - dingen die er waarschijnlijk al zijn - kun je een elektrisch verwarmde tafel voor één persoon maken voor ongeveer 100 euro. Dit zijn de kosten voor mijn tafel: 35 euro voor de verwarmingsfolie (ik kocht 2 meter voor 75 euro en knipte de rol tot ongeveer de helft af), 10 euro voor de thermostaat, 30 euro kurkisolatie en 40 euro voor de tweedehands “dubbele” groene wollen deken die erg groot en dik is. Totaal = 115 euro. Ik heb vier andere goedkope tweedehands dekens gekocht, allemaal in uitstekende staat. Je kunt honderden of zelfs duizenden euro’s uitgeven aan prachtige wollen dekens als je geld te over hebt. De kosten (en de bouwtijd) nemen toe naarmate de tafel groter wordt omdat er meer verwarmingsfolie en isolatie moet worden toegevoegd. ↩︎
Maak niet de fout om de warmtefolie op de vloer te leggen, zodat de energie omhoog naar de tafel wordt gestraald. Stralingswarmtebronnen werken niet door de lucht te verwarmen, maar door energie rechtstreeks naar je lichaam te stralen, waar ze wordt omgezet in warmte. Als de energie naar beneden straalt, zal het je dijen, knieën, onderbenen en voeten bereiken. Als de stralingsenergie daarentegen van onderaf komt, houdt de onderkant van de stoel het grootste deel tegen. Alleen je voeten worden direct blootgesteld, maar die worden alleen verwarmd als je je schoenen uittrekt. Je moet ook de ruimte onder de verwarmingsfolie isoleren en de bovenkant van de koolstof verwarmingsfolie beschermen tegen beschadiging, wat het bouwproces bemoeilijkt. ↩︎
Ingham, Peter, et al. “Wool and carpets-6000 years of innovation, quality and sustainability.” Key Engineering Materials 671 (2016): 490-496. Zie ook: McNeil, Steve. “The thermal properties of wool carpets.” Technical Bulletin, AgResearch, NZ. AgResearch Limited Lincoln Research Centre| e Se||-Corner Springs Road & Gerald Street, Lincoln ita mīta i, mīta i het Private Bag 4749 (2016). ↩︎

Zo bouw je een klein zonnesysteem

Sat, 20 Jul 2024 00:00:00 +0000

Afbeelding: een zonnepaneel met laadregelaar en loodzuurbatterij. Foto door Marie Verdeil.

Lezers vertelden me dat ze graag kleinschalige fotovoltaïsche installaties willen bouwen zoals de systemen die Low-tech Magazine’s website en kantoor van stroom voorzien. Alleen weten ze niet waar te beginnen en welke onderdelen te kopen. Deze handleiding brengt al die informatie samen: wat je nodig hebt, hoe alles te bedraden, wat de ontwerp-opties zijn, waar je zonnepanelen plaatst, hoe je stroom splitst en meetinstrumenten installeert. Het gaat in dit artikel over zonne-energiesystemen die batterijen opladen en eenvoudigere configuraties die geen batterij nodig hebben.

Conventionele PV-installaties worden op daken en in velden geïnstalleerd. Ze zetten de gelijkstroom (DC) elektriciteit die zonnepanelen produceren om in wisselstroom (AC) waarop de meeste apparaten werken. ’s Nachts en bij slecht weer vallen ze terug op het electriciteitsnet. Niets van dat in de kleine systemen die we in deze handleiding bouwen. Deze systemen zijn volledig onafhankelijk van het electriciteitsnet, werken zuiver op gelijkstroom, en voorzien geen hele huishoudens of steden van elektriciteit, maar eerder een kamer, een verzameling toestellen, of een specifiek toestel. Kleinschalige zonne-installaties als deze zijn een extreme vorm van gedecentraliseerde energievoorziening.

Het meeste werk bij het bouwen van een klein zonnesysteem is het kiezen van de juiste onderdelen en het bouwen van de structuur voor het zonnepaneel. De bedrading is redelijk eenvoudig, tenzij je een uitgebreid controlepaneel wil. Je hebt ook weinig gereedschap nodig: een striptang, een paar schroevendraaiers (ook kleintjes) en een houtzaag zijn onmisbaar. Een soldeerbout, een tang en een multimeter zijn handig, maar niet noodzakelijk.

Voor je begint: veiligheid

Bij gelijkstroom met lage spanning bestaat er geen risico op een fatale elektrische schok. Dat geldt zeker voor systemen die op 12 volt (V) werken. Afhankelijk van de elektrische geleiding van je lichaam (en andere factoren) mag er tot 20-50V door je lichaam stromen vooraleer je het met je leven bekoopt.¹

Toch hebben laagspanning zonne-energieysystemen ook risico’s. De grootste gevaren zijn pijnlijke elektrische schokken (niet dodelijk), brand, ontplofte batterijen en schade aan onderdelen. Als je je aan een paar simpele regels houdt, hoef je je geen zorgen om te maken. In al mijn zonne-energie-experimenten de voorbije zeven jaar heb ik nooit brand veroorzaakt of een schok gevoeld (maar wel een paar onderdelen kapot gemaakt).

Raak elektrische onderdelen nooit aan met natte handen.
Raak nooit het ontblootte stuk van een positieve en negatieve draad tegelijkertijd aan. Je wordt deel van het elektrische circuit en krijgt een elektrische schok. Het is geen enkel probleem om één draad aan te raken. Hetzelfde geldt voor batterij-uitgangen: één aanraken kan, twee tegelijk niet.
Verbind een positieve draad nooit met een negatieve draad. Dat veroorzaakt kortsluiting wat kan leiden tot een elektrische schok, schade aan onderdelen, brand of een ontplofte batterij. Gebruik verschillende kleuren voor positieve en negatieve draden en houd je daaraan.
Stop altijd een zekering in je zonnesysteem.
Zorg ervoor dat je kabels dik genoeg zijn.
Verbind een zonnepaneel nooit rechtstreeks met een batterij. Gebruik een laadregelaar tussenin.
Plaats een loodzuurbatterij nooit in een afgesloten container.

Voor je begint: laagspanning of hoogspanning?

Elektrisch vermogen (uitgedrukt in watt) staat gelijk aan stroom (in ampère) vermenigvuldigd met spanning (uitgedrukt in volt). Elektrisch vermogen (W) kan dus refereren naar een lage spanning (V) met een hoge stroom (A) of een hoge spanning met een lage stroom. Conventionele zonne-installaties voor thuisgebruik hebben altijd een transformator die de lage spanning (gelijkstroom) van een zonnepaneel omzet in de hogere spanning (wisselstroom) die door meeste apparaten gebruikt wordt. Je kan hetzelfde doen voor een klein zonnesysteem, maar het is beter om de transformator weg te laten en rechtstreeks met gelijkstroom en laagspanning aan de slag te gaan.²³ Dat is ook het type elektrische installaties dat je in auto’s, vrachtwagens, zeilboten, caravans en kampeerwagens vindt.

Vermogen (watt) = V (volt) x A (ampère)

De transformator weglaten heeft veel voordelen. In de eerste plaats maakt het de zonne-installatie goedkoper, want transformators zijn duur. Ten tweede verhoogt het de energie-efficiëntie van het hele systeem. Laagspanningsgelijkstroom omzetten naar hoogspanningswisselstroom kan tot 50 procent energieverlies met zich meebrengen in kleine zonnesystemen.

Hoogwaardige omvormers (“inverters”) kunnen meer dan 90% efficiënt zijn wanneer ze hun capaciteit volledig benutten. Wanneer de elektrische lading echter ver onder de maximumcapaciteit ligt van de transformator (wat vaak het geval is met kleine zonnesystemen), dan daalt de efficiëntie snel. Bovendien is er vaak extra energieverlies (5-15%) in het omzetten van AC naar DC omdat vele moderne toestellen intern op laagspanning werken. Dat energieverlies vindt plaats in de AC/DC-adapter van het toestel.

Hoogspanningswisselstroom (220-240V in Europa, 110V in de VS) is het resultaat van meer dan een eeuw gecentraliseerde energieproductie.² Elektriciteitscentrales die op fossiele brandstoffen draaien worden energie-efficiënter naarmate ze groter worden. In die zin is het logisch een aantal grotere centrales te bouwen en de energie te verdelen over een regio. Omdat energieverlies door weerstand evenredig is met het kwadraat van de stroom, zijn hoge spanningen de sleutel tot energie-efficiënte stroomoverdracht over langere afstanden.

Zonne-energie maakt deze aanpak overbodig. In tegenstelling tot een fossiele energiecentrale of een windmolen, hangt de efficiëntie van een zonnepaneel niet af van het formaat. Omdat de energie van zonnepanelen ter plekke gebruikt kan worden, is het bovendien niet nodig om zonne-energie om te zetten in hoogspanning en deze over grote afstanden te transporteren.

Je kan energieverliezen vermijden en een energie-efficiënter systeem creëren door een apparaat dat op gelijkstroom werkt rechtstreeks te koppelen aan een zonnepaneel. Praktisch gezien kan je hetzelfde toestel dan met een kleiner zonnepaneel van stroom voorzien, omdat er geen energieverlies is. Dit veronderstelt wel dat je toestellen met een laag voltage gebruikt. Je kan er bij gebrek aan alternatieven uiteraard voor kiezen af en toe een omvormer in te pluggen om een bepaald toestel te doen werken. Koop in dat geval geen te krachtige omvormer, want die moet op volle kracht draaien om efficiënt te zijn. Ik heb nog geen omvormers gevonden onder de 150 watt.

Voor je begint: heb je echt een batterij nodig?

De zon schijnt niet altijd. Vooral ’s nachts niet. Voeg je een batterij en een laadregelaar toe aan je zonnesysteem, dan kan je de verzamelde zonne-energie ook na zonsondergang gebruiken. Helaas zijn batterijen duur, kost de productie ervan veel energie, en hebben ze een korte levensduur.⁴ Batterijen zijn verantwoordelijk voor 80-90% van de totale kosten en geïnvesteerde energie over de gehele levensduur van een off-grid zonnesysteem.⁵ Ze introduceren ook laad- en ontlaadverliezen, die moeten worden gecompenseerd door grotere zonnepanelen. Voor loodzuurbatterijen, de meest kostenefficiënte optie, kunnen deze verliezen oplopen tot 20-30%.

Batterijen zijn verantwoordelijk voor 80-90% van de totale kosten en geïnvesteerde energie over de gehele levensduur van een off-grid zonnesysteem.

Deze handleiding is geen argument tegen energieopslag, die voor sommige toestellen zeker handig is. Maar vaak is het mogelijk een fotovoltaïsch zonnesysteem te bouwen zonder energieopslag. Zulke ‘directe’ zonnesystemen zijn goedkoper, sneller en eenvoudiger te maken. Met directe zonnestroom kan je overdag een waaier aan apparaten gebruiken, zelfs krachtige toestellen. Voorbeelden zijn elektrisch gereedschap en werkplaatsgereedschap, geluidssystemen en ventilatoren. Andere toestellen, zoals koelkasten, kooktoestellen en verwarmingssystemen, kunnen directe zonnestroom in combinatie met warmte- of koudeopslag gebruiken als goedkoop en duurzaam alternatief voor batterijen.⁶

Een deel van het geld dat je aan batterijen uitspaart, kan je uitgeven aan grotere zonnepanelen, waarmee je de stroomvoorziening vergroot bij minder optimaal weer. Een direct zonnesysteem kan dus perfect werken bij bewolkt weer, ook al werkt het niet tussen zonsondergang en zonsopgang. Deze aanpak werkt ook bijzonder goed voor het opladen van apparaten met batterijen, zoals smartphones, tablets, laptops, fietsverlichting, draagbaar elektrisch gereedschap en powerbanks. Je kan deze apparaten enkel overdag opladen, maar je kan ze na zonsondergang blijven gebruiken tot de batterij leeg is.

Het onderscheid tussen zonnepanelen met of zonder energieopslag is niet altijd heel duidelijk. Zo kun je bijvoorbeeld een zonnepaneel direct aansluiten op een USB-powerbank (met daartussen een DC-DC converter). Het systeem wordt dan een batterijopslagsysteem op basis van lithium-ion, waarbij gebruik wordt gemaakt van het energiebeheer dat al beschikbaar is in de powerbank. Als je draagbare LED-lampen oplaadt met batterijen, kan een zonnepaneel zonder batterijopslag ook ’s avonds licht bieden – een moderne benadering van de toorts.

Wat je nodig hebt: de onderdelen van een klein fotovoltaïsch systeem

Afbeelding: Een verzameling zelfgemaakte constructies voor zonnepanelen. Foto door Marie Verdeil.

Zonnepanelen zijn het belangrijkste onderdeel van alle systemen die we hier bouwen. Zonnepanelen zijn verkrijgbaar in verschillende spanningen, meestal 12V of 24V, soms 36V, 48V of hoger voor netgekoppelde systemen. Voor kleinschalige systemen is 12V of 24V wat je nodig hebt, vooral om mee te beginnen. Je vindt ook kleine zonnepanelen met spanningen onder de 12V.

Mensen vragen vaak welke zonnepanelen ze moeten kopen, maar veel advies kan ik niet geven. Je kan kiezen tussen mono- en polykristallijne zonnepanelen. De eerste zijn krachtiger en duurder, maar het verschil is klein. Bijna alle zonnepanelen worden in China gemaakt, waar je ze ook koopt.⁷ Een goed advies is om prijzen te vergelijken en er eentje te kopen dat niet uitzonderlijk goedkoop of duur is.

De andere onderdelen zijn afhankelijk van het type installatie dat je wil bouwen. Een zonne-installatie met batterijopslag heeft ook een laadregelaar en een batterij nodig. Voor een batterijloos, direct zonnesysteem is alleen een DC-DC converter nodig (of zelfs niet). Beide systemen hebben ook elektrische kabels, zekeringen en connectoren nodig. Optionele onderdelen zijn aan/uit-knoppen en meetinstrumenten.

Afbeelding: Een laptop die wordt aangedreven door een zonnepaneel, laadregelaar, batterij en omvormer. 1. Zekering. 2. Omvormer. Illustratie door Marie Verdeil.

Afbeelding: Een laptop die wordt aangedreven door een zonnepaneel, laadregelaar en batterij. Geen omvormer. 1. Zekering. 2. Voedingsadapter (12V). Illustratie door Marie Verdeil.

Afbeelding: Een laptop die wordt aangedreven door een zonnepaneel en een DC-DC-converter. Geen laadregelaar, geen accu, geen omvormer. 1. Zekering. 2. DC-DC-omzetter (variabele ingangsspanning, 12V-uitgang). 3. Voedingsadapter (12V). Illustratie door Marie Verdeil.

Afbeelding: Een ventilator aangedreven door een zonnepaneel. Geen DC-DC-omzetter, geen laadregelaar, geen batterij, geen omvormer. 1. Zekering. 2. schottkydiode. 3. Ventilator. Illustratie door Marie Verdeil.

Hoe verbind je zonnepanelen in serie en parallel?

Zonnepanelen kunnen individueel, in serie of parallel gebruikt worden. Wanneer je zonnepanelen parallel aansluit, blijft de uitgangsspanning gelijk, maar verdubbelt de stroomopbrengst. Dat is de meest voorkomende opstelling. Heb je (bijvoorbeeld) 50W aan zonne-energie nodig, dan kan je een zonnepaneel van 50W kopen of een aantal kleinere (2x25W or 5x10W) en die parallel opstellen.

Meerdere kleinere panelen kopen in plaats van één groot paneel is niet de goedkoopste optie, want kleinere zonnepanelen kosten meer per watt piekvermogen. Maar soms is het de enige manier om panelen te plaatsen waar je ze wil hebben. Mijn vensterbank is bijvoorbeeld te smal voor een zonnepaneel van 60W, maar ik kan wel drie zonnepanelen van 20W naast elkaar monteren. Het zou goedkoper en makkelijker zijn om één zonnepaneel van 60W te hebben met een formaat dat overeenkomt met mijn vensterbank, maar dat formaat is niet verkrijgbaar.

Wanneer je zonnepanelen parallel aansluit, blijft de uitgangsspanning gelijk, maar verdubbelt de stroomopbrengst.

Je kan zonnepanelen ook in serie opstellen. De uitgangsspanning verdubbelt, maar de stroomopbrengst blijft hetzelfde. Door zonnepanelen in serie te bedraden, kan je 24V-apparaten van stroom voorzien met 12V-zonnepanelen. Je kan natuurlijk net zo goed een 24V-zonnepaneel kopen. Je kiest best voor zonnepanelen van hetzelfde type, ongeacht of je ze in serie of parallel aansluit.

Je kan zonnepanelen ook serieel én parallel aansluiten. Zo kan je bijvoorbeeld twee groepen van drie 12V-panelen parallel aansluiten en de twee groepen vervolgens in serie met elkaar verbinden. Het resultaat is een 24V-systeem met de gecombineerde stroomopbrengst van drie zonnepanelen. Met batterijen kan je hetzelfde doen voor hetzelfde effect.

Illustratie: hoe je zonnepanelen in serie (links) en parallel (rechts) aansluit. Illustratie door Marie Verdeil.

Illustratie: hoe je zonnepanelen parallel en in serie kunt aansluiten in hetzelfde circuit. Illustratie door Marie Verdeil.

Hoe bouw je een zonnesysteem met batterij-opslag?

Als je een zonne-energiesysteem met batterijopslag bouwt, heb je een zonnelaadregelaar en een batterij nodig. De meeste off-grid zonne-installaties werken op loodzuurbatterijen. Voor draagbare zonnesystemen met batterijen is lithium-ion de meest praktische optie. In andere gevallen zijn loodzuurbatterijen nog steeds de veiligste en meest betaalbare optie. Ze vragen minder ingewikkelde laadsoftware dan lithium-ionbatterijen. Er zijn veel andere, minder vaak voorkomende batterijtypen, maar daar ga ik hier niet verder op in.

Laadregelaars

Koppel een zonnepaneel nooit rechtstreeks aan een batterij. Wil je zonne-energie voor later bewaren, installeer dan een laadregelaar. Een zonnelaadregelaar reguleert de uitgangsspanning van het zonnepaneel alnaargelang de spanning die de batterij nodig heeft in verschillende oplaadfases. De laadregelaar zorgt ook voor een stabiele 12V output van de batterij en legt het systeem stil wanneer de spanning onder een bepaald niveau zakt. De meeste zonnelaadregelaars hebben een optie-menu om die waarden aan te passen.

Er zijn honderden soorten zonnelaadregelaars. Naar mijn ervaring werken ze allemaal goed voor kleine zonnesystemen. De goedkoopste laadregelaars functioneren prima, maar ze moeten op de juiste spanning werken en voldoende capaciteit hebben). Duurdere laadregelaars (zoals MPPT) zijn niet de moeite waard voor kleinschalige systemen. Als je systeem met lithium-ionbatterijen werkt, heb je een andere, duurdere zonnelaadregelaar nodig. Als je handig bent met elektronica, kan je de regelaar ook zelf bouwen.⁸

Afbeelding: Verschillende soorten zonnelaadregelaars. Foto door Kris De Decker.

Batterijen

Het type batterij dat je nodig hebt voor een kleinschalig zonnesysteem is een gesloten loodzuuraccu. Voor een zonnepaneel van 12V, heb je een 12V batterij nodig. Als je een 24V zonnepaneel gebruikt, heb je een 24V accu nodig. Draag goed zorg voor loodzuurbatterijen, want ze kunnen snel kapot gaan. Het is belangrijk dat hun spanning niet onder een bepaald niveau daalt en dat ze regelmatig volledig opgeladen worden. Bewaar een loodzuuraccu nooit gedurende langere tijd zonder opladen. Houd de batterij aangesloten op een zonnepaneel, zeker als je voor langere tijd op vakantie gaat.

Draag goed zorg voor loodzuurbatterijen, want ze kunnen snel kapot gaan.

Is de laadregelaar aan een zonnepaneel en batterij gekoppeld, dan zal de laadregelaar de accu loskoppelen als de spanning onder een bepaald niveau daalt (meestal 12V). Deze waarde kan je aanpassen in het menu. Je kan tot 11V gaan, ten koste van de levensduur van de batterij. Als je de batterij een langere levensduur wil geven, kan je de waarde ook hoger instellen, bijvoorbeeld op 12,2 of 12,5V. In dit geval zal je aan energieopslagcapaciteit inboeten.

Plaats een loodzuuraccu niet in een gesloten container. Plaats een zekering in de positieve draad tussen de accu en de zonnelaadcontroller, zo dicht mogelijk bij de batterij. Controleer de spanning met een digitale voltmeter. Als je meer wil weten over batterijen, is de Battery University een goed vertrekpunt.

Bedrading

Zonnelaadregelaars verbinden alle andere onderdelen van een zonnesysteem met energieopslag: de batterij, het zonnepaneel en de elektrische apparaten die je van stroom voorziet. Er steken zes draden uit een laadregelaar: twee naar de accu, twee naar het zonnepaneel en twee naar de elektrische belasting. Je moet de componenten altijd in de hieronder beschreven volgorde aansluiten.

Sluit de accu aan op de zonnelaadregelaar (accusymbool)
Sluit het zonnepaneel aan op de zonnelaadregelaar (zonnepaneelsymbool)
Sluit de elektrische belasting aan op de zonnelaadregelaar (lichtsymbool)

Om los te koppelen, ga je in tegengestelde richting te werk:

Ontkoppel de elektrische belasting van de zonnelaadregelaar (lichtsymbool)
Koppel het zonnepaneel los van de zonnelaadregelaar (zonnepaneelsymbool)
Koppel de accu los van de zonnelaadregelaar (accusymbool)

Sluit het zonnepaneel nooit aan op de laadregelaar als deze niet op de accu is aangesloten. Beschouw de batterij en de laadregelaar als één geheel. Voorkom dure fouten door na zonsondergang aan zonnesystemen te werken, of door de zonnepanelen overdag af te dekken.

Hoe bouw je een zonnesysteem zonder batterij-opslag?

Bij het gebruik van directe zonnestroom is er geen batterij of laadregelaar nodig. Het zonnepaneel is rechtstreeks op het gevoede apparaat aangesloten of heeft daartussen een DC-DC-omzetter. Sommige apparaten functioneren perfect met fluctuerende spanningen, zoals ventilatoren, pompen en andere apparaten met een gelijkstroommotor. Afhankelijk van de spanning zal de motor sneller of trager draaien. Ook verwarmingselementen kunnen op verschillende spanningen werken. Andere apparaten – zoals alle elektronica – hebben daarentegen een nauwkeurige en constante ingangsspanning nodig. Een DC-DC (“buck” of “boost”) omzetter is dan essentieel om die stabiele spanningsingang te bieden.

DC-DC-omzetters

Een DC-DC-omzetter is een elektronische module die de ingangsspanning van een zonnepaneel (of andere stroombron) omzet in een stabiele uitgangsspanning voor een apparaat, bijvoorbeeld 5V voor USB-gadgets en 12 tot 20V voor elektrisch gereedschap. “Step down” of “buck”-omzetters verlagen de uitgangsspanning ten opzichte van de ingangsspanning. “Boost” converters verhogen de spanning op een vergelijkbare manier. Een DC-DC-converter brengt energieverlies met zich mee, maar dat verlies is kleiner dan de verliezen van batterijen, omvormers en AC/DC-adapters.

Voor zonnesystemen zonder batterijopslag is het belangrijk te weten dat 12V-zonnepanelen meer dan 12V produceren. In volle zon zal de uitgangsspanning dichter bij 20V liggen. Hetzelfde geldt voor 24V-zonnepanelen, die een uitgangsspanning zullen hebben van ongeveer 32V. De 12V- of 24V-aanduiding refereert simpelweg aan het type accusysteem waarvoor je je zonnepaneel wil gebruiken. Wil je 12V-apparaten rechtstreeks op een zonnepaneel laten werken, dan heb je dus een DC-DC-module nodig die de 20V-instroom omzet in een stabiele 12V-uitstroom. Als je 5V-apparaten wil gebruiken, heb je een module nodig met een constante 5V-uitvoer.

Zorg ervoor dat je de juiste elektronische module hebt. De meest veelzijdige DC-DC converter accepteert een breed scala aan ingangsspanningen en zet deze om naar elke gewenste uitgangsspanning. Dit type DC-DC-converter kan rechtstreeks op een zonnepaneel worden aangesloten en kan alle apparaten van stroom voorzien, ongeacht de spanning waarop ze werken. Met dergelijke modules kan je de uitgangsspanning aanpassen door aan een klein schroefje te draaien of op een knopje te drukken. Sommige buck- en boost-omzetters hebben een klein digitaal scherm waarop de uitgangsspanning wordt weergegeven. Gebruik anders een multimeter om de uitgangsspanning aan te passen.

Andere DC-DC-converters hebben een nauwkeurige spanningsingang nodig en kunnen daarom alleen worden aangesloten op een stabiele spanningsbron, zoals een 12V-accu. Er zijn ook DC-DC-omzetters met een variabele ingangsspanning maar een vaste uitgangsspanning. Deze kunnen rechtstreeks op een zonnepaneel worden aangesloten. Zorg er in dat geval voor dat de uitgangsspanning overeenstemt met het apparaat dat je van stroom wilt voorzien.

Afbeelding: Een verzameling DC-DC-omzetters. Foto door Kris De Decker

Afbeelding: Een 5 watt 12V zonnepaneel met een 12V naar 5V buck-omzetter. Met de connector aan de linkerkant kan je de DC-DC-omzetter makkelijk loskoppelen en het zonnepaneel aan een laadregelaar koppelen. Foto door Kris De Decker

Bedrading

Het aansluiten van een direct zonnesysteem zonder batterijopslag is eenvoudig. Is er geen DC-DC omvormer aanwezig, schroef dan de + en de - van het zonnepaneel op de + en de - van het toestel en zet er een zekering tussen. Voeg eventueel een aan/uitknop toe. Zorg ervoor dat het toestel dat je van stroom voorziet de juist spanning ontvangt.

Als het directe zonne-PV-systeem een DC-DC-omvormer heeft, sluit je de plus en de min van het zonnepaneel aan op de plus en de min van de ingang van de DC-DC-omvormer. Verbind daarna de plus en de min van de uitgang van de DC-DC-converter met de plus en de min van het apparaat. Zet er een zekering tussen.

Bij sommige modules moet je de draden erop solderen, andere modules hebben schroeven of pluggen. Wanneer de DC-DC converter een variabele uitgangsspanning heeft, kan je het zonnepaneel voor verschillende soorten apparaten gebruiken door aan het kleine schroefje te draaien. Het alternatief is een controlepaneel bouwen dat apparaten met verschillende spanningen kan aandrijven.

Het formaat bepalen van je zonnepaneel, batterij en andere onderdelen

Alle componenten van een zonne-installatie moeten op elkaar afgestemd worden. Dat is veel makkelijker voor een zonnesysteem met directe aandrijving dan een zonnesysteem met batterijopslag.

Zonder batterijen

In een direct zonnesysteem is de keuze van het zonnepaneel niet moeilijk. Je stemt de stroomproductie van het zonnepaneel af op het apparaat dat je wil opladen of van stroom voorzien. Zonnepanelen bereiken echter zelden hun maximale stroomproductie, dus je kiest best een zonnepaneel met een vermogen twee zo groot als het vermogen van het apparaat dat je wil aansluiten. Als je het ook bij bewolkt weer wil laten werken, moet je het paneel nog groter maken. Lichte bewolking heeft weinig effect op de energieproductie, maar zware bewolking kan de productie quasi stilleggen.

Een laptop die je rechtstreeks op een zonnepaneel laat draaien, heeft tijdens het opladen veel meer stroom nodig dan wanneer de batterij volledig is opgeladen (of wanneer deze zonder batterij werkt). Een zonnepaneel kan groot genoeg zijn om een laptop van stroom te voorzien, maar niet om diens batterij op te laden.

Met batterijen

De grootte van het zonnepaneel berekenen voor een PV-installatie met batterij is veel ingewikkelder. In dit geval komt er ook een extra uitdaging bij: het kiezen van het formaat van je batterij. Een zonne-energiesysteem met batterij heeft een groter paneel nodig om extra energie op te slaan voor de nacht en voor periodes van slecht weer. Je moet ook rekening houden met het lokale klimaat. In minder zonnige klimaten met grotere seizoensverschillen - zoals België en Nederland - heb je in de winter veel grotere panelen nodig om de accu’s op te laden. Bovendien bedragen de verliezen bij het laden en ontladen bij loodzuuraccu’s 20-30% en bij lithium-ionbatterijen ongeveer 10%.

Nachtelijke energieopslag

Bij het dimensioneren van een zonnepaneel voor een direct zonnesysteem moet je alleen maar naar het vermogen kijken.⁹ Bij een zonne-installatie met een batterij moet je ook berekenen hoeveel energie je nodig hebt. Het energieverbruik komt overeen met het vermogen vermenigvuldigd met de tijd. Wil je bijvoorbeeld na zonsondergang een verlichtingssysteem van 20 W nog 6 uur laten werken, dan heb je 6 uur x 20 watt vermogen = 120 wattuur energie nodig.

Energie (wattuur) = vermogen (watt) x tijd (uren)

Het juiste formaat vinden van de batterij en het zonnepaneel kan in eerste instantie lastig lijken. Om de grootte van de ene te berekenen, moet je immers de grootte van de andere weten, dus waar begin je? In het algemeen is het best om eerst te bepalen welk batterijformaat je nodig hebt. Als we ons aan bovenstaand voorbeeld houden, heb je een energieopslag nodig van 120 wattuur om de lampen 6 uur te laten branden.

Helaas mag je de batterijen niet volledig ontladen. Loodzuurbatterijen mogen niet onder de 50% van hun maximale capaciteit zakken, en lithium-ionbatterijen niet onder de 15%. Als je 120 wattuur opslagcapaciteit nodig hebt, heb je dus een loodzuuraccu van 240 wattuur nodig (of een lithium-ionbatterij van 138 wattuur). Ten tweede moet je rekening houden met de laad- en ontlaadverliezen, die minstens 20% (of 48 wattuur) aan het totaal toevoegen, wat neerkomt op een loodzuuraccu-opslagcapaciteit van 288 wattuur (10% voor lithium-ionbatterijen, 152 wattuur). Om het juiste formaat batterij te vinden, moet je deze waarde omrekenen naar ampère-uren, omdat de opslagcapaciteit van batterijen op die manier wordt gespecificeerd. Voor een loodzuuraccu van 12 V komt 288 wattuur overeen met een accuopslagcapaciteit van 24 Ampère-uur (Ah) (288/12=24).

Nu je de grootte van de accu kent, kan je het formaat van het zonnepaneel bepalen. Dat moet in ieder geval groot genoeg zijn om de accu bij helder weer op de kortste dag van het jaar volledig op te laden. Dat is een minimumvereiste omdat loodzuuraccu’s regelmatig volledig moeten worden opgeladen. Als je in een bewolkt klimaat woont, kan je het zonnepaneel beter zo groot maken dat de batterij ook bij matige bewolking volledig kan worden opgeladen. Als er overdag ook zonne-energie wordt verbruikt, moet je daar ook rekening mee houden en wordt de totale zonnepaneeloppervlakte opnieuw groter.

In het geval van loodzuurbatterijen begint de berekening met een waarde van slechts de helft van de batterijcapaciteit. Je ontlaadt de batterij immers nooit onder 50%, dus het zonnepaneel moet slechts 50% (of minder) van de opslagcapaciteit bijladen. Een batterij van 288 wattuur volledig opladen vraagt dus 144 wattuur stroom van het zonnepaneel.

Vervolgens begin je met een willekeurig formaat zonnepaneel en zie je wat dat geeft. In bovenstaand voorbeeld zal een zonnepaneel van 50 watt dat op halve kracht werkt (25 W) in minder dan 6 uur 144 Wh opleveren, wat genoeg is om een batterij volledig op te laden in de regio waar ik woon (Barcelona). Een paneel van 20 W dat op halve kracht draait, zou daarentegen 14,4 uren nodig hebben voor het hetzelfde resultaat. Dat is dus te klein, want zelfs in juni is de dag nooit zo lang.

Energieopslag bij slecht weer

Bovenstaande batterij-opslag is slechts voldoende om de nacht door te komen bij optimaal weer. Maar ze zal de lichten ’s avonds niet aan kunnen houden als het weer overdag tegenwerkt. Om dat op te lossen, vergroot je oftewel de batterij-opslag oftewel de oppervlakte van je zonnepaneel.

De meest efficiënte optie is om meer of grotere zonnepanelen te installeren en de batterij-opslag ongewijzigd te laten. Zonnepanelen zijn namelijk veel goedkoper en minder energie-intensief dan batterijen. Omdat het zonnepaneel groter is, zal de batterij ook onder een wolkenpak volledig opladen. Je hebt dan natuurlijk voldoende ruimte nodig voor grotere (of extra) zonnepanelen, wat niet altijd het geval is.

Wil je energiezekerheid vinden met een uitgebreider batterijsysteem, dan vermenigvuldig je de vereiste batterijcapaciteit met het aantal slecht-weer-dagen waarin je stroom nodig hebt. Heb je bijvoorbeeld een 24 Ah batterij nodig om de lichten een avond te laten branden, dan heb je een 3 x 24 Ah = 72 Ah batterij nodig om drie dagen zonder zonnestroom te compenseren.

Dit is een worst-case scenario en in plaats van opslagcapaciteit toe te voegen, kan je op die momenten ook je energieverbruik verlagen door minder lichten te gebruiken of door ze minder lang te gebruiken. De grootte van je batterij is altijd een compromis tussen energiezekerheid aan de ene kant en kosten (geld en energie) aan de andere kant. Je moet dus bereid zijn om op bepaalde dagen je energievraag aan te passen.¹⁰ Alleen fossiele brandstoffen bieden 100% energiezekerheid, tot ze op zijn natuurlijk.

Nadat je beslist hebt hoeveel extra batterijcapaciteit je nodig hebt, moet je het oppervlak van je zonnepanelen naar verhouding vergroten. Al die batterijen moeten immers opgeladen worden. Bereken zoals hierboven.

Online software

Ik heb al mijn kleinschalige zonne-installaties opgemeten door snelle berekeningen zoals hierboven en door te experimenteren. Maar je kan ook online rekensoftware gebruiken, zoals deze. Na het kiezen van het systeem (“off-grid”) en de lengtegraad, voer je de gegevens in van het geïnstalleerde PV piekvermogen (in Wp), batterijcapaciteit (in Wh), ondergrens waarbij batterij wordt afgekoppeld (in %), energieverbruik (in Wh), de hellingshoek (in graden) en azimut (in graden, de positie van het PV-paneel ten opzichte van de richting pal zuid). Als resultaat krijg je de gemiddelde dagelijkse energieproductie voor alle maanden van het jaar. Je kan dan spelen met de verschillende variabelen om te weten te komen wat je minimaal nodig hebt aan energieproductie en -opslag.

Andere onderdelen kiezen: laadregelaars, DC-DC-omzetters, kabels, connectoren & zekeringen

Eens je het paneel en - indien nodig - de batterij hebt gekozen, kan je alle andere onderdelen kiezen: laadregelaars, DC-DC-omzetters, kabels, connectoren, zekeringen en schakelaars. In dit geval gaat ‘grootte’ of ‘formaat’ niet zozeer over de werkelijke grootte, maar wel over de hoeveelheid vermogen (voltage en stroom) dat een component aan kan.

Laadregelaars en DC-DC-omzetters

Zowel laadregelaars (voor zonne-energiesystemen op batterijen) als DC-DC-omzetters (voor directe zonne-energiesystemen) moeten compatibel zijn met het voltage dat het zonnepaneel produceert. Gebruik je een zonnepaneel van 12V en een batterij van 12V, dan moet je laadregelaar ook op 12V werken. Gebruik je geen batterij voor je 12V zonnepaneel, dan heb je voor de DC-DC-omzetter een input nodig die overeenstemt met de voltage output van je zonnepaneel (19-20V in volle zon).

Produceert je zonnepaneel 3A stroom, dan heb je een DC-DC-omzetter of een laadregelaar nodig die minstens 3A stroom verdraagt.

Net zo belangrijk is dat beide componenten de hoeveelheid stroom (A) verdragen en daarvoor moet je weten hoeveel stroom je zonnepaneel produceert. Die informatie vindt je op de achterzijde van je paneel (of je meet het met een multimeter). Produceert je zonnepaneel bijvoorbeeld 3A stroom, dan heb je een DC-DC-omzetter of laadregelaar nodig die minstens 3A stroom verdraagt. Met twee van deze panelen parallel geschakeld, moeten je onderdelen 6A stroom aankunnen. De goedkoopste DC-DC-omzetters kunnen slechts 2 tot 5A aan en de goedkoopste zonnelaadregelaars maximum 5A. De prijs van beide componenten stijgt snel al naargelang hun stroomcapaciteit verhoogt.

Kabels

Elektrische bedrading is te koop in vele diameters. Zorg ervoor dat de kabels dik genoeg zijn voor de stroom die erdoor moet vloeien om een elektrische brand te vermijden. Elektrische laagspanningssystemen hebben kabels met een grotere diameter nodig dan hoogspanningssystemen, omdat er meer stroom doorheen vloeit. Het maken van de juiste keuze kan verwarrend zijn want er zijn verschillende standaarden, en geen enkele ervan is gemakkelijk te begrijpen.

De makkelijkste oplossing is om alle componenten te bedraden met een kabel met relatief grote diameter, zoals 20AWG (maximaal 11A) of 18AWG (max 16A). Kiezen voor een dikkere kabel bespaart kosten en werk als je je zonnesysteem later wil uitbreiden. Het enige nadeel van de dikkere kabel is dat deze duurder is. Een goedkope oplossing is om oude elektrische kabels te gebruiken van afgedankte toestellen. Je kan ze open snijden om de positieve en negatieve draad te ontbloten.

Zekeringen

De zekering is een essentieel veiligheidsonderdeel dat de elektrische stroom in het circuit onderbreekt als er iets fout gaat. Je kan een zonne-installatie bouwen zonder zekeringen, maar dan riskeer je een elektrische brand of schade aan onderdelen bij kortsluiting. Een zekering moet een maximum stroomcapaciteit hebben die net iets hoger ligt dan de piekstroom in je systeem. Bij kortsluiting stijgt de stroom en brandt de zekering door. Eens je het probleem hebt opgelost, kan je de zekering vervangen.

Een zekering moet een maximum stroomcapaciteit hebben die net iets hoger ligt dan de piekstroom in je systeem.

Als de maximale stroom in het systeem 5A is, zorg dan voor een zekering van 6A of 7A. Het zonnepaneel en de accu bepalen de maximale stroomproductie van het systeem. Maar let op: in een zonnesysteem op batterijen kan de stroom tussen de batterij en de elektrische belasting een stuk hoger liggen dan tussen het zonnepaneel en de batterij. Dit gebeurt wanneer je een toestel met hoog stroomverbruik aan je batterij verbindt (met of zonder de laadregelaar ertussen). In dat geval heb je dikkere kabels en zwaardere zekeringen nodig tussen de batterij en het apparaat dat je aandrijft.

Een zekering moet zo dicht mogelijk bij de energiebron liggen (het zonnepaneel of de batterij). Extra zekeringen kunnen ook toestellen beschermen tegen problemen met DC-DC-omzetters. Er zijn twee soorten zekeringen: de ouderwetse, die bestaat uit een kleine, glazen tube in een zekeringhouder, of de nieuwere soort: plastic kaartjes die iets makkelijker te vervangen zijn. Een stroomonderbreker kan een alternatief zijn voor een zekering.

Afbeelding: Twee soorten zekeringen en zekeringhouders. Foto door Kris De Decker

Connectoren

Je hebt connectoren nodig om twee kabels te verbinden, bijvoorbeeld wanneer je een zekering aan je circuit toevoegt. Er zijn verschillende soorten. Soms moet je kabels in een connector schroeven, andere plugs werken zonder schroevendraaier. Je kunt de draden ook aan elkaar solderen.¹¹ Connectoren hebben vaak een maximale stroomcapaciteit van 10A of 20A, waardoor ze geschikt zijn voor de meeste kleinschalige zonne-energiesystemen.

Afbeelding: Verschillende soorten connectoren. Foto door Kris De Decker.

Schakelaars

Schakelaars zorgen ervoor dat je je elektrisch circuit kan openen en sluiten. Ze zijn handig wanneer je stroom splitst om die naar bepaalde toestellen te sturen (maar niet naar anderen). Een eenvoudige schakelaar heeft één ingang een één uitgang (’enkelpolige’ schakelaar). Deze wordt, net als een zekering, in de positieve draad geplaatst. Aan-uitschakelaars die oplichten wanneer ze actief zijn, zijn iets ingewikkelder om aan te sluiten.¹²

Afbeelding: Verschillende soorten schakelaars. Foto door Kris De Decker.

Hoe bouw je een draagstructuur?

Het is verstandig je zonnepaneel op een draagstructuur te bevestigen. Dat maakt het gebruiksvriendelijker en biedt bescherming aan een object dat 30 jaar of meer moet meegaan. Commercieel beschikbare structuren voor zonnepanelen zijn vaak duurder dan de panelen zelf. Dat is een eerste reden om er zelf een te bouwen. Een andere reden is dat het je toelaat om de structuur volledig op maat te maken van een specifieke plek.

Er zijn veel manieren om een draagstructuur te bouwen, zowel voor stationair als mobiel gebruik. Ik beschrijf hieronder hoe ik mijn eigen systemen heb gemaakt, meestal op basis van afvalhout en metalen houtverbindingen. Je kan zonnepanelen ook bevestigen aan bestaande structuren, zoals een schildersezel, een oud bedframe of wat je ook maar kan vinden.

Hoe bevestig je het paneel aan de structuur?

Ik gebruik twee methodes om zonnepanelen aan dragers te bevestigen. Voor de eerste methode zoek ik stukken hout die ongeveer dezelfde dikte hebben als het paneel, schuif ze in het aluminiumkader en schroef ze vast in de vier voorgemaakte gaten (kleinere panelen hebben slechts 2 gaten). Idealiter past een houten stuk onder twee van die openingen, maar met vier aparte stukjes hout lukt het ook.

Vervolgens verbind je deze houten stukken met twee andere houten stukken die je gekruist over de eerste legt. Het zonnepaneel zit nu stevig vast op een houtstructuur. Plaats voldoende hout onder het zonnepaneel waar je de scharnieren gaat bevestigen (zie verder) die het zonnepaneel aan het onderste deel van de constructie bevestigen en waarmee je het in verschillende kantelhoeken kunt instellen.

Afbeelding: twee zonnepaneelconstructies met vaste hoek op het balkon. Foto door Kris De Decker.

Wees voorzichtig: zonnepanelen zijn delicaat. Wanneer je hout in het aluminium van het zonnepaneel bevestigt, moet je oppassen dat je schroef niet te lang is en het zonnepaneel doorboort. Zelfs het kleinste gaatje kan ervoor zorgen dat het paneel nooit meer werkt. Pas ook op dat er niets op je werkblad ligt wanneer je de voorzijde van het paneel neerlegt op een oppervlak, bijvoorbeeld om de houtstructuur achteraan te bevestigen. Als je te veel druk uitoefent en er ligt bijvoorbeeld een schroef onder je paneel, maak je het glas kapot.

Een andere methode is het bouwen van een kader rond het paneel, alsof het een schilderij is. De achterkant van het kader is een dunne houten plaat, aan elke zijde net iets groter dan het zonnepaneel. Je maakt een gat in het midden van de plaat om er de kabels door te trekken en aan de zijkant van het plakkaat bevestig je houten latjes, zodat het zonnepaneel ertussen past. Als laatste bevestig je kleine metalen of houten stukjes aan de voorzijde die ervoor zorgen dat het paneel op zijn plaats blijft. Vervolgens kan je een scharnier toevoegen en de bovenstructuur verbinden met een lagere draagstructuur.

Afbeelding: Een zonnepaneel op een oude IKEA lampenstandaard. Foto door Marie Verdeil

Afbeelding: Een zonnepaneel bevestigd aan een schildersezel. Foto door Marie Verdeil.

Hoe verstel je de kantelhoek en de rotatie van het paneel?

Omdat de stand en oriëntatie van de zon gedurende de dag en het jaar variëren, maakt een zonnepaneel met een vaste positie geen optimaal gebruik van zonne-energie. Het zal alleen zijn maximale capaciteit genereren als de zonnestralen loodrecht op het paneel vallen.

De meest gebruikte systemen hebben zonnepanelen met een vaste hoek en richting. Kleinschalige zonnesystemen werken prima zo. Maar in tegenstelling tot zonnepanelen op daken, zijn kleine panelen meestal binnen handbereik en kan je een manueel mechanisme toevoegen zodat hun hoek en misschien zelfs hun oriëntatie tegenover de zon kan variëren. Je zou de hellingsgraad dan elk seizoen kunnen aanpassen, terwijl je het zonnepaneel een aantal keer per dag naar de zon draait. Dat kan allemaal automatisch, met elektronica, of manueel. Het manueel aanpassen van hellingshoek en oriëntatie is vooral handig bij het gebruik van directe zonnestroom, omdat je dan meestal aanwezig bent.

Het toevoegen van beide mechanismen bemoeilijkt het ontwerp van de draagstructuur. Meestal is een structuur met een variabele hellingshoek voldoende. Panelen in een bijna verticale positie kantelen is de sleutel voor voldoende zonne-energie in de winter, wanneer energietekorten het meest waarschijnlijk zijn.

Afbeelding: Dit paneel kan kantelen en om de as draaien. Foto door Marie Verdeil.

De ideale hellingshoek van een zonnepaneel hangt af van het seizoen en de locatie. Dat kan je snel berekenen met online tools. Bijvoorbeeld in Brussel varieert de optimale hellingsgraad tussen 16 graden (verticaal vertrekpunt) in december en 62 graden in juni. Een vaste hoek van 50 graden is dan een compromis tussen winter en zomer.

Waar zet je het zonnepaneel?

Kleinschalige zonne-energiesystemen kunnen mobiel zijn of een vast plaats hebben. Je kan ze op vensterbanken, balkons, terrassen en binnenplaatsen installeren. Je kan ze in een rugzak stoppen en meenemen. Ze kunnen ook binnen staan, dicht bij een raam. Zo heb ik een paneel op mijn bureau voor het raam. Het is verbonden aan een batterij, laadregelaar en een ingebouwd lampje. Het werkt goed in de winter wanneer de zon laag aan de hemel staat en zonlicht diep in de kamer doordringt. Binnenskamers zonne-energie verzamelen is misschien niet het meest efficiënt, maar de structuur moet niet bestand zijn tegen wind en regen.

Hoe zet je de zonnepanelen op een veilige manier vast?

Het zonnepaneel mag uiteraard niet van de vensterbank of het balkon vallen. Bouw dus een stevige structuur, die bestand is tegen een storm. Ik heb mijn draagstructuren tussen het raamkader en een metalen houder voor plantenbakken geperst. Zonder deze houder zou ik de zonnepanelen waarschijnlijk nooit hebben durven installeren op de smalle vensterbanken. Je kan de basis van een draagstructuur ook verzwaren met stenen en ‘dode’ loodzuurbatterijen, zodat de wind er geen vat op heeft.

Zonnepanelen op balkons hebben minder kans om naar beneden te vallen. Toch is het belangrijk ze voldoende te verzwaren of vast te maken want zonnepanelen zijn goede windvangers. Ik heb twee grote structuren gebouwd, een voor een 30W zonnepaneel (die deze website van stroom voorziet) en een voor twee panelen van 50W, die energie leveren voor de woonkamer. De kleinere structuur is eveneens plantenbakhouder, en de grotere doet ook dienst als opslagkist vol spullen. Al mijn zonnepanelen - op de vierde verdieping van het gebouw - hebben intussen verschillende stormen doorstaan zonder schade.

Afbeelding: Twee kleinschalige zonnesystemen (100 watt en 30 watt) op het balkon. Foto door Kris De Decker.

Afbeelding: Een draagstructuur voor een 30W zonnepaneel met daarin een plantenbak. Foto door Kris De Decker.

Afbeelding: drie 10W zonnepanelen op een vensterbank. Foto door Kris De Decker.

Stroom splitsen en verschillende toestellen simultaan aandrijven

Wanneer je een zonne-energiesysteem hebt gebouwd, kan je er elektrische apparaten op aansluiten. Als de zonne-installatie slechts één doel heeft, sluit dan het elektrische apparaat aan op de zonnelaadregelaar, de DC-DC-omzetter of het zonnepaneel. Misschien wil je ook een schakelaar om het systeem aan en uit te zetten.

Maar misschien wil je ook een flexibeler systeem, waarbij je de stroom kan verdelen over verschillende toestellen om die tegelijkertijd of afwisselend te gebruiken. Dat is eenvoudig als alle toestellen op hetzelfde voltage draaien. Je hebt alleen een connector nodig met twee ingangen (een plus en een min) aan de ene kant en verschillende uitgangen aan de andere kant. Je kan eventueel nog een aan-uitknop toevoegen per circuit in plaats van (of bovenop) een schakelaar voor het hele systeem. Wil je toestellen gebruiken met verschillende voltages, dan moet je de stroom splitsen via verschillende DC-DC-omzetters naar de afzonderlijke stroomcircuits.

Het splitsen van stroom werkt voor directe zonne-installaties en voor zonne-energiesystemen met een batterij. Maar je bouwt ze een beetje anders. Wanneer je een accu en een laadregelaar gebruikt, is de uitgangsspanning een stabiele 12V of 24V. Als al je apparaten op 12V of 24V werken, kan je de stroom verdelen zonder een DC-DC-omzetter. Als je er ook een circuit in wil zetten dat een andere spanning nodig heeft (bijvoorbeeld 5V voor het opladen van USB-apparaten), kan je een DC-DC-converter gebruiken met een stabiele ingangsspanning (12V/24V) en een uitgangsspanning van 5V.

Gebruik je een zonnepaneel rechtstreeks, dan is de uitgangsspanning afhankelijk van de zonneomstandigheden. Bovendien is ze vaak hoger dan wat de apparaten nodig hebben. Als alle apparaten op dezelfde spanning werken, bijvoorbeeld 12V, installeer je een DC-DC-omzetter die een variabele ingangsspanning accepteert en de gevraagde uitgangsspanning produceert. Daarna splits je de stroom. Als de apparaten op verschillende spanningen werken, moet je de stroom eerst splitsen en vervolgens in elk circuit een DC-DC-converter plaatsen. Verdeel de stroom opnieuw als je een tweede uitgang wil met dezelfde uitgangsspanning.

Afbeelding: het splitsen van de stroom van een zonnesysteem met batterijopslag. 1. Zekering. 2. Buck-converter (12V naar 5V USB). 3. Boostconverter (12V naar 24V). 4. Omvormer (12V naar 110/220V). Illustratie door Marie Verdeil.

Afbeelding: het splitsen van de stroom van een zonnesysteem zonder batterijopslag. 1. Buck-converter (20V naar 5V). 2. Boostconverter (20V naar 24V). 3. Buck-converter (20V naar 12V). 4. Omvormer (12V naar 110/220V). Illustratie door Marie Verdeil.

Als je zonne-energiesysteem een accu en laadregelaar heeft en alle aangesloten apparaten op dezelfde spanning werken, kan je ook typische 12V/24V-stekkers gebruiken. Je plugt ze in en uit afhankelijk van het apparaat dat je wil gebruiken. Als je meerdere stopcontacten hebt, kan je meerdere apparaten tegelijkertijd gebruiken.

Hoe voeg je meetinstrumenten toe?

Een zonne-installatie werkt perfect zonder meetinstrumenten, maar ze zijn handig om je systeem te begrijpen en te onderhouden. Ze helpen je ook de energie-efficiëntie te optimaliseren.

Accuspanningsmeter

Als je zonnesysteem met batterijen werkt, voeg dan een spanningsmeter (V) toe. Hoewel de meeste laadregelaars het voltage van de batterij tonen, moet je meestal op een knopje duwen om het te kunnen aflezen. Als je daarentegen een digitale spanningsmeter rechtstreeks aan de accu verbindt, weet je in een oogopslag wat de staat van de batterij is. Digitale spanningsmeters kunnen erg fel zijn, dus als je ze ’s nachts wil kunnen uitzetten, voeg dan een schakelaar toe.

Een accuspanningsmeter aflezen vraagt wat oefening. In principe mag het voltage nooit onder 12V zakken (24V in het geval van een 24V accu), maar de exacte opslagcapaciteit wordt pas weergegeven als er geen actieve stroomtoevoer is (het zonnepaneel werkt niet) en er geen elektrische belasting is (er is geen toestel aangesloten). Als je van de batterijmeter in deze situatie 12V afleest, laat je de batterij best niet verder ontladen om vroegtijdige veroudering te voorkomen. Lees je 12,9 of 13V, dan is de batterij volledig opgeladen. Naarmate de batterij verouderd, daalt die laatste waarde langzaamaan (12,6V is een typische waarde voor een volledig opgeladen oudere batterij).

Als je een elektrisch apparaat aanzet, daalt het voltage en geeft het niet langer de batterij-opslag weer. Als het zonnepaneel actief is, stijgt het voltage en komt dat ook niet meer overeen met het laadvermogen van de batterij.

In volle zon zal de batterij snel meer dan 13V meten. Sluit je ’s nachts een energievretend toestel aan de zonnelaadregelaar aan, dan kan het voltage van de batterij onder 12V zakken. Maar in beide gevallen kan de batterijopslagcapaciteit hetzelfde zijn, bijvoorbeeld 12,4V. Om de werkelijke opslagcapaciteit te weten, moet je het voltage dus ’s nachts nakijken zonder aangesloten toestellen. Het kan even duren voordat het voltage stabiliseert, dus neem je tijd om een exacte meting te maken.

Dat klinkt allemaal omslachtig, maar eens je je systeem leert kennen, kan je de opslagcapaciteit vaak meteen inschatten, ook als de batterij aan het op- of ontladen is. Als ik bijvoorbeeld de lichten aandoe in mijn bureau, dan daalt de batterijvoltage van 12,9 naar ongeveer 12,1V. Na een paar uur gebruik, is het voltage gedaald naar 11,7 of 11,8V. Maar als ik de lichten aan het einde van de avond weer uitdoe, stijgt de waarde terug naar 12,5 of 12,6V. Als de batterij overdag oplaadt, geeft de spanningswaarde de laadstatus aan. Wanneer de spanning bijvoorbeeld herhaaldelijk op en neer gaat (tussen ongeveer 13 en 15V), is de batterij volledig opgeladen.

Watt-, spannings-, en stroommeters

Andere praktische instrumenten zijn watt-, spannings- en stroommeters. Je kan ze tussen het zonnepaneel en de laadregelaar zetten, of tussen de laadregelaar en de elektrische belasting. In het eerste geval meten ze de stroom die het zonnepaneel produceert. In het andere geval meten ze de stroom die de elektrische toestellen verbruiken. De meeste zonnelaadregelaars nemen deze metingen op in hun menu, maar de navigatie is vaak omslachtig.

In een direct aangedreven zonnesysteem zonder DC-DC-omzetter zal het stroomverbruik van de elektrische belasting altijd gelijk zijn aan de stroomproductie van het zonnepaneel. Daarom volstaat één meetinstrument. Wanneer je daarentegen een DC-DC-converter gebruikt, kan je er een meetapparaat voor en achter plaatsen. Deze gegevens zullen de energieverliezen van de omzetter tonen.

Meetinstrumenten kunnen digitaal of analoog zijn. Ik kies voor digitale meters op de batterij omdat ze vanop een afstand zichtbaar zijn. V&A-meters die fluctuerende waarden weergeven, kunnen beide zijn. Wattmeters zijn lastig te vinden in de analoge versie.

Bedrading

Spanningsmeters worden parallel geschakeld. Zo verbind je bijvoorbeeld de positieve en negatieve draad van een voltmeter met de positieve en negatieve aansluitingen van een batterij. Digitale wattmeters hebben twee inkomende kabels en twee uitgaande kabels. Stroommeters zijn iets complexer, zie daarvoor de illustratie onderaan.

Afbeelding: hoe een analoge spannings- en stroommeter aan te sluiten. Illustratie door Marie Verdeil

Afbeelding: Analoge spannings- en stroommeter (max 1A). Foto door Kris De Decker

De meeste mensen kunnen beter overweg met watt dan met spanning en stroom. Maar al is een wattmeter een zinvolle toevoeging aan je zonne-installatie, het zijn de spanning- en stroommeters die je belangrijke informatie bieden als je op problemen botst. Een spanningsmeter is handig om controles uit te voeren, zeker in directe zonnestroomsystemen wanneer je bijvoorbeeld wil weten of een DC-DC-omzetter de juiste hoeveelheid spanning uitstuurt of als je wil weten hoeveel spanning je zonnepaneel produceert.

Stroommeters helpen je ook de energie-efficiëntie te optimaliseren. In een zonnesysteem op batterijen kan je met stroommeters aan beide zijden van de laadregelaar profiteren van zoveel mogelijk overtollige zonne-energie. Is de batterij bijna helemaal opgeladen, zal het zonnepaneel niet meer op volle kracht energie produceren en zal je de stroommeter zien dalen. Dat betekent dat je zonne-energie verspilt. Sluit je op dat moment een toestel aan op je systeem (of zet je een schakelaar aan in een van je circuits), dan zal je de stroommeter van zowel de elektrische belasting als van het zonnepaneel de hoogte in zien gaan. Als je vervolgens de limiet bereikt, gebruik je op dat moment alle stroom die het paneel produceert. Zo kan je een laptop opladen of elektrisch gereedschap gebruiken met energie die anders verloren zou gaan.

Controlepaneel en stopcontacten

Als je aan-uitschakelaars en meetinstrumenten toevoegt, is het handig om deze componenten op een controlepaneel te monteren.

Bekabel het hele systeem eerst zonder controlepaneel, zodat je zeker bent dat alles werkt. Haal het daarna weer uit elkaar. Meet dan alle onderdelen op en maak een schets voor je controlepaneel. Kies daarna je materiaal (karton, hout, metaal, plastic), maak alle gaten voor de schakelaars en de meetinstrumenten en plaats je onderdelen erin. Je kan nu alles opnieuw bedraden en een doos bouwen rondom het controlepaneel. DC-DC-omzetters kunnen achterin het paneel bevestigd worden, tenzij je de uitgangsspanning regelmatig wil aanpassen. Als je meetinstrumenten en schakelaars hebt, kan ook de laadregelaar naar achteren verdwijnen. Maar zorg ervoor dat je paneel makkelijk te openen is voor onderhoud, herstellingen en aanpassingen.

Denk ook aan je stroomuitvoer. Waar wil je je toestellen kunnen inpluggen, en wat voor connectoren ga je gebruiken? De 12V-tegenhanger van het stopcontact (de zogenaamde sigarettenaansteker-stekker) is het meest voorkomende type, maar er zijn alternatieven. Je kan ook apparaten aansluiten door de draden in een klemmenblok te schroeven of ze rechtstreeks op de stroomuitgang te solderen. Dat kan handig zijn voor een ledstrip, bijvoorbeeld. Uiteraard heb je dan een aan-uitschakelaar nodig om de verlichting uit te zetten.

Het grootste nadeel van laagspanningsstroom is het relatief hoge energieverlies tijdens de elektriciteitsoverdracht, vooral voor krachtige apparaten. Daarom horen de stopcontacten zo dicht mogelijk bij de rest van de zonne-installatie te liggen. Installeer daarom best meerdere, afzonderlijke systemen in plaats van een gecentraliseerde installatie met vele meters distributiekabels. Kies dikkere elektrische draden als je laagspanningsstroom over langere afstanden wil verdelen.³

Afbeelding: Het bedieningspaneel voor de fietsgenerator [die ik samen met Marie Verdeil in 2022 bouwde](https://qelnixcor.cloud/2022/03/how-to-build-a-practical-household-bike-generator/) kan ook met zonnepanelen werken. Hiermee kunnen zonnepanelen een apparaat rechtstreeks van stroom voorzien of een loodzuuraccu opladen, afhankelijk van welke circuits je inschakelt. Het enige onderdeel dat verandert (en dat niet in het bedieningspaneel zelf zit) is de laadregelaar. De fietsgenerator heeft een windregelaar in plaats van een zonnelaadcontroller.

Afbeelding: Een bedieningspaneel bestaande uit losse modules. Van links naar rechts: multimeter, aan-uitschakelaar, DC-DC-converters, dimmer.

Afbeelding: een op maat gemaakte zonnelaadregelaar voor een modeltrein op directe zonne-energie. Ze heeft een spanningsregelaar in plaats van een DC-DC-omzetter. Een DC-DC-omzetter reduceert de uitgangsspanning tot een vooraf ingestelde waarde die geen verband houdt met de ingangsspanning. Een spanningsregelaar daarentegen verlaagt de uitgangsspanning in relatie tot de ingangsspanning. Foto door Marie Verdeil.

Waar vind je apparaten die werken op gelijkstroom?

Het weglaten van een omvormer impliceert het gebruik van apparaten die op laagspanning en op gelijkstroom werken. Dat is niet zo ingewikkeld als het klinkt. Allereerst werken veel apparaten intern al op laagspanningsstroom: alle USB-apparaten, ledverlichting, andere elektronica en draadloze elektrische gereedschappen. Elk apparaat met een adapter – de tegenhanger van de omvormer – kan rechtstreeks op een laagspanningsnetwerk worden aangesloten simpelweg door het netsnoer te vervangen of aan te passen. Je kan bijvoorbeeld een laptop op laagspanning laten werken als je de standaardadapter vervangt door een 12V adapter voor in de auto.¹³ In de meeste situaties is het dus niet nodig om apparaten aan te passen.

In andere gevallen vergt het aanpassen van een apparaat op 12V/24V meer werk en kennis. Sommige toestellen – zoals digitale tv’s en LED-armaturen – hebben een AC/DC-adapter binnenin, waardoor je ze moet openen en componenten moet verwijderen. Of misschien moet je een AC-motor vervangen door een DC-motor. Het aanpassen en maken van laagspanningsapparaten is een te breed onderwerp om in deze handleiding in detail te bespreken. In toekomstige handleidingen zal Low-tech Magazine daar dieper op ingaan. Marie Verdeil heeft bijvoorbeeld een industriële ventilator omgebouwd om op 1V tot 24V te werken en tot 250 watt koelvermogen te leveren. Hij kan rechtstreeks door een zonnepaneel aangedreven worden (zie video) of via een batterij.

Afbeelding: AC-ventilator omgebouwd tot DC-ventilator. Foto door Marie Verdeil.

Afbeelding: AC-ventilator gedemonteerd. Foto door Marie Verdeil.

Afbeelding: DC-motor ter vervanging van een AC-motor. Foto door Marie Verdeil.

Afbeelding: Een boormachine die is omgebouwd om op laagspanningsgelijkstroom te werken. Foto: Marie Verdeil.

Tenslotte kan je een ruim assortiment aan commerciële 12V of 24V toestellen kopen die ontworpen zijn voor gebruik in auto’s, vrachtwagens, zeilboten en kampeerwagens. Dat gaat van een ventilator tot een waterkoker of koelkast. Helaas zijn deze toestellen vaak redelijk duur en niet altijd van goede kwaliteit. Ze zijn ook gemaakt om in erg kleine ruimtes te gebruiken en zijn dus meestal te compact om handig te zijn in ’normale’ huishoudsituaties. Over het algemeen is het beter om een al bestaand apparaat om te vormen of gewoon een nieuw toestel te bouwen.

zie https://www.allaboutcircuits.com/textbook/direct-current/chpt-3/ohms-law-again/ ↩︎
zie https://qelnixcor.cloud/2016/04/slow-electricity-the-return-of-dc-power/ ↩︎ ↩︎
zie https://qelnixcor.cloud/2016/05/how-to-get-your-apartment-off-the-grid/ ↩︎ ↩︎
zie https://qelnixcor.cloud/2015/05/how-sustainable-is-stored-sunlight/ ↩︎
zie https://qelnixcor.cloud/nl/2023/08/direct-solar-power-off-grid-without-batteries/ ↩︎
zie Solar Electric Cooking, Pete Schwartz, Cal Poly Physics. Bekijk ook deze PowerPoint van dezelfde auteur. Zie ook: Insulated Solar Electric Cooker with Solid Thermal Storage, Andrew McCombs et al., 2022. Bekijk ook deze video. ↩︎
zie https://qelnixcor.cloud/2015/04/how-sustainable-is-pv-solar-power/ ↩︎
zie https://libre.solar. Zie ook: “Do it yourself 12 volt solar power”, by Michel Daniek, Permanent Publications, Third Edition 2015. ↩︎
Tenzij je andere vormen van energieopslag gebruikt, zoals het geval is bij koelkasten en kooktoestellen op directe zonne-energie. ↩︎
https://qelnixcor.cloud/nl/2018/12/keeping-some-of-the-lights-on-redefining-energy-security/ ↩︎
zie https://www.wikihow.com/Solder-Wires-Together ↩︎
zie https://qelnixcor.cloud/2022/03/how-to-build-a-practical-household-bike-generator/images/Wiring-on-off-switch2_hu619c03e126fba9507b966073be9e16b5_65316_800x800_fit_q90_h2_box_3.webp ↩︎
Je kan nog verder gaan en de uitgangsspanning van de DC-DC-converter instellen op de exacte spanning die de laptop nodig heeft. Dan kan je de auto-adapter achterwege laten. ↩︎