VEDVARENDE ENERGI FOKUS PÅ SOLENERGI
Indhold SOLENERGI 3 SOLVARMEANLÆG 4 TILSKUD OG PRAKTISKE RÅD 10 SOLCELLER 12 PASSIV SOLVARME 16 ORDFORKLARING 17 OMREGNINGSTABEL 18 YDERLIGERE OPLYSNINGER 19 Ved overgangen til år 2000 var der etableret næsten 30.000 solvarmeanlæg i Danmark. Solenergi belaster miljøet langt mindre end de konventionelle energikilder og er især fordelagtig til opvarmning af brugsvand. Energistyrelsen bevilger tilskud til installation af solvarmeanlæg hos både erhverv, private og offentlige institutioner. 2
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 solindstråling ca. 1.000 kwh/m 2 pr. år målt på vandret plan og ca. 1.200 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 1999 var der ca. 29.500 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 60.000 små solcelleanlæg, som forsyner afsides liggende hytter med el. Interessen for solceller stiger kraftigt i disse år. Salget af anlæg er dog fortsat ret begrænset, fordi el produceret af solceller koster 5-10 gange mere end traditionelt produceret el. Men hvis udviklingen af solceller fortsætter i samme tempo som hidtil, er det kun et spørgsmål om tid, før solcelle-el kan konkurrere med den øvrig elproduktion. Verdensmarkedsprisen på solceller halveres ca. hvert syvende år. 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
Solvarmeanlæg 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. 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. Et solvarmeanlæg består af et eller flere solfanger-elementer forbundet til en lagertank med et rørsystem, som kaldes solfangerkredsen. 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 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. 4
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 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 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 temperatur-lagdeling 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. 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). Olie/naturgasbesparelse 800 600 400 200 0 Sparet liter olie/m 3 naturgas 0 2 4 6 8 10 Solfangerareal m 2 Gammel kedel med et tomgangstab på 1200 W Ældre kedel med et tomgangstab på 700 W Nyrere kedel med et tomgangstab på 350 W Ny kondenserende kedel med et tomgangstab på 100 W Nettoydelse fra solfangeren Ydelse ved et forbrug på 160 liter 50 C pr. døgn = 4 personer Dagligt varmtvandsforbrug: 160 liter Signaturforklaring Blå kurver omfatter solvarmeanlæg til varmt brugsvand, og de farvede kurver omfatter solvarmeanlæg til både varmt vand og rumvarme, de såkaldte kombi-anlæg. Anlæg over ca. 5 m 2 bør af driftsmæssige årsager etableres som kombinerede anlæg. 5
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. 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 rørførin. Solfangerens bedste hældning i forhold til vandret afhænger af, hvad solvarmeanlægget bruges til. Afstand i meter fra solfanger til lagertank 5 10 15 20 25 Reduktionsfaktor 1,00 0,98 0,96 0,93 0,90 Reduktionsfaktorer for afstanden mellem solfanger og lagertank. 6
Økonomi-eksempel 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. Eventuelt kan anlægget fås som et solvarmeanlæg til en kombination af brugsvand og rumvarme (eksempelvis varme i badeværelsesgulvet). Nuværende anlæg og tag Ældre oliekedel (tomgangstab 700 W). Taget vender mod syd og har en hældning på 45 o. 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, koster Brugsvandsanlægget: 25.000 kr. Tilskud: ca. 7.000 kr. Investering: 18.000 kr. Årlige udgifter Driftsudgifter til pumpe og elpatron: 200 kwh x 1,25 kr. = 250 kr. Vedligeholdelsesudgifter: 0,5% af 25.000 kr. = 125 kr. I alt inkl. moms = 375 kr. Besparelsen Oliebesparelsen er (jf. kurvesæt på side 5) på 423 liter olie pr. år for brugsvands-solvarmeanlægget. Oliebesparelse 423 x 5,1 kr./l. olie = 2.157 kr. Drift og vedligeholdelse: 375 kr. Besparelse i alt 1.782 kr. Kombineret brugsvand-rumvarmeanlæg Areal Ekstra 2 m 2 solfanger. I alt 6 m 2. Investering Det kombinerede solvarmeanlæg: 35.000 kr. Tilskud: ca. 9.000 kr. Investering: 26.000 kr. Besparelsen Oliebesparelsen er (jf. kurvesæt på side 5) på 477 liter olie pr. år: Oliebesparelse 477 x 5,1 kr./l. olie = 2.433 kr. Drift og vedligeholdelse: 375 kr. Besparelse i alt 2.058 kr. Simpel tilbagebetaling Den simple tilbagebetalingstid udregnes som investeringen delt med den samlede besparelse pr. år: 26.000 kr./2.058 kr. pr. år = 12,6 år. Er der tale om en nyere oliekedel (tomgangstab 350 W), vil tilbagebetalingstiden for solvarmeanlægget i stedet være henholdsvis 15,6 og 18,4 år. Simpel tilbagebetaling Den simple tilbagebetalingstid udregnes som investeringen delt med den samlede besparelse pr. år: 18.000 kr./1.782 kr. pr. år = 10,1 år. 7
Brugsvandsanlæg bør installeres med en hældning på 45 o (+/-15 o ) i forhold til vandret. Kombinerede brugsvands- og rumvarmeanlæg bør installeres med en hældning på 60 o (+/-15 o ) i forhold til vandret, og solvarmeanlæg til udendørs svømmebade bør installeres med en hældning på 30 o (+/-15 o ) i forhold til vandret. 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 sol-varmeanlægget som regel udstyret med en elpatron, der placeres i varmtvandstankens øverste tredjedel. Eksempler på besparelser mht. olie/naturgas Kurvesættet på side 5 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. 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 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 rumopvarmnin- 8
gen. 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 o 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 fem år er der monteret ca. 500 større solvarmeanlæg på plejehjem, højskoler, kaserner og i etageejendomme. Det samlede solfangerareal på disse anlæg er ca. 25.000 m 2, hvilket svarer til varmtvandsforbruget i 2.500 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 /2-1m 2 pr. m 2 bassinoverflade. Anlægsydelsen er i størrelsesorden 200-300 kwh/m 2. Der gives ikke tilskud til solvarmeanlæg til private svømmebade. 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 miljø-omkostningen 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 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. Solvarmecentraler Danmark er et af de førende lande i Europa med solvarmecentraler til fjernvarme. Pt. findes tre solvarmecentraler i DK med et samlet areal på ca. 12.000 m 2, hvoraf verdens største solvarmeanlæg i Marstal på Ærø alene udgør 8.000 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 9
Tilskud og praktiske råd Energistyrelsen yder tilskud til solvarmeanlæg efter følgende regler: Standardtilskud til installation af solvarmeanlæg gives til anlæg, der opføres i ejendomme uden for kraftvarme-forsyningsområder. Tilskuddet ydes både til erhverv og private og offentlige institutioner. Tilskuddet ydes kun til anlæg, der er sammensat af type-godkendte komponenter, som er godkendt af Prøvestationen for Solvarmeanlæg. Anlægget skal installeres af en solvarme-installatør tilsluttet kvalitetssikringsordningen (se nedenfor). Tilskuddet gives som et standardtilskud, som fastsættes ud fra de enkelte anlægs årlige ydelse, men tilskuddet kan maksimalt udgøre 30% af anlægsomkostningerne. Tilskuddet søges hos Energistyrelsen. Arbejdet må ikke være påbegyndt, før der er modtaget skriftligt tilsagn om tilskud dog er installation af solvarmeforberedte varmtvandsbeholdere undtaget herfra (se nedenfor). Pjece med yderligere information og ansøgningsskema kan rekvireres hos det lokale Energi- og Miljøkontor eller EnergiOplysningen, (se Yderligere oplysninger, side 19). Ansøgningsskemaet sendes til Energistyrelsen, som bevilger tilskuddet. Der kan desuden ydes tilskud til installation af solvarmeforberedte varmtvandsbeholdere. Dette tilskud udbetales som et forskud på standardtilskuddet til det komplette anlæg og udgør 1.000-1.500 kr. afhængig af beholderstørrelsen. I forbindelse med omstilling af elopvarmede bygninger uden for kollektivt forsynede områder ydes der ved installation af solvarmeanlæg en ekstra miljøbonus på 20 kr./m 2 opvarmet bolig. Ved installation af en solvarmeforberedt varmtvandsbeholder udgør denne bonus 10 kr./m 2 opvarmet bolig. Tilskuddet søges gennem det lokale Energi- og Miljøkontor. Typegodkendelse For at opnå tilskud fra staten til solvarmeanlæg kræves det, at anlægget er typegodkendt af Prøvestationen for Solvarmeanlæg 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, som herefter danner grundlag for tilskudsstørrelsen. 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 hos det lokale Energi- og Miljøkontor og EnergiOplysningen. 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. Det er en forudsætning for at opnå tilskud, at anlægget er installeret af en installatør med solvarmecertifikat. 10
Dog er der enkelte anlæg, som kan installeres som selv/med-byg, men anlæggene skal godkendes af en solvarmecertificeret installatør for at være tilskudsberettiget. 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 rekvireres hos det lokale Energi- og Miljøkontor og EnergiOplysningen. Tilbud og praktiske råd Det er klogt at indhente skriftlige tilbud, før solvarmeanlægget anskaffes. Ifølge licitationsloven må der dog højst indhentes to tilbud. 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 temperaturog 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. 11
Solceller 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 2-5 kw solcelleeffekt svarende til 20-50 m 2 solceller. I Danmark kan et nettilsluttet solcelleanlæg under gode forhold levere 900 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 10-25 års garanti. 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 100.000 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. 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 tempe ratur 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 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 virknigsgrad. Solceller baseret på amorft silicium er konstrueret helt anderledes end de ovennævnte typer. Her er de aktive lag dampet direkte på glas- 12
fladen 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 30-100 W spidseffekt, angivet ved en solindstråling på 1000 W/m 2 og en temperatur på 25 o C i cellerne. Modulerne består gerne af 36-40 enkelte celler, som er serieforbundet til at give en arbejdsspænding på 14-18 volt, hvilket er passende til opladning af 12 volt batterisystemer. Specielt til bygningsintegration anvendes større moduler på 100-300W. Systemer med spændinger på over 500 volt kan opnås ved at serieforbinde modulerne. Endnu 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 10 eller sågar hele 20 år for standardmoduler. Hidtil er så lange levetider dog kun dokumenteret for krystallinske moduler. 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. 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 13
udformet som tagplader. Disse kan lægges i stedet for eksempelvis det traditionelle tags skifereller stålplader. Tilsvarende findes moduler for facadebeklædning, som kan erstatte f.eks. glaseller 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, mens man f.eks. i USA har satset mere på centrale anlæg, ofte placeret i øde ørkenområder. 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 100-250 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 50-80 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 virk- Solcelletype Monokrystallinske Polykrystallinske Amorfe/tyndfilm Effektivitet i laboratoriecelle ~24% ~20% ~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 2 100 kwh/m 2 50 kwh/m 2 Fald i modulydelse ved 1 o C temperaturstigning ~0,5% ~0,5% ~0,2% 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
ningsgrad, og det kan derfor betale sig at underdimensionere denne med ca. 20% i forhold til solcelleydelsen, da nogle få udkoblinger pga. overbelastning ikke betyder noget energimæssigt. De bedste vekselrettere omsætter over 90% af strømmen fra modulerne til elnettet. Den nyeste udvikling er solcellemoduler med indbygget vekselretter. Ikke nettilsluttede anlæg Den mest almindelige brug af solceller har indtil videre været 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 etc., er der nu 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. 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. Almindelige bilbatterier frarådes, da de ikke tåler kraftig afladning. 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. 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, montage-system, 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. 15
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 solvarmeforanstaltning, 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
Ordforklaring Absorber: Dansk Standard: Elpatron: Væskekølet plade monteret i solfangerelement. DS er det officielle godkendte danske centralorgan for standardisering af kvalitetssystemer og produkter. Thermostatsstyret varmelegeme, som er placeret i øverste tredjedel af varmtvandsbeholderen, og som sikrer varmtvandstemperaturen i perioder uden sol. Omstilling af elopvarmede bygninger uden for kollektivt forsynede områder: Propylenglykol: Tilskudsordning til etablering af centralvarmeanlæg i områder uden for kollektiv varmeforsyning. Ordningen administreres af Energistyrelsen i samarbejde med de lokale energi- og miljøkontorer. Frostvæske som hindrer, at væsken i solfangerkredsen fryser. Klimaskærm : Kontraventil: Luftudlader: En bygnings yderkonstruktion. Ventil som sikrer, at væskeflowet kun kan foregå i samme retning. 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. Solfangerelementer: Solfangerkreds: Vekselretter: Standardelementer som kan serieforbindes, og hvis opgave er at omsætte solenergien til varme. Lukket rørsystem, som forbinder solfangerelementet med varmtvandsbeholderen. Anordning som omformer solcellernes jævnstrøm til vekselstrøm. 17
Omregningstabeller Energi 1 kwh = 3.600 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 = 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 = 1.000 kcal 1 liter olie = 10 kwh 1 m 3 naturgas = 11 kwh 18
Yderligere oplysninger Spørgsmål om solenergi, rapporter m.m. kan rettes til Energioplysningen, som er Energistyrelsens eksterne informationscenter eller til de samvirkende energi- og miljøkontorer, som kan oplyse adresse og telefonnummer på det nærmeste lokale energi- og miljøkontor. Samvirkende Energi- og Miljøkontorer Preisler Plads 1 8800 Viborg Tlf.: 87 25 21 67 Fax: 87 25 21 65 E-post: sek@sek.dk EnergiOplysningen Teknikerbyen 45 2830 Virum Tlf.: 70 21 80 10 Fax: 70 21 80 11 E-post: energioplysningen@ens.dk Internet Man kan også læse om solenergi på internettet. Følgende adresser har de nyeste oplysninger om solenergi og tilskudsordninger: www.solenergi.dk www.energioplysningen.dk www.energistyrelsen.dk www.encon.dk www.sek.dk Fokus på: Energimærkning af små bygninger Udgivet i marts 2000 af: Energistyrelsen Amaliegade 44 1256 København K Tlf.: 33 92 67 00 Fax: 33 11 47 43 E-post: ens@ens.dk Internet: www.energistyrelsen.dk Design og produktion: EnergiOplysningen Tryk: N. Olaf Møller Oplag: 10.000 stk. Papirkvalitet: Cyklus print (omslag), cyklus offset (indhold) ISBN: XX-XXXX-XXX-X Publikationen kan rekvireres ved henvendelse til EnergiOplysningen Tlf.: 70 21 80 10 E-post: energioplysningen@ens.dk Internet: www.energioplysningen.dk Energistyrelsen er en institution under Miljø- og Energiministeriet, som på statens vegne sikrer, at Danmarks produktion, forsyning og forbrug af energi udvikler sig samfundsøkonomisk, sikkerhedsmæssigt og miljømæssigt forsvarligt. Publikationen kan citeres med kildeangivelse. Revideret udgave af Focus på solenergi fra 1996 udarbejdet af Informationssekretariatet for Vedvarende Energi, Dansk Teknologisk Institut Postboks 141 2630 Taastrup Tlf.: 43 99 60 65/43 50 45 75 Fax: 43 99 17 99 19
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 anlægge et solvarmeanlæg, men investeringen tjener sig ind, fordi anlægget i drift sparer mange penge ift. opvarmning via de traditionelle fossile brændstoffer. Energistyrelsen giver tilskud til etablering af typegodkendte solvarmeanlæg. Tilskuddet gives til både erhverv, private og offentlige institutioner og kan udgøre helt op til 30% af anlægsomkostningerne.