Solfanger

Anlegg med aktive solfangere i Danmark

En solfanger absorberer strålingsenergi fra solen og omdanner energien til varme, termisk energi, som kan transporteres videre til forbruk eller et varmelager, og skiller seg derfor fra en solcelle som konverterer solenergi til elektrisk energi.

I en aktiv solfanger varmes en mørk, absorberende overflate opp av solenergien. Varmen transporteres bort av en krets med væske eller gass, slik at den kan utnyttes direkte til oppvarming av bygninger eller tappevann. Solenergien kan også konsentreres med speil for å oppnå en høy nok temperatur til å drive en varmekraftmaskin for å produsere elektrisitet.

Passive systemer er systemer som fungerer uten tekniske hjelpemidler. Et sydvendt vindu kalles av og til en passiv solfanger. I energieffektive passivhus kan sydvendte vinduer kombineres med massive bygningsmaterialer som lagrer varme om dagen og gir den tilbake om natten når temperaturen synker.

Mengden solenergi som treffer Jorden i løpet av ett år, er om lag 15 000 ganger større enn hele verdens årlige forbruk av primærenergi. Ved jordatmosfærens yttergrense har solstrålingen en intensitet på rundt 1,37 kW/m² (solarkonstanten), mens maksimalt rundt 1 kW/m² når jordoverflaten midt på dagen en klar dag. Tilstedeværelse av skyer, tåke og støv fører til at den gjennomsnittlige verdien er i underkant av 0,5 kW/m² vinkelrett på strålenes retning.

Potensial i Norge

Den årlige solinnstrålingen i Norge varierer fra rundt 700 kWh/m² i nord til rundt 1100 kWh/m² i sør, noe som tilsvarer 30–50 prosent av innstrålingen ved ekvator. I Norge mottar vi derfor en betydelig mengde energi fra solen en gjennomsnittsdag, men utfordringen i forbindelse med utnyttelse av denne energien er de store årlige variasjonene. En skyfri sommerdag kan vi motta 8,5 kWh/m², mens innstrålingen en overskyet vinterdag kan være 0,02 kWh/m² eller i praksis null. Siden det er om vinteren vi i størst grad trenger oppvarming, har bruk av solenergi til oppvarming ofte blitt vurdert som lite interessant i Norge. Siden vi har en lang fyringssesong er det imidlertid et potensial for å utnytte solinnstrålingen om våren og høsten til oppvarming, både av bygninger og tappevann. I tillegg er det et så å si konstant behov for oppvarming av tappevann hele året, som i sommerhalvåret kan dekkes i større eller mindre grad av solvarme.

En solfanger på 4-6 m² med en tank på 400-600 liter er nok til å dekke rundt 2/3 av en families behov for varmt tappevann.

Effekt

Tabellen nedenfor viser innstråling på panel oppsatt med flaten rett mot syd. Tallene er oppgitt i kWh/m²/dag.

	Panel-vinkel	Jan	Feb	Mar	Apr	Mai	Jun	Jul	Aug	Sep	Okt	Nov	Des		Gjennomsnittlig innstråling [kWh/m2]
Oslo	54,3°	2,21	2,82	3,63	4,74	6,07	6,00	5,88	4,85	4,22	3,06	2,03	*		970
Bergen	51,6°	1,46	1,98	3,07	4,79	5,82	6,13	5,41	4,45	3,42	2,63	*	*		800
Kristiansand	52,0°	1,99	3,00	4,02	5,43	6,52	6,68	6,31	5,42	4,75	3,43	2,38	*		1000
Trondheim	54,5°	*	2,06	3,16	4,94	5,76	5,53	5,04	4,28	3,44	2,93	2,16	*		800
Hammerfest	60,2°	*	2,22	3,45	4,86	5,27	6,00	5,30	5,22	3,98	2,66	*	*		650

* Måneder da det vil være for liten innstråling til at solfangeren er effektiv.

Forskning på bruk av solfangere

Tidlig på 90-tallet hadde man et eget forskningsprogram for utnyttelse av solenergi, som i tillegg til støtte til forskning ga økonomisk støtte til installasjon av solenergisystem. Da denne støtteordningen ble etablert i 1992 fikk man 3,00 kroner i støtte per årsprodusert kWh. I løpet av to år ble det utbetalt 3,6 millioner til 60 ulike prosjekt, som til sammen bidro med et energitilskudd på 1,4 GWh. Til sammenligning snakkes det om en utbyggingskostnad på 8 mill. kr for 1MW/3 GWh for vindkraft. I tillegg kommer kostnader til distribusjon av elektrisk kraft. Til tross for at solvarme gir god økonomisk uttelling ble ordningen avviklet etter to år.

EU har satt seg som mål å øke andelen av fornybar energi til 12 prosent av energiforbruket innen 2010. Som en del av denne satsingen vil man installere solfangere med et samlet areal på 100 millioner m², noe som vil gi en effekt tilsvarende 30–40 TWh/år.

Internasjonalt er det brukt hundrevis av millioner kroner på forskning og utvikling av solvarmeteknologi. Både aktiv og passiv solvarmeteknologi er dermed kommet på et nivå hvor man har gjennomprøvde produkter for mange forskjellige behov. Utviklingen har imidlertid kommet lengst når det gjelder solvarmeanlegg for mindre bygninger. I Sverige finnes det riktignok en del storskala-anlegg. Anlegg for mindre bygninger oppnår typisk en dekningsgrad i området 25–35 prosent av årsbehovet for romvarme og tappevann. Slike anlegg med 15–25 m² kan typisk levere 5 000–7 000 kWh/år til en pris rundt 50 øre/kWh. Anleggene har lang varighet og trenger minimalt med vedlikehold, noe som gjerne gir bedre totaløkonomi enn varmepumpesystem. I storskala-anlegg kan prisen komme helt ned mot 10 øre/kWh.

Kompetanse

Å heve kompetansenivået knyttet til solenergi og solenergiprodukt er en nøkkel til større utnyttelse av solvarme. Det trengs både private og offentlige initiativ, noe man har hatt gode erfaringer med fra Tyskland gjennom kampanjen – Solar na klar. Dette viser at målrettet opplæring for aktørene i bygningsbransjen har stor effekt når det gjelder bærekraftig energibruk generelt. Samspillet mellom forskjellige konsulenter, som arkitekter, byggetekniske rådgivere og VVS-bransjen er i dag ikke godt nok til å fremme en helhetstenkning som kreves for effektive løsninger basert på solvarme.

Økonomi

Termisk solenergi er konkurransedyktig med andre energiformer, men i dag blir denne konkurransekraften svekket av at myndighetene aktivt promoterer konkurrerende løsninger gjennom informasjonsvirksomhet og direkte subsidierordninger. Solenergi er ikke avhengig av subsidier dersom det forøvrig ikke tukles med energimarkedet.

For best mulig utnyttelse av varme fra solfangere bør disse kombineres med et varmelager, f.eks. en varmtvannstank av en viss størrelse. Dette byr også på muligheter for god totaløkonomi når vi nå ser ut til å få et system som legger til rette for differensiering av prisen på elektrisk energi over døgnet. I perioder hvor effekten av solvarme er lav kan varmelager brukes for å magasinere varme der en benytter elektrisitet på tider av døgnet der prisen er lavere (for eksempel ved å kjøpe elektrisk energi om natta og lagre varmen for bruk om dagen).

Modell

Eksempel på solfangermodell, her står vannet i et reagensrør midt i boksen.

Foto: Jan Fredrik Breivik

Det er mulig å lage en modell av en solfanger. Dette kan gjøres ved å legge vann i noe som absorberer varme godt (mørkt materiale) og plassere et sterkt lys foran modellen. Grunnen til at man legger vannet i materiale som absorberer godt er at dette vil fange opp varmen fra lyset og gradvis bli varmere. Denne varmen vil igjen overføres til vannet. Man kan også lage en boks av materiale som absorberer varme godt og sette vannet i et reagensrør i midten av boksen. Da er målet å få boksen til å varme seg opp.

For økt resultat kan man bruke noe som reflekterer lyset (for eksempel aluminiumsfolie) på en måte som gjør at mest mulig treffer vannet eller det godt absorberbare materiale. I tillegg kan man forsøke å lage vakuum, da dette som regel vil øke temperaturen. Det kan man for eksempel gjøre ved å lage en eske med et hull dekket med plastfolie hvor lyset kan slippe inn.

Hvis man ønsker å måle resultatet kan man måle temperaturen på vannet før man starter, plassere lyset på en bestemt avstand (for.eks en meter), la det stå på i en bestemt tid (for.eks fem minutter) og deretter måle vannets temperatur på nytt. Deretter sammenligner man start- og sluttresultat for å se hvor mye temperaturen har steget. På den måten kan man gjøre små endringer på modellen eller teste forskjellige modeller for å se hva som fungerer best.

Eksterne lenker

• Enova om solfangere