Fokus på solenergi
Solvarmeanlæg
Aktive solvarmeanlæg er anlæg, der omsætter solens strålingsenergi til varme. Strålingsenergien består både af den direkte stråling (ca. 1.800 solskinstimer i DK), og den diffuse stråling fra himmelrummet. På en gråvejrsdag er der kun diffus stråling, men solvarmeanlægget producerer stadig energi.
Solvarme til varmt brugsvand
Nedenstående tegning viser i skitseform princippet i et solfangeranlæg, som kan forsyne et parcelhus med varmt brugsvand.
Et solvarmeanlæg består af et eller flere solfanger-elementer forbundet til en lagertank med et rørsystem, som kaldes solfanger-kredsen. I dette rørsystem cirkulerer en frostsikret væske, som transporterer solvarmen til lagertanken, hvor den overføres til varmt brugsvand via en varmeveksler. Det hele sker uden at udsende CO2 eller andre skadelige stoffer til atmosfæren.
Hovedparten af solfangerelementer er udført som plane solfangere, der har væske som varmemedie. Der er dog på det seneste kommet nye modeller på markedet med såkaldte evakuerede rør, hvor man udnytter fordampningsvarmen i en gasart, der er lukket inde i et glasrør.
Solvarme til varmt brugsvand kan dække næsten 100% af behovet i sommermånederne og typisk 50-70% af det årlige forbrug. Solvarme kombineret til rumvarme og brugsvand kan med et stort solfangerareal typisk dække op til 30-40% af det årlige forbrug. Begge anlægstyper suppleres derfor med andre energikilder.
Solvarmeanlæggets opbygning
Et solvarmeanlæg er oftest opbygget med en solfanger, en solfangerkreds og en varmtvandsbeholder.
Solfangeren
Solfangerens opgave er at omsætte solenergien til varme. I princippet er den opbygget i moduler af en sort, væskekølet plade (absorberen), der er monteret i en beskyttende kasse oftest udført i aluminium. For at reducere varmetabet fra absorberen kan den påføres en selektiv belægning, isoleres på undersiden og langs kanterne, samt beskyttes af et dæklag af plast eller (jern-frit) glas, som lægges henover absorberen i passende afstand. Således kommer solfangeren til at virke som en "varmefælde", fordi dæklaget tillader strålingsenergien at ramme absorberen, samtidig med at det standser de udadgående varmestråler fra absorberen.
Størrelsen af solfangerarealet afhænger af husstandens varmtvandsforbrug, men som tommelfingerregel kan man regne med 1-1,5 m2 solfangerareal pr. person til et anlæg, hvis formål er at forsyne husstanden med varmt brugsvand. Et anlæg i denne størrelse kan normalt dække 60-65% af husstandens årlige varmtvandsbehov.
Solfangerkredsen
Mellem solfangeren og varmelageret er et rørsystem fyldt med væske - dette kaldes solfanger-kredsen. Væsken overfører varmen fra solfangeren til varmelageret ved hjælp af en cirkulationspumpe eller ved selvcirkulation. Rørsystemet, der kan være udført i kobber, plast eller stålrør, skal isoleres for at reducere varmetabet.
For at undgå frostskader i solfangerkredsen anvendes en blanding af frostvæske og vand. Typisk blandes vandet med propylenglykol tilsat farve, så eventuelt indtrængende brugsvand kan opdages.
I solvarmeanlæg, hvor varmeveksleren er placeret i bunden af varmtvandsbeholderen, bør væskeflowet være omkring 0,5-1 liter/min, pr. m2 solfangerareal, mens den i kappebeholdere bør være ca. 0,2 liter/min, pr. m2 solfangerareal. De sidstnævnte anlæg kaldes derfor også low-flow-anlæg. Til start/stop af cirkulationspumpen i solfangerkredsen anvendes et styresystem, som er specielt udviklet til solvarmeanlæg, og det er vigtigt, at de to følere er placeret rigtigt.
Foruden de pumpestyrede solvarmeanlæg findes der også anlæg uden pumpe, de såkaldte selvcirkulerende anlæg, som kan anvendes, hvis varmelageret placeres højere end solfangeren.
Når solfangervæsken er varmet op i solfangeren, stiger den af sig selv op i lageret, hvor den afgiver varmen til tanken, og den afkølede væske strømmer tilbage i solfangeren.
Varmtvandsbeholderen
Til opmagasinering af det varme vand anvendes ofte en høj, slank, velisoleret tank, hvor solenergien overføres til bunden af varmtvandsbeholderen via en spiral/varmeveksler. Det kolde vand tilføres i bunden af varmtvandstanken, og det varme vand tappes i toppen af tanken. Denne udformning giver en naturlig temperaturlagdeling af vandet og dermed en optimal udnyttelse af solenergien. En anden metode til opmagasinering af solvarmen er kappebeholderen, hvor der uden på varmtvandsbeholderen er placeret en kappe, som omslutter hovedparten af varmtvandstanken.
Som tommelfingerregel vil en lagertank med en kapacitet på 40-60 liter pr. m2 solfangerareal være passende. Varmtvandsforbruget er forskelligt fra person til person og svinger typisk mellem 25 og 75 liter/dag pr. person.
Solfangerens ydelse i forhold til placering
Reduktionsfaktorer for orientering og hældning, som ganges med solfangerens dækningsgrad.
Solfangerens ydelse i forhold til afstand fra varmtvandsbeholderen
Reduktionsfaktorer for afstanden mellem solfanger og lagertank.
Solfangerens placering
Man opnår størst ydelse fra et solfangeranlæg, når solfangeren er orienteret direkte mod syd. Orienteringer mod sydøst eller sydvest er acceptable, men en reduktion på ca.7% må påregnes i forhold til en orientering direkte mod syd (se i øvrigt skema på side 6).
Det er vigtigt at undgå skyggevirkninger fra træer eller andre huse, ligesom man for at minimere varmetabet bør placere solfangerne, så der er kortest mulig rørføring.
Solfangerens bedste hældning i forhold til vandret afhænger af, hvad solvarmeanlægget bruges til.
Brugsvandsanlæg bør installeres med en hældning på 45° (+/-15°) i forhold til vandret. Kombinerede brugsvands- og rumvarmeanlæg bør installeres med en hældning på 60° (+/-15°) i forhold til vandret, og solvarmeanlæg til udendørs svømmebade bør installeres med en hældning på 30° (+/-15°) i forhold til vandret.
Arkitektoniske forhold
Solfangere placeres ofte på taget af en bygning, men kan også placeres på carporte, sekundære bygninger eller pergulaer. Men det er ikke ligegyldigt, hvordan de placeres.
Hvis solvarmeanlægget skal kunne opleves som smukt og harmonisk i forhold til bygningen er der nogle arkitektoniske regler, der skal o verholdes. For nye bygninger kan solvarmeanlægget evt. integreres i taget i stedet for at blive monteret uden på taget. Anvisninger af denne art findes i pjecen ”Solfangeren og eenfamiliehuset” og tilsvarende pjecer for solvarmeanlæg til flerfamiliehuse og institutioner, som kan downloades fra www.solenergi.dk
Tomgangstab
Tomgangstabet er varmetabet fra en kedel til omgivelserne. Det er relativt stort om sommeren, hvor kedlen kun holdes varm for at producere varmt brugsvand. Vælger man i stedet at lade et solvarmeanlæg dække behovet for opvarmning af brugsvandet, kan kedlen slukkes i hele sommerperioden, og dermed undgås et tomgangstab.
For at sikre de nødvendige mængder af varmt vand i sommerperioden, hvor kedlen er slukket, er solvarmeanlægget som regel udstyret med en elpatron, der placeres i varmtvandstankens øverste tredjedel.
Solvarme som supplement til anden opvarmning
Solvarme kan i mange tilfælde supplere den opvarmning, der allerede eksisterer i bygninger.
Olie eller naturgas
Hvis solvarme installeres i forbindelse med en kedel/varmtvandsbeholder-udskiftning, kan en solvarmeforberedt varmtvandsbeholder erstatte den tidligere varmtvandsbeholder. Herved opnår man en besparelse i den samlede anlægspris, da der alligevel skulle investeres i en ny varmtvandsbeholder. Lagertanken til solvarmeanlægget er nemlig forsynet med en varmeveksler i toppen af tanken, som direkte kan forbindes med olie- eller naturgasfyret.
Biobrændsel
Solvarme er velegnet til at supplere et bio-brændselsanlæg. Solvarmeanlægget gør det muligt at slukke biobrændselsanlægget i sommerperioden, hvor anlægget i forvejen kører med en ringe virkningsgrad, hvilket betyder en øget miljøbelastning. Samtidig kan solvarmeanlægget i visse tilfælde etableres for en begrænset merudgift - nemlig hvis der i forvejen skal etableres en lagertank for at kunne lagre varmen fra en brændekedel. I et sådan tilfælde vil brændekedel og solvarmeanlæg muligvis kunne benytte samme lager.
Ved kombinerede solvarme- og biobrændselsanlæg ser man tit, at solvarmeanlægget etableres med et lidt større solfangerareal end normalt, så anlægget kan levere varme til både brugsvands- og rumopvarmningen. Herved kan biobrændselskedlen holdes slukket i endnu flere måneder. I de tilfælde, hvor en solfanger og en brændekedel benytter samme lager, er solvarmeanlægget alligevel også koblet til rumopvarmningen. Sammenkoblingen af solvarmeanlægget og brændekedlen med fælles lager er en ny teknik i Danmark, som kan udføres på mange måder.
Gulvvarme
Gulvvarme er særligt velegnet til lavtemperaturdrift (30-50°C) og dermed til kombination med solvarme. I huse, der også kræver rumvarme om sommeren, kan man med fordel installere gulvvarme for derved at kunne slukke for den supplerende varme i sommerperioden.
Større solvarmeanlæg
I de seneste 10 år er der monteret ca. 700 større solvarmeanlæg på plejehjem, højskoler, kaserner og i etageejendomme. Det samlede solfangerareal på disse anlæg er ca. 35.000 m2, hvilket svarer til varmtvandsforbruget i 3.500 enfamiliehuse.
Svømmebadsanlæg
Til opvarmning af udendørs svømmebassiner kan der med fordel bruges billige uafdækkede plastsolfangere, fordi bassinvandet kan ledes direkte gennem solfangeren. Da uafdækkede solfangeres ydelse er meget afhængig af vindhastighed, bør solfangerne såvidt muligt anbringes i læ. Som tommelfingerregel bør solfangerarealet være 1 / 2 -1 m2 pr. m2 bassinoverflade. Anlægsydelsen er i størrelsesorden 200-300 kWh/m2.
Solvarmecentraler
Danmark er et af de førende lande i Europa med solvarmecentraler til fjernvarme. I Danmark findes p.t. 6 sådanne store solvarmeanlæg med et samlet areal på ca. 35.000 m2, hvoraf verdens største solvarmeanlæg i Marstal på Ærø alene udgør 19.000 m2.
Der forskes i at udvikle forskellige muligheder for lagring af solenergi i varmelagre. Målet er at kunne oplagre solenergien fra sommerperioden til brug senere på året.
Miljømæssige forhold
I sammenligning med fossile energikilder er solvarme et yderst miljøvenligt alternativ til produktion af varmt vand og varme. Det gælder både mht. påvirkning af det ydre miljø og forbruget af verdens ressourcer. F.eks. er drivhuseffekten ved solopvarmning af vand 10-50 gange mindre end for vand opvarmet med konventionelle energikilder.
Kort energitilbagebetalingstid
Den energi, der forbruges til at fremstille og drive et solvarmeanlæg i 20 år, producerer anlægget på 1-2 år. I resten af anlæggets levetid - 18 år eller mere - leverer anlægget altså energi uden ressourceforbrug - økologisk, bæredygtig energi. Man kan derfor med god miljøsamvittighed tage bad i solopvarmet vand.
- Miljøgevinsten ved et solvarmeanlæg svarer til miljøomkostningen ved 3.000-8.000 km kørsel i en benzinbil om året (bilen antages at køre 15 km/liter).
- Et solvarmeanlæg sparer årligt omgivelserne for ½ - 2 tons CO .
Kvalitet
Dansk producerede solvarmeanlæg er nogle af de mest effektive i verden. Den gode kvalitet sikres dels gennem en høj kvalitet af de enkelte komponenter i solvarmeanlægget, dels af korrekte installationer, se nærmere herom i det følgende kapitel.
Denne side er kapitel 2 af 10 til publikationen "Fokus på solenergi".
Elektronisk publikation fremstillet efter Statens standard for elektronisk publicering
© Energistyrelsen 2005