Solfangere

Solfangere omdanner energien i solstrålene til varme – soltermisk energi. Dersom formålet er å bruke solenergi til oppvarming, er det fordelaktig å konvertere solstrålene direkte til varme i stedet for å gå veien om strøm. Da unngår man betydelige energitap.

Solfangere kobles sammen med et varmelager (en akkumulatortank) og et styringssystem til et solvarmeanlegg. Varmen som produseres brukes i både små og store prosjekter, f.eks boliger, formåls- og næringsbyggbygg, i kombinasjon med fjernvarme og i ulike industrielle prosesser. Solfangerne kan monteres direkte på bygg, eller i større solvarmeparker.  

I Norge installeres de fleste solvarmeanlegg på bygg, og dimensjoneres i forhold til behovet på bruksstedet. Det tas utgangspunkt i varmebehov og forbruksprofil, lokalisering og byggets egenskaper. Fordi solfangerne er koblet opp mot et varmelager (blått batteri), er det mulig å flytte forbruket av energi til andre tider på døgnet enn tidspunktet for energiproduksjon. Det bidrar til å øke energiutbyttet. Normalt brukes mindre varmelagre med et par dagers lagringskapasitet, men det finnes også løsninger for sesonglagring, for eksempel lagring i grunn (energibrønner).

Solvarmeanlegg egner seg i prosjekter som har et varmebehov over året, og som har tilgjengelige flater for installasjon av solfangere.

Nøkkeltall

· Maksimaleffekten/Peak-effekten til solfangere ligger på 700Wp/m2.

· Solfangere kan nyttiggjøre opp mot 80 % av innstrålt energi.

· I løpet av et år vil et solvarmeanlegg i Norge produsere fra 300-500 kWh varme per kvadratmeter solfanger. For en enebolig vil solvarmeanlegget typisk dekke opptil 60-70% av varmtvannsforbruket, og rundt 30-40 % av behovet for romvarme.

Hvor mye energi man får ut av anlegget avhenger av geografisk plassering, systemløsning, orientering, hellningsvinkel og varmebehovet over året.

I Norge kan en stor del av energibruken i bygg relateres til oppvarming. For husholdninger er det, i følge Energifakta Norge, estimert at ca 78 prosent av energiforbruket går til oppvarming av bygg og til varmtvann.

Bærekraft

Solenergianlegg slipper ikke ut CO2 under drift - hverken solfangere eller solceller. Det er utslipp i andre deler av livssyklusen, dog betydelig lavere enn utslippene som spares. Solfangere kan oppnå en positiv energibalanse ned mot 6 mnd., det vil si tiden det tar før solfangeren har produsert mer energi enn det som gikk med til å lage den. Levetiden til solfangere ligger rundt 20-30 år.

Den europeiske solfangerindustrien har en positiv handelsbalanse; de fleste solvarmeanlegg i drift i vår verdensdel, er produsert i Europa. Den europeiske bransjeorganisasjonen, Solar Heat Europe/Estif, jobber aktivt for å informere om hvordan solvarme kan bidra i det grønne skiftet på en effektiv og lønnsom måte.

Teknologier

Det skilles i hovedsak mellom trykksatte og ikke-trykksatte solvarmeanlegg. De trykksatte anleggene er en lukket krets, og varmemediet en blanding av vann og frostvæske (glykol, gjerne bionedbrytbar glykol). Det gjør at anlegget ikke fryser, selv om det er væske i solfangerne til enhver tid. Solfangerkretsen i slike anlegg er trykksatt med ca. 2,5–4,5 bar og har kontinuerlig væskefylling. Solfangerne i trykksatte systemer kan både være plane solfangere og vakuumrørsolfangere (mer om dette lenger ned i teksten).

Trykkløse solvarmeanlegg, såkalte tømmeanlegg (drain-back), bruker rent vann som varmemedium, og har et varmelager (akkumulatortank) som holder atmosfæretrykk. Dersom temperaturen blir for lav (fare for frost) eller for høy (fare for koking), dreneres vannet automatisk ut av solfangerkretsen og over i akkumulatortanken. Rørføringen må være slik at alt vannet kan dreneres ved hjelp av tyngdekraften. Solfangeren er alltid helt tømt for vann når solvarmeanlegget ikke er i drift. Solfangerne i et trykkløst system er plane solfangere.

Det finnes også selvsirkulerende solfangeranlegg (thermosyfon). Dette er den enkleste formen for solvarmeanlegg, der akkumulatortanken (vanntanken) er plassert rett i overkant av solfangeren og vannet sirkulerer naturlig som følge av temperaturforskjellene. Denne typen solfangere brukes primært i varmere strøk.

I solfangeren omdannes solstrålene til varme. Prinsippet bak solfangeren baserer seg på at en mørk flate absorberer opp mot 95 prosent av innfallende stråling. Den absorberte strålingsenergien konverteres til termisk energi (varme). Solfangeren kjøles så ned ved at varmen avgis til varmemediet, som igjen frakter varmen vekk fra solfangeren.

Det finnes flere ulike typer solfangere. De to vanligste typene er plane solfangere og vakuumrørsolfangere. Den plane solfangeren er den vanligste typen solfanger i Europa, mens i Kina, verdens største solfangermarked, dominerer vakuumrørsolfangere.

En plan solfanger består av en plan absorbator der varmemediet sirkulerer gjennom kanaler i absorbatoren eller rør under absorbatoren. Absorbatoren kan være laget av plast (polymer), aluminium eller kobber. Absorbatorplaten er som regel behandlet slik at mest mulig av solinnstrålingen absorberes og dermed øker solfangernes effektivitet. Absorbatoren har vanligvis en aluminiumsramme med isolasjon bak og på sidene, og dekkglass foran. Både isolasjonen og dekkglasset skal redusere uønsket varmetap til omgivelsene, og både absorbatoren og dekkglasset må kunne tåle store påkjenninger.

I vakuumrørsolfangere er absorbatoren plassert i sylindriske vakuumrør i glass. Absorbatoren kan være et kobberrør med frostsikker væske og tvunget sirkulasjon eller termisk drevet sirkulasjon. På toppen av panelet er det en samlestokk eller varmeveksler som transporterer varmen til akkumulatortanken. Vakuumrørsolfangere har god isolasjonsevne og dermed veldig lavt varmetap, men den gode isolasjonsevne gjør dem også mer sårbare for overoppheting om sommeren. Vakuumrørsolfangere benyttes kun i trykksatte solvarmesystemer, og solfangerne er konstruert for å produsere høye temperaturer. 

Installering og vedlikehold av solvarmeanlegg

Noen praktiske hensyn

Det er viktig å unngå skygge på solvarmeanlegget fra f. Eks terreng, vegetasjon, bygninger etc., fordi det vil påvirke solinnstrålingen og redusere energiutbyttet.

Ved prosjektering er det viktig at bruk av solenergi vurderes så tidlig som mulig. Plassering av solfangere, rørføring og varmelager/akkumulatortank kan påvirke byggets utforming og stiller krav til plass i tekniske rom.

Solfangerne bør installeres på gode flater som vender mot syd (mellom syd-øst og syd-vest), og som helst har en helningsvinkel over 20 grader. I tillegg må det settes av plass til en bereder og/eller et varmelager i nærheten av solfangerinstallasjonen.

Sjekk den enkelte leverandørs krav til underlag og infrastruktur, dette vil variere med ulike teknologier og produkter.

Solvarmeanlegg trenger generelt lite vedlikehold, og vil normalt operere automatisk gjennom året. I trykksatte anlegg med glykolblanding, må frostvæsken skiftes ved behov, dvs når væsken ikke har riktig PH-verdi. Ellers er det nødvendig å observere at funksjon og energiproduksjon er som normalt/forventet. For større anlegg er det vanlig å inngå serviceavtaler.