Passiv solvarme

Prinsippet bak passiv solvarme går ut på å slippe solvarmen inn i huset. Passiv solvarme er den formen for solenergi som per i dag er mest utnyttet i Norge, og bidrar med 3-4 TWh i den norske bygningsmassen. Dette tilsvarer mellom 10 og 15 % av oppvarmingsbehovet. Drivhus og vinterhager utnytter passiv solvarme i utstrakt grad. Likevel er potensialet stort for å utnytte en større del av solvarmen. Under norske klimatiske forhold kan rett arkitektonisk utforming, valg av bygningsmaterialer og bygningens orientering i terrenget gi en vesentlig reduksjon i oppvarmingsbehovet.

Passiv2

 

Aktiv solvarme

Aktiv utnyttelse av solvarme krever et anlegg bestående av solfanger (kollektor), varmelager og distribusjonssystem. Solfangeren (kollektoren) er typisk en svart, isolert plate som absorberer energien fra solen. Varmen blir transportert ut av kollektoren ved hjelp av væske (vann) eller luft, og kan brukes til romoppvarming, oppvarming av tappevann, eller prosessvarme. Alternativt kan varmen lagres til senere bruk. Et varmelager kan med fordel benyttes som lager for termisk energi fra andre lavtemperatur varmekilder – for eksempel fra varmepumper. Tilskuddsvarme fra høytemperatur varmekilder som bioenergi, olje, gass eller elektrisitet koples inn i varmedistribusjonskretsen (utenom varmelageret) etter behov.

Les om bruk av solenergi i følgende hefter:

Bruk av solenergi i Norge (2015)
Bruk av solenergi i det norske landbruket (2016)

Les mer om solvarme på fornybar.no.

Informasjon om økonomisk støtte til solfangere fra Enova finner du her.

Dersom du er bonde eller skogeier kan Bioenergiprogrammet til Innovasjon Norge også være en mulighet.

Solfanger1 Solfanger2 Solfanger3 Solfanger4

 

Solceller

I solceller konverteres energien i solens stråling direkte til elektrisitet ved hjelp av den fotovoltaiske effekten. Solceller benevnes derfor ofte PV etter engelsk PhotoVoltaics.

Den klart mest utbredte av solcelleteknologiene i dag er waferbaserte solceller laget av silisium. Monokrystallinske solceller er bygget opp av en silisiumkrystall, og overflaten er derfor homogen og helst også svart som innebærer at alt lyset absorberes i solcellen. Multikrystallinske solceller består av flere krystallkorn som gir det karakteristiske fargespillet i overflaten. Som tommelfingerregel kan man si at monokrystallinske solceller har høyyere effektivitet, mens multikrystallinske solceller krever mindre energi å framstille og er derfor noe billigere for samme oppgitt effekt. Typisk solcellepaneleffektivitet er 15-20%.

Prinsippet bak tynnfilmteknologi er å deponere meget tynne lag av solceller på et substrat og siden bygge en modul ut fra dette. Tynnfilmsolceller benytter gjerne materialer med direkte båndgap som gjør det mulig å absorbere lyset i et meget tynt lag. De vanligste typene er CupperIndiumGalliumSelenid (CIGS), CadmiumTellurid (CdTe) og ulike silisium varianter med amorft silisium.

Fordelen med tynnfilm er at det gjerne er billig å produsere og man bruker lite material i forhold til waferbaserte solceller. Ulempen er at effektiviteten jevnt over er dårligere, og at man gjerne bruker mer eksotiske materialer. Tynnfilmsolceller som er deponert på et fleksibelt substrat er bøyelige, og det muliggjør integrasjon av solcellene i tekstiler, eller i ulike typer turutstyr.Typisk solcellepaneleffektivitet er 8-12 %.

I konsentrert PV (eller CPV) konsentreres sollyset ved hjelp av linser eller speil ned på en liten meget effektiv solcelle. Dette har to fordeler, for det første kan man dekke en mye mindre del av arealet med de kostbare solcellene (konsentrasjonsfaktorer på 500-1000 x er demonstrert). For det andre vil effektiviteten i solcellen faktisk øke med konsentrasjonsfaktor (opp til et visst punkt). Effektiviteter i overkant av 40 % er vist i laboratoriet ved å kombinere tre eller flere lag av solceller som hver virker effektivt i sin del av solspekteret.

Ulempen med konsentrert PV er at en kun utnytter det direkte sollyset, så slike anlegg opererer best i ørkenstrøk og områder med lite skyer eller fuktighet i luften. I tillegg er installasjon av slike anlegg mer omfattende, da de må installeres med en dobbelakset tracker for hele tiden å peke mot solen. Dette øker imidlertid utbyttet fra solcellen. Ved høy konsentrasjonsfaktor vil man gjerne også trenge kjøling av solcellen for å unngå overoppheting og redusert effektivitet. Paneleffektiviteten ligger rundt 20-40 %.

Les om bruk av solenergi i følgende hefter:

Bruk av solenergi i Norge (2015)
Bruk av solenergi i det norske landbruket (2016)

Les mer om solceller på fornybar.no.

Informasjon om økonomisk støtte til solceller fra Enova finner du her.

Dersom du er bonde eller skogeier kan Bioenergiprogrammet til Innovasjon Norge også være en mulighet.

En plusskunde er en strømkunde som på tider av året produserer mer strøm enn kunden selv forbruker. Overskuddsstrømmen selges da tilbake til kraftleverandøren. Man blir plusskunde hos nettselskapet sitt, og nettselskapet stiller tekniske krav til tilkoblingen.

Les mer om plusskundeordningen hos NVE og ditt lokale nettselskap (som for eksempel Hafslund).

PV1 PV2 PV3 PV4

 

Konsentrerende systemer

Av de ulike konsepter innen direkte produksjon av elektrisitet fra solen, har konsentrerende systemer i en global sammenheng den beste årlige effektiviteten for sol-til-elektrisk omdanning, og ofte også det minste behovet for landareal per elektrisk enhet produsert.

Termisk-elektrisk utnyttelse av solenergi involverer den direkte omvandlingen av varme fra solfangere til elektrisk strøm. Slike systemer involverer vanligvis bruken av varmebaserte maskiner (heat engines) for å omvandle termisk solenergi til mekanisk energi, og deretter til elektrisitet ved hjelp av en konvensjonell generator.

Typiske varmemaskiner som benyttes i konsentrerende solenergisystemer er Rankine dampturbin, Brayton gassturbin, og Stirling motorer. I et kombinert system for varme og elektrisitet (Combined Heat and Power) benyttes også avfallsproduktet fra elektrisitets-omvandlingsprosessen, for eksempel til lokal oppvarming eller kjøling.

Den geometriske konsentrasjonsevnen er definert som forholdet mellom hele innfangningsarealet til solfangeren, og arealet av selve absorbatoren eller mottakeren.

Konsentr1 Konsentr2 Konsentr4 Konsentr3

 

Konsentrerende solenergisystemer kan deles inn i to hovedkategorier, avhengig av konsentrasjonsnivået. Den første kategorien består av lav-konsentrasjon systemer som kan utnytte både den direkte og den diffuse andelen av den innkommende solinnstrålingen. Slike systemer er vanligvis montert fast på stedet. Den andre kategorien består av medium- til høy-konsentrasjon systemer som er avhengig av å følge solens bevegelse. I dette tilfellet utnyttes kun den direkte andelen av solinnstrålingen.

Konsentrasjon av solinnstrålingen kan oppnås ved bruk av speil og optiske linser. Høyere konsentrasjon åpner opp for kraftproduksjon på en større skala. Der er ulike fordeler med konsentrerende systemer for termiske og fotovoltaiske anvendelser. For termiske systemer er høy konsentrasjon nødvendig for å oppnå de høye temperaturer som trengs for å kjøre varmemaskiner effektivt, i henhold til Carnots relasjon. Videre, fordi termiske tap fra en absorbator er proporsjonale med absorbatorens areal, vil det å lede lyset inn på et mindre areal redusere termiske tap og dermed øke effektiviteten.

For fotovoltaiske systemer vil økt konsentrasjonsnivå redusere det nødvendige areal av kostbare solceller, for en gitt mengde elektrisitet produsert. Siden speil kan produseres til en lavere kostnad per aktivt areal enn effektive absorbatorer for solinnstråling, betyr dette at kostnaden per energienhet kan reduseres ved å øke konsentrasjonsgraden til systemet.

Annen solteknologi

Andre former for utnyttelse av solenergi inkluderer solkokere (solar cookers) spesielt velegnet for bruk i utviklingsland, soldammer (solar ponds) for langtidslagring av varme, solseil (solar sails) til bruk i romfart, og fiberoptisk ledning av dagslys inn i bygninger (daylighting).

Solkoker SolarPond UpdraftTower SolarSail

 

Begreper

EFFEKT

Måler vi solinnstrålingen utenfor atmosfæren vinkelrett på strålingen, får vi en effekt på 1367 Watt per kvadratmeter (W/m2). Dette kalles solkonstanten. Ca 30 % blir reflektert tilbake til verdensrommet, og solinnstrålingen har en maksimal effekt på ca 1000 W/m2 mot et plan vinkelrett mot solen med skyfri himmel. Effekten kan økes ved å fokusere solstrålene på et mindre areal, som kan gjøres med speil eller linser.

ENERGI

Energi er et produkt av effekt og tid. Den årlige innstrålte solenergi varierer i praksis fra 800 til 2000 kWh/m2 avhengig av breddegrad og lokale klimaforhold.

ENERGIUTNYTTELSE

Hvor mye av energien man klarer å utnytte er avhengig av tilgang og behov for solenergi og mulighetene til å lagre energi for senere anvendelse. Døgnbehovet for varmt vann er likt gjennom hele året, men behovet for oppvarming varierer sterkt, og antall dager med oppvarmingsbehov kalles «fyringssesong». Store deler av landet vårt har lang fyringssesong, noe som gjør at vi kan utnytte solenergi i større grad enn land lenger sør i Europa.

DEKNINGSGRAD

Erfaringene viser at solvarmeanlegg kan dekke fra 20 % til 40 % av behovet for oppvarming og varmtvannsberedning i en enebolig. Større anlegg i boligblokker vil kunne oppnå dekningsgrader opp til 50 % av behovet for oppvarming og varmtvannsberedning. Resten av energibehovet må dekkes av en eller flere andre energikilder som for eksempel varmepumpe, bioenergi, naturgass, olje, elektrisitet eller fjernvarme. Elektrisitet bør forbeholdes el-spesifikke behov som kunstig belysning, drift av motorer og elektroniske installasjoner.