Focus på solenergi /04/05 17:58 Side 1 VEDVARENDE ENERGI FOKUS PÅ SOLENERGI

Transkript

1 Focus på solenergi /04/05 17:58 Side 1 VEDVARENDE ENERGI FOKUS PÅ SOLENERGI

2 Focus på solenergi /04/05 17:58 Side 2 Indhold SOLENERGI 3 SOLVARMEANLÆG 4 KVALITETSSIKRING OG PRAKTISKE RÅD 10 SOLCELLER 11 PASSIV SOLVARME 16 ORDFORKLARING 17 OMREGNINGSTABEL 18 YDERLIGERE OPLYSNINGER 19 Ved overgangen til år 2005 var der etableret næsten solvarmeanlæg i Danmark. Solenergi belaster miljøet langt mindre end de konventionelle energikilder og er især fordelagtig til opvarmning af brugsvand. 2

3 Focus på solenergi /04/05 17:58 Side 3 Solenergi Solenergi er den reneste og naturligste energiform, vi har, og i modsætning til fossile brændstoffer (olie/kul/naturgas) findes den overalt på jorden. I Danmark er den globale sol-indstråling ca kwh/m 2 pr. år målt på vandret plan og ca kwh/m 2 på flader med en hældning på 45 (i forhold til vandret orienteret mod syd). Ligesom andre vedvarende energikilder er det at bruge solenergi dyrt i anlægsomkostninger, men billigt i drift, hvis man sammenligner med fossile brændstoffer. Ved udgangen af 2005 var der ca solvarmeanlæg i Danmark, hvoraf ca. halvdelen blev etableret i midten af 1990erne. Hovedparten af disse anlæg er til opvarmning af varmt brugsvand, mens en mindre del er kombinerede anlæg til både varmt brugsvand og vand til rumvarme. Derudover kan solvarme bruges i større anlæg til svømmebassiner og i større kollektive anlæg (fjernvarmesystemer) i kombination med f.eks. biomasse som træpiller, træflis og halm. Solceller omsætter solens energi til elektricitet ved hjælp af den såkaldte fotoelektriske effekt. Solcelleanlæg er først og fremmest karakteriseret af et antal solcellemoduler, som kobles sammen til at give anlægget den ønskede strømstyrke og spænding. Hidtil er solcelleanlæg mest brugt til elforsyning af områder uden offentlig forsyning. I Norge findes der f.eks. mere end små solcelleanlæg, som forsyner afsides liggende hytter med el. Interessen for nettilsluttede solceller stiger kraftigt i disse år, takket være nogle landsdækkende demonstrationsprojekter. Salget af anlæg er dog fortsat ret begrænset, fordi solcellestrøm privatøkonomisk er 1 1 /2-2 gange så dyr som traditionelt produceret el. Men hvis udviklingen af solceller fortsætter i samme tempo som hidtil, er det kun et spørgsmål om tid, før solcellestrøm kan konkurrere med den øvrig elproduktion. Verdensmarkedsprisen på solceller halveres ca. hvert syvende år. Der gives ikke længere tilskud til etablering af solvarmeanlæg. EU s byggedirektiv træder i kraft 1. januar 2006, hvilket indebærer, at der bliver bestemmelser om nye bygningers maksimale energiforbrug. Solenergi regnes i denne sammenhæng for en energibesparelse, og kan dermed bidrage til at overholde maksimumskravene. Passiv solvarme er udnyttelse af solens energi til bygningsopvarmning. Det sker via solindfald gennem højisolerede energiruder eller gennem bygningens udformning og materialevalg. I de senere år er det blevet almindeligt, at man bevidst indtænker principperne om passiv solvarme og bedre dagslysudnyttelse i nybyggeri, ligesom man ved renovering gerne bruger højisolerede thermovinduer, der bidrager til bygningens opvarmning. 3

4 Focus på solenergi /04/05 17:58 Side 4 Solvarmeanlæg Aktive solvarmeanlæg er anlæg, der omsætter solens strålingsenergi til varme. Strålingsenergien består både af den direkte stråling (ca 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 CO 2 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 (jernfrit) 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 m 2 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 solfangerkredsen. 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. 4

5 Focus på solenergi /04/05 17:58 Side 5 I solvarmeanlæg, hvor varmeveksleren er placeret i bunden af varmtvandsbeholderen, bør væskeflowet være omkring 0,5-1 liter/min, pr. m 2 solfangerareal, mens den i kappebeholdere bør være ca. 0,2 liter/min, pr. m 2 solfangerareal. De sidstnævnte anlæg kaldes derfor også lowflow-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 temperatur-lagdeling af vandet og dermed en optimal udnyttelse af solenergien. En anden metode til Solfangerens ydelse i forhold til placering Orientering Syd Syd-sydøst Sydøst Øst-sydøst Øst/vest Syd-sydvest Sydvest Vest-sydvest Hældning 15 o 0,91 0,93 0,89 0,86 0,82 Hældning 30 o 0,96 0,95 0,92 0,88 0,82 Hældning 45 o 1,00 0,98 0,95 0,90 0,81 Hældning 60 o 1,01 0,99 0,96 0,89 0,79 Hældning 75 o 0,98 0,96 0,93 0,86 0,75 Hældning 90 o 0,91 0,89 0,85 0,78 0,69 Reduktionsfaktorer for orientering og hældning, som ganges med solfangerens dækningsgrad. Solfangerens ydelse i forhold til afstand fra varmtvandsbeholderen Afstand i meter fra solfanger til lagertank Reduktionsfaktor 1,00 0,98 0,96 0,93 0,90 Reduktionsfaktorer for afstanden mellem solfanger og lagertank. 5

6 Focus på solenergi /04/05 17:58 Side 6 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 liter pr. m 2 solfangerareal være passende. Varmtvandsforbruget er forskelligt fra person til person og svinger typisk mellem 25 og 75 liter/dag pr. person. 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 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 biobrændselsanlæg. 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 brugsvandsog rumopvarmningen. Herved kan biobrændsels- 6

7 Focus på solenergi /04/05 17:58 Side 7 kedlen 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 m 2, hvilket svarer til varmtvandsforbruget i 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 m 2 pr. m 2 bassinoverflade. Anlægsydelsen er i størrelsesorden kwh/m 2. 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 m 2, hvoraf verdens største solvarmeanlæg i Marstal på Ærø alene udgør m 2. 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 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 miljø-omkostningen ved km kørsel i en benzinbil om året (bilen antages at køre 15 km/liter). Et solvarmeanlæg sparer årligt omgivelserne for 1 /2-2 tons CO 2. 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. 7

8 Focus på solenergi /04/05 17:58 Side 8 Olie/naturgasbesparelse Eksempler på besparelser mht. olie/naturgas Kurvesættet på figuren viser den årlige olie/ naturgas-besparelse afhængigt af det daglige varmtvandsforbrug i forhold til solfangeranlæggets størrelse for i alt 4 forskellige olie/naturgas-kedler. Økonomi Anlægsudgiften for hele solvarmeanlægget afhænger dels af det samlede anlægs størrelse, dels af installationsforholdene i det enkelte hus. Ofte er priserne lavere i nybyggeri end i eksisterende huse, fordi der ved nybyggeri fra starten kan tages hensyn til rørføring mv. Driftsudgifterne er normalt begrænset til pumpens elforbrug og til supplerende opvarmning med elpatron. For mindre anlæg vil det årlige strømforbrug til cirkulationspumpen være i størrelsesorden 100 kwh. Selvcirkulerende anlæg har ingen driftsudgift til pumpe. Erfaringsmæssigt sættes de årlige driftsudgifter til ca. 1% af anlægsudgiften. 800 Sparet liter olie/m 3 naturgas Solfangerareal m 2 Solvarmeanlæg til varmt brugsvand i forb. m. kondenserende gaskedel med tomgangstab 100W Solvarmeanlæg til varmt brugsvand i forb. m. moderne olie- eller gaskedel med tomgangstab på 350W. Solvarmeanlæg til varmt brugsvand i forb. m. ældre olie- eller gaskedel med tomgangstab på 700W Solvarmeanlæg til brugsvand og rumvarme i forb. m. kondenserende gaskedel med tomgangstab på 100 W Solvarmeanlæg til brugsvand og rumvarme i forb. m. moderne olie- eller gaskedel med tomgangstab på 350W Solvarmeanlæg til varmt brugsvand og rumvarme i forb. m. ældre olie- eller gaskedel med tomgangstab på 700 W Olie/gas besparelse ved et dagligt varmtvandsforbrug på 160 liter 50 C pr. døgn svarende til 4 personer i husstanden. Signaturforklaring Blå kurver omfatter solvarmeanlæg til varmt brugsvand, og de øvrige farvede kurver omfatter solvarmeanlæg til både varmt vand og rumvarme, de såkaldte kombianlæg. Anlæg over ca. 5 m2 bør af driftsmæssige årsager etableres som kombinerede anlæg. 8

9 Focus på solenergi /04/05 17:58 Side 9 Økonomieksempel I et enfamiliehus med et årligt energiforbrug til opvarmning af varmt brugsvand på 3000 kwh ønskes etableret et solvarmeanlæg med en dækningsgrad på 65% af det årlige forbrug. Nuværende anlæg og tag Moderne gaskedel (tomgangstab 350 W). Taget vender mod syd og har en hældning på 45. Solvarmeanlægget kan alternativt vælges som et anlæg til kombineret opvarmning af brugsvand og rumvarme (eksempelvis varme i badeværelsesgulvet). Brugsvandsanlæg Areal: Et anlæg til brugsvand: 4 m 2 solfanger, svarende til 1 m 2 pr. person, og en ca. 250 liter beholder. Investering Idet varmtvandsbeholderen alligevel skal skiftes bliver investeringen ca kr. (der findes ikke længere statstilskud) Årlige udgifter Driftsudgifter til pumpe og elpatron: 200 kwh x 1,70 kr. = 340 kr. Vedligeholdelsesudgifter: 0,5% af kr. = 140 kr. I alt inkl. moms = 480 kr. Besparelsen Gasbesparelsen er (jfr. kurvesæt på side 5) på ca. 305 kubikmeter gas pr. år for brugsvandssolvarmeanlægget. Gasbesparelse 305 x 7,92 kr./m 3 = kr. Sparet el til kedel: 117 kr. Besparelse i alt kr. Nettobesparelse efter fradrag af årlige udgifter: kr. Simpel tilbagebetaling Den simple tilbagebetalingstid udregnes som investeringen delt med den samlede besparelse pr. år: kr./2053 kr. pr. år = 13,6 år. Kombineret brugsvand-rumvarmeanlæg Areal: Ekstra 2 m 2 solfanger. I alt 6 m 2. Investering Merinvestering for et kombineret anlæg I forhold til at skifte varmtvandsbeholder er ca kr. Investering: kr. Driftsudgifter til pumpe og elpatron: 200 kwh x 1,70 kr. = 340 kr. Vedligeholdelsesudgifter: 0,5% af kr. = 190 kr. Årlige udgifter i alt: 530 kr. Besparelsen Gasbesparelsen er (jf. kurvesæt på side 5) på ca. 380 kubikmeter gas pr. år: Gasbesparelse 380 x 7,92 kr./m3 = kr. Sparet el til kedel: 80 kwh x 1,70 kr. 136 kr. Besparelse i alt kr. Nettobesparelse efter fradrag af årlige udgifter: kr. Simpel tilbagebetaling Den simple tilbagebetalingstid udregnes som investeringen delt med den samlede besparelse pr. år: kr./2.616 kr. pr. år = 14,5 år. De angivne tilbagebetalingstider være omtrent de samme for solvarmeanlæg i forbindelse med nyere oliekedler. Er der tale om ældre gas- eller oliekedler (tomgangstab 700 W), vil tilbagebetalingstiden for solvarmeanlægget i stedet være ca. 10 år. 9

10 Focus på solenergi /04/05 17:58 Side 10 Kvalitetssikring og praktiske råd Typegodkendelse Solvarmeanlæg kan typegodkendes af Prøvestationen for Solvarmeanlæg på Solenergicentret på Teknologisk Institut i Tåstrup. Det er solvarmefabrikantens ansvar, at de enkelte komponenter, der indgår i solvarmeanlægget, har en tilfredsstillende kvalitet i henhold til Dansk Standard. På prøvestationen beregnes solfangeranlæggenes nettoydelse. Det er ikke alle kombinationer af solfangere, lagertanke og styresystemer, der er godkendte til et solvarmeanlæg. Prøvestationen har beskrevet hvilke komponenter, der er tilladt for de forskellige anlægstyper, og disse standardløsninger fremgår af solvarmeoversigten, som kan rekvireres på Solenergicentret. En særlig international kvalitetsmærkning af solfangere er ved at blive indført: Solar Keymark. Kvalitetssikringsordningen (KSO) for solvarmeanlæg For at sikre at solvarmeinstallationerne er i orden, er der i branchen etableret en kvalitetssikringsordning for installation af mindre solvarmeanlæg. De autoriserede VVS- og smedemesterfirmaer, der er tilsluttet ordningen, har gennemgået et kursus for installation af solvarme. Efter godkendelse af en solvarmeinstallation får installatøren udstedt et solvarmecertifikat, som er personligt. Når en solvarmeinstallation er afsluttet, anmeldes den til efterkontrol hos Prøvestationen, som løbende foretager stikprøvekontrol af de installerede anlæg. Hvis solvarmeinstallatøren gentagne gange laver grove fejl, inddrages hans solvarmecertifikat. Listen over godkendte solvarmeinstallatører kan ses på hjemmesiderne og Tilbud og praktiske råd Det er klogt at indhente skriftlige tilbud, før solvarmeanlægget anskaffes. Sørg for at de tilbudsgivende håndværkere har de samme oplysninger at gå ud fra, og sørg for at alle arbejder er inkluderet. Få også oplyst, hvilke service- og garantiordninger der gives. Installatøren er ansvarlig for, at solvarmeanlægget er korrekt installeret, men det er nyttigt for ejeren/brugeren af anlægget at kende til de vigtigste detaljer. Solfangeren er placeret i det fri, og det gør den til den mest udsatte del i anlægget. Solfangeren skal kunne klare høje temperatur- og frostpåvirkninger og være tæt over for regnvand. Det er derfor vigtigt, at rørgennemføringer og eventuelle inddækninger er tætte. I anlæg, der benytter frostvæske, skal der være en opsamlingsbeholder under solfangerkredsens overløb. Anlægget skal sikres mod kogning, enten ved at holde trykket i solfangerkredsen så højt, at væsken ikke koger eller ved køling af solfangerkreds og varmelager om natten. Det sker ved tvungen cirkulation i solfangerkredsen f.eks. ved bortrejse i sommerperioden. Lagertanken skal placeres, så tank og isolering altid er tør, da våd isolering reducerer isoleringsevnen. Endvidere bør tanken placeres, så den er beskyttet mod frost. Solvarmeanlægget skal have potter med luftskrue eller automatisk udlufter i alle de højdepunkter af anlægget, som udluftes når anlægget tages i brug og igen et par uger efter. Det er vigtigt at udlufte anlægget, da der ellers kan opstå problemer med cirkulationen. Anlægget bør endvidere være forsynet med en kontraventil til sikring af tilbagecirkulation. Når anlægget er færdigmonteret og godkendt, skal installatøren give en god og grundig driftsinstruktion sammen med brugervejledningen, som følger med anlægget. Heraf fremgår det, hvad brugeren selv skal gøre f.eks. ved skift fra sommer til vinterdrift. Sørg for at orientere husets forsikringsselskab om etableringen af solfangeranlægget. Normalt kræver forsikringsselskaberne ikke forhøjede forsikringspræmier. Lovkrav Etablering af solvarmeanlæg i huse, der er omfattet af "Småhus-reglementet", kræver normalt ikke en byggetilladelse, men spørg for en sikkerheds skyld Teknisk Forvaltning i kommunen, da der kan være særlige servitutter o.l. for området. For andre typer bygninger gælder den almindelige byggesagsbehandling. En eventuel godkendelse skal foreligge, før arbejdet sættes i gang. Dette gælder også, hvis en del af arbejdet udføres som selv/medbyg. El- og brugsvandsinstallationer skal udføres af autoriserede firmaer. 10

11 Focus på solenergi /04/05 17:58 Side 11 Solceller En solcelle er en halvleder, som omsætter lys direkte til elektricitet ved hjælp af den såkaldte fotoelektriske effekt. Solceller producerer el helt uden bevægelige dele, og der er derfor tale om en meget robust og driftsikker teknologi. Bl.a. derfor har solceller længe været brugt i rumfarten, og senere til specielle anvendelser på jorden, hvor den høje pris var underordnet. Fremstillingsomkostningerne er imidlertid faldet drastisk, og da effektiviteten samtidig er øget, er solceller i dag relevante i mange sammenhænge til elforsyning i stor eller lille skala. Solcelleanlæg er først og fremmest karakteriseret ved deres modulære opbygning, idet de består af et antal solcellemoduler, som kobles sammen til at give anlægget den ønskede strømstyrke og spænding. Hidtil er solcelleanlæg mest benyttet til elforsyning i områder, hvor der ikke er adgang til den offentlige elforsyning, og anlæggene er da forsynet med et batteri til energilagring. Denne type anlæg er solgt igennem mange år, og der findes f.eks. over små anlæg til forsyning af afsidesliggende hytter i Norge. Derudover bruges anlæg med batterilager bl.a. til drift af telekommunikation, lysbøjer, vejbelysning samt til decentral elforsyning af enkelthuse eller landsbyer. I de seneste år har der specielt i Europa og Japan været stor aktivitet omkring solcelleanlæg, og der er blevet bygget en lang række anlæg med direkte nettilslutning, hvor overskudsstrøm sendes ud på det offentlige elnet. Et typisk anlæg til et enfamiliehus er på 1-4 kw solcelleeffekt svarende til m 2 solceller. Verdensmarkedet for solceller er derfor steget markant og er de seneste år blevet øget med 30-40% pr. år. I takt hermed er EU s forventninger til solceller øget og der er formuleret målsætningen, at 1% af Europas elforsyning skal være baseret på solceller i I Danmark kan et nettilsluttet solcelleanlæg alt efter forholdene levere kwh/år for hver kilowatt installeret effekt. Anlæg med batterilager vil dog yde mindre pga. et større omsætningstab. Energiforbruget til fremstilling af modulerne vil normalt være tjent hjem på 4-5 år, og der er i reglen omkring 25 års garanti. Solcelletyper De solceller, som findes på markedet i dag, er næsten alle baseret på silicium i mono- eller polykrystallinsk eller amorf (ikke-krystallinsk) tilstand. Solceller baseret på andre materialer forekommer også på markedet, f.eks. tyndfilmsceller. Monokrystallinske solceller er som standard sorte eller grå med en ensartet overflade, og de er "født" cirkulære. Ønsker man en særlig tæt pakning i det færdige modul, kan de udskæres i kvadrater. De enkelte celler er påført et metalgitter som kontaktnet og er monteret mellem to glaslag eller mellem et glas- og et plastlag. Ofte er de monteret på en hvid baggrund for at reflektere det indfaldende lys mellem cellerne og dermed holde modulets temperatur så lav som muligt, hvilket giver den højeste effektivitet. Monokrystallinske celler har den bedste virkningsgrad, men afhængig af hvor tæt cellerne er pakket, vil den effektive modulvirkningsgrad være en del lavere end cellevirkningsgraden. Polykrystallinske siliciumceller findes ofte i blålige nuancer og i kvadratisk form (efter 11

12 Focus på solenergi /04/05 17:58 Side 12 støbeformen). De enkelte krystaller tilbagekaster lyset forskelligt efter deres orientering, hvilket giver en "levende" overflade. Virkningsgraden er lidt dårligere end for monokrystaller, men pakningen i modulet er gerne så tæt, at det opvejer den ringere virkningsgrad. Monokrystallinske solceller udgør p.t. ca. 35% af verdensmarkedet, polykrystallinske ca. 55%, tilsammen ca. 90% Solceller baseret på amorft silicium er konstrueret helt anderledes end de ovennævnte typer. Her er de aktive lag dampet direkte på glasfladen og herefter opdelt i enkelte cellestrimler mekanisk eller med laser. Der er ingen metalliske kontakter på forsiden, da lederen er en transparent oxid-film. De aktive lag er meget tynde, undertiden delvis transparente, og materialeforbruget er meget beskedent. Disse såkaldte tyndfilmsceller kan også indkapsles i plast i stedet for glas og kan da gøres fleksible. Virkningsgraden er typisk under det halve i forhold til de krystallinske celler. Denne type solceller bruges især i lommeregnere, ure og andre småapparater, men efterhånden også i større moduler. Tyndfilmsceller vil sandsynligt blive meget udbredt i fremtiden, da de har størst potentiale for at blive et billigt produkt. Modultyper Solcellemoduler findes i et stort udvalg af størrelser, udseender og kvaliteter. Standardmoduler leveres oftest i størrelser på 1/4-1 m 2 og W spidseffekt, angivet ved en solindstråling på 1000 W/m 2 og en temperatur på 25 C i cellerne. Modulerne består gerne af enkelte celler, som er serieforbundet til at give en arbejdsspænding på volt, hvilket er passende til opladning af 12 volt batterisystemer. Specielt til bygningsintegration anvendes større moduler på W. Systemer med spændinger på over 500 volt kan opnås ved at serieforbinde modulerne. Større strømstyrke opnår man ved at parallelforbinde modulerne. Fordi et moduls enkelte celler er serieforbundne, vil skygge på en enkelt celle betyde, at effekten falder i de dele af modulet, der er i samme serie. Hvis modulet så igen er parallelforbundet med andre moduler, kan hele modulets effekt bortfalde, hvis tomgangsspændingen er lavere end de øvrige modulers (maksimale) arbejdsspænding. Der skal være samme spænding i alle moduler, og det er derfor meget vigtigt at undgå skygge på en del af anlægget. Standardmoduler er ofte monteret med en aluminiumsramme, som fastgøres med bolte til den bærende struktur. Rammeløse moduler, der især har vundet indpas i forbindelse med bygningsintegration, kan enten være udstyret med boltehuller direkte i glasset eller være beregnet til fastgørelse i normale profiler på glasfacader o.l. Til energiforsyning i større skala vil det normalt være en fordel at bruge så store moduler som muligt, hvilket i øjeblikket vil sige maksimalt ca. 300 W spidseffekt og et par kvadratmeter i areal. Det giver færre samlinger, og derved mindskes montagearbejdet og risikoen for fejl. De helt små moduler anvendes først og fremmest i forbrugsudstyr som opladere til el-værktøj, havelamper, ventilatordrift m.v. Når man vælger modultype til en opgave, bør man overveje følgende: Ønskes der et maksimalt udbytte pr. arealenhed eller pr. investeret krone? Hvilket spændingsniveau er påkrævet for det tilknyttede udstyr? Hvad er kravene til levetid? Er der særlige krav med hensyn til form og farve? Er der særlige krav til mekanisk holdbarhed f.eks. ved arktiske forhold? Skal modulerne monteres på jorden eller integreres i en bygning? Ydelser Stort set alle standardmoduler til professionel anvendelse har gennemgået en omfattende elektrisk og mekanisk afprøvning, og de leveres alle med et prøvningscertifikat. De fleste fabrikanter giver en ydelsesgaranti på omkring 25 år for krystallinske standardmo- 12

13 Focus på solenergi /04/05 17:58 Side 13 duler. Specialfremstillede moduler vil normalt ikke være omfattet af så lange garantiperioder, da de ikke bliver testet i samme omfang som standardmoduler. Der findes solceller med højere effektivitet, men de er endnu for dyre til almindelig brug. Der forskes både i Danmark og udlandet i nye solcelletyper, de såkaldte 3.generationsceller. Celletyper som PEC-celler og polymerceller (plastceller) vil have en meget lavere ydelse end krystakllinske silicumceller, til gengæld forventes de at blive meget billige at fremstille. Foruden standardmoduler findes der en række specialudførelser til særlige formål, eksempelvis fleksible moduler, som er velegnede til klæbning på krumme flader som et biltag eller til montage på campingudstyr. Ved montage på tage kan man bruge moduler udformet som tagplader. Disse kan lægges i stedet for eksempelvis det traditionelle tags skifer- eller stålplader. Tilsvarende findes moduler for facadebeklædning, som kan erstatte f.eks. glas- eller stenplader, der ofte er lige så dyre som solceller. Der produceres også termoruder med solceller lagt ind imellem de to lag glas. Foruden direkte montage på ydermure kan solcellemoduler bruges som solafskærmning, hvilket giver en bedre hældningsvinkel. Der findes både systemer til stationær montage eller med stilbar vinkel. Eksempler på anvendelse Solceller har efterhånden vundet indpas på en lang række områder - fra drift af forbrugselektronik til store kraftværker. Traditionelt skelner man mellem nettilsluttede anlæg og anlæg for ø-drift (stand-alone). Nettilsluttede anlæg Denne anlægstype består af en række solcellemoduler, som via en vekselretter er koblet direkte til det offentlige elnet. Anlæggene kan være centrale eller decentrale, de kan være opbygget på stativ eller være bygningsintegreret og køre med enten høj eller lav spænding. I Europa og Japan er det især de decentrale, bygningsintegrerede lavspændingsanlæg, som har vundet udbredelse. Ved at integrere solceller i bygninger kan stativer og kabler til en vis grad undværes, men til gengæld er montageforholdene ofte mere kritiske. Ved mindre anlæg kobles modulerne sammen, så de giver en spænding på typisk volt, som vekselrettes og transformeres op til netspændingen i en vekselretter. Vekselretteren vil oftest indeholde sikkerhedsudstyr samt en Maximum Power Point Tracker, der er et kredsløb, som sikrer, at anlægget altid arbejder ved den spænding, der giver maksimal ydelse. Foruden vekselretteren kræves i visse tilfælde en måler til køb og salg af el, samt diverse afbrydere og sikringer. Som en grov tommelfingerregel kan man i dag opføre mindre nettilsluttede anlæg i Europa for kr. pr. W installeret effekt. Der er dog en vis spredning. Systemydelsen er stærkt afhængig af den anvendte vekselretters karakteristik. De fleste vekselrettere skal op på en forholdsvis høj belastning for at køre med maksimal virkningsgrad, og det kan derfor betale sig at underdimensionere denne med ca. 10% i forhold til solcelleydelsen, da nogle få udkoblinger pga. overbelastning ikke betyder noget energimæssigt. De bedste vekselrettere omsætter over 95 % af strømmen fra modulerne 13

14 Focus på solenergi /04/05 17:58 Side 14 til elnettet. Den nyeste udvikling er solcellemoduler med indbygget vekselretter. Nettomålingsordningen Folketinget har foreløbig for en 8-årig periode vedtaget den såkaldte nettomålingsordning, som indebærer afgiftsfritagelse for solcelleanlæg til at dække egetforbruget af strøm til boliger og institutioner. Med denne ordning kan evt. overskydende elproduktion fra solcellerne uden særskilt måling og beregning parkeres på det kollektive elnet, og tages tilbage når solen ikke skinner. Husstandens elmåler løber ganske enkelt baglæns eller fremad afhængig af solcelleproduktionen og husstandens aktuelle strømforbrug. Ikke nettilsluttede anlæg Den mest almindelige brug af solceller var indtil midten af 90 erne elforsyning uden for det offentlige elnet, hvor alternativ forsyning enten er for dyr eller for besværlig. Fra at være domineret af professionelle anvendelser såsom telekommunikation, katodisk beskyttelse af rørledninger, lysbøjer eta, er der således opstået et almindeligt forbrugermarked for anlæg til drift af lys, radio og fjernsyn i fritidshuse, i lystbåde og i campingvogne. Utallige anvendelsesmuligheder Direkte drift af pumper, ventilatorer, køleanlæg m.m. finder sted i den enklest mulige anlægstype, som i sin grundform blot består af et antal solceller og et forbrugsapparat. Denne anvendelse er derfor i reglen også den økonomisk gunstigste, da man kan undvære dyre batterier. Et pumpeanlæg kan således lagre potentiel energi i et reservoir/vandtårn, ligesom et køleanlæg kan lagre termisk energi i et islager, hvis der er behov for udjævning af produktionen. For at få den maksimale ydelse er det her vigtigt, at forbrugsudstyrets elektriske karakteristik passer til modulerne. Solcelletype Monokrystallinske Polykrystallinske Amorfe/tyndfilm Effektivitet i laboratoriecelle ca. 24% ca. 20% ca. 16% Typiske moduler 12-15% 10-13% 4-9% Typisk form Runde eller kvadratiske Kvadratiske Smalle striber Typisk farve Sort/mørkegrå/blålig Blålig og changerende Sort/mørkebrun Årligt udbytte 120 kwh/m kwh/m 2 50 kwh/m 2 Fald i modulydelse ved 1 o C temperaturstigning ca. 0,5% ca. 0,5% ca. 0,5% Pris pr. m 2 Høj Mellem/høj Lav Fleksible Nej Nej Ja, i specielle udgaver Typisk effektivitet og ydelse ved standardbetingelser (25 C og 1000 W/m 2 indstråling). 14

15 Focus på solenergi /04/05 17:58 Side 15 Indirekte drift med batterilager bruges ved belysning, småindustri, telekommunikation, el-hegn osv. Her kan den elektriske energi i modsætning til mange andre tilfælde bruges uafhængig af solindfaldet. Da en stor del af energien passerer batteriet, er der et vist omsætningstab dels ved op/afladning og dels pga. selvafladning over længere tidsrum. Det er meget vigtigt at vælge batterier, som er beregnet til solcelledrift. Mindre anlæg til belysning m.m. kan købes som byggesæt, der typisk indeholder paneler, regulator, batteri og lysstoflamper. Større anlæg til f.eks. elektrificering af landsbyer i ulande projekteres i hvert enkelt tilfælde. Batteristørrelsen kan reduceres, hvis man tilslutter eksempelvis en dieselgenerator til back-up. Solceller kan også kombineres med mindre vind- eller vandkraftenheder alt efter de lokale forhold. Arkitektoniske forhold Solceller placeres ofte på taget af en bygning, men kan også placeres på gavle, brystninger eller lign. På eksisterende bygninger monteres solcellerne ofte uden på taget eller gavlen, men i nybyggeriet er der mulighed for at integrere solcellerne som en del af f.eks. tagkonstruktionen. Hvis indpasningen skal opleves smuk og harmonisk, er der nogle arkitektoniske regler der skal overholdes. Anvisninger af denne art findes i pjecer for både eenfamiliehuse, flerfamiliehuse og institutioner, se hjemmesiden Miljøforhold Når man erstatter el fra traditionelle kraftværker med solcelle-el, er det naturligt også at se på den miljø- og energibelastning, der opstår ved fremstilling, drift og bortskaffelse af anlægget inklusiv moduler, montagesystem, kabler og vekselrettere. Den afgørende miljø- og energibelastning finder sted under fremstillingen af selve solcellen. De øvrige komponenter bruger også energi og belaster miljøet, men i meget mindre grad. Miljøbelastningen fra fremstillingen skyldes i høj grad den forurening, der er knyttet til elforbruget. Belastningen afhænger derfor af, hvordan denne el er fremstillet. Der findes endnu ingen standardrutiner for bortskaffelse af solceller. Krystallinske celler kan genbruges ved at opløse lamineringsmaterialet, som indkapsler dem. Tyndfilmscellerne må omsmeltes sammen med det glas, de er behæftet til. Ved bygningsintegration erstatter solcellerne en del af den facade- eller tagbeklædning, der ellers skulle være anvendt, og afhængig af energiforbruget til fremstillingen af dette materiale vil systemets livscyklusanalyse skulle modificeres. Internationalt samarbejde Internationalt samarbejde om udvikling og anvendelse af solceller, herunder standardisering, foregår både globalt i IEA-regi, samt i Europa i EU-regi. Danmark deltager både i IEA-udviklingssamarbejdet og det europæiske forsknings- og programsamarbejde. 15

16 Focus på solenergi /04/05 17:58 Side 16 Passiv solvarme Passiv solvarme er udnyttelse af solvarme til bygningsopvarmning uden brug af tekniske anlæg. Principperne for udnyttelse af passiv solvarme er enkle og baseret på, at solindstrålingen gennem vinduer og andre glaspartier omdannes til varme, som glasset forhindrer i at slippe ud igen. Passiv solvarme kan således give et varmetilskud, hvis en del af bygningens indvendige flader består af tunge materialer (tegl/beton), som kan akkumulere overskudsvarmen til afgivelse om natten. Bygningen bør indrettes sådan, at varmen bliver tilført de mest benyttede rum. Vinduer og glastilbygninger Vinduers og glastilbygningers placering, form og størrelse har betydning for udnyttelsen af passiv solvarme. Man opnår størst mulig udnyttelse af passiv solvarme ved at orientere vinduer og glasbygninger mod syd. Vinduer mod nord skal være så små som muligt. Glasoverdækninger af gader, inddækning af indeliggende altaner mv. giver en større energibesparelse end tilbygninger som almindelige udestuer. Solvægge Solvægge er en passiv solvarme foranstaltning, der udnytter solindfaldet på en bygnings klimaskærm. En solvæg er en lagdelt ydervæg med et lag glas yderst og en sortmalet plade/væg inderst. Luften mellem disse lag opvarmes af solens stråler, hvorved hele facaden opvarmes, og bygningens varmetab mindskes. I visse perioder kan der endog overføres varme til rummet bagved, enten via væggen eller ved naturlig eller mekanisk ventilation gennem kanaler i væggen. 16

17 Focus på solenergi /04/05 17:58 Side 17 Ordforklaring Absorber: Dansk Standard: Væskekølet plade monteret i solfangerelement. DS er det officielle godkendte danske centralorgan for standardisering af kvalitetssystemer og produkter. Propylenglykol: Solfangerelementer: Frostvæske som hindrer, at væsken i solfangerkredsen fryser. Standardelementer som kan serieforbindes, og hvis opgave er at omsætte solenergien til varme. Elpatron: Klimaskærm : Thermostatsstyret varme-legeme, som er placeret i øverste tredjedel af varmtvandsbeholderen, og som sikrer varmtvandstemperaturen i perioder uden sol. En bygnings yderkonstruktion. Solfangerkreds: Vekselretter: Lukket rørsystem, som forbinder solfangerelementet med varmtvandsbeholderen. Anordning som omformer solcellernes jævnstrøm til vekselstrøm. Kontraventil: Ventil som sikrer, at væskeflowet kun kan foregå i samme retning. Luftudlader: Skal normalt placeres øverst i solfangerkredsen, og kan enten være en automatisk luftudlader eller en luftpotte med luftskrue. Luftudladeren skal kunne klare de temperaturer og tryk, de udsættes for, uden at der sker materialebrud eller deformationer. 17

18 Focus på solenergi /04/05 17:58 Side 18 Omregningstabeller Energi 1 kwh = kj (varmemængde) 1 kwh = 860 kcal 1 Mcal = 1,16 kwh Effekt 1 Mcal/h = 1,16 kw (varmestrøm) 1 kw = 0,86 Mcal/h 1 kw = 1,16 Hk 1 Hk = 0,736 kw Energiindhold 1 kcal/kg 1 = 4,19 kj/kg 1 kj/kg = 0,239 kcal/kg Tryk 1 m VS = 9,81 kpa (Pascal) 1 Pa = 0,102 m VS 1 Mcal = kcal 1 liter olie = 10 kwh 1 m 3 naturgas = 11 kwh 18

19 Focus på solenergi /04/05 17:58 Side 19 Yderligere oplysninger Internet Man kan også læse om solenergi på internettet. Følgende adresser har de nyeste oplysninger om solenergi: Fokus på solenergi Opdateret udgave af Fokus på solenergi udarbejdet i maj Udgivet af: Energistyrelsen Amaliegade København K Tlf.: Fax: E-post: ens@ens.dk Internet: Redaktion: Jens Windeleff Layout: Advice A/S Tryk: N. Olaf Møller Oplag: stk. Papirkvalitet: Cyklus print (omslag), cyklus offset (indhold) Foto: Anne-Grete Elvang, Billdedhuset/2. maj, Biofoto, Domus og SolenergiCentret Marts 2005 ISBN: Publikationen kan bestilles i Energistyrelsens netboghandel eller Danmark.dk s Netboghandel på tlf.: 1881 Publikationen kan citeres med kildeangivelse. 19

20 Focus på solenergi /04/05 17:58 Side 20 Solenergi er den reneste energikilde på jorden, og interessen for at etablere solvarmeanlæg er i stigning. Solenergi kan bruges til at opvarme vand, men også til boligopvarmning og produktion af el. Det er relativt dyrt at etablere et solenergianlæg, men investeringen tjener sig ind, fordi anlægget i drift sparer mange penge ift. opvarmning og elproduktion via de traditionelle fossile brændstoffer.