solvärme och solkraft i små villasystem - umu.se · sammanfattning solenergi kan förse jordens...

18
Umeå Universitet 2011-03-23 Institutionen för tillämpad Energilagringsteknik 7.5 hp fysik och elektronik Solvärme och solkraft i små villasystem Erika Pahkala [email protected] Maria Sundberg [email protected] Emilia Svedberg [email protected] Handledare Lars Bäckström Åke Fransson

Upload: others

Post on 21-Jun-2020

2 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Solvärme och solkraft i små villasystem - umu.se · Sammanfattning Solenergi kan förse jordens befolkning med både el och värme, för att ta tillvara denna energi används solceller

Umeå Universitet 2011-03-23

Institutionen för tillämpad Energilagringsteknik 7.5 hp

fysik och elektronik

Solvärme och solkraft

i små villasystem

Erika Pahkala

[email protected]

Maria Sundberg

[email protected]

Emilia Svedberg

[email protected]

Handledare

Lars Bäckström

Åke Fransson

Page 2: Solvärme och solkraft i små villasystem - umu.se · Sammanfattning Solenergi kan förse jordens befolkning med både el och värme, för att ta tillvara denna energi används solceller

Innehållsförteckning

Syfte och målsättning .............................................................................................................................. 1

Metod ...................................................................................................................................................... 1

Resultat .................................................................................................................................................... 1

Sammanfattning .................................................................................................................................. 1

Diskussion ................................................................................................................................................ 1

Slutsats .................................................................................................................................................... 2

Bilaga 1

Page 3: Solvärme och solkraft i små villasystem - umu.se · Sammanfattning Solenergi kan förse jordens befolkning med både el och värme, för att ta tillvara denna energi används solceller

1

Syfte och målsättning Målsättningen med projektet är att skapa en förståelse för hur solen kan nyttjas som energikälla i

små villasystem och projektets syfte är att sammanställa ett kompendie som kan ligga till grund för

framtida kursmaterial. Följande frågeställningar ska besvaras:

• Vilka alternativ finns för att tillvarata solenergi?

• Vilka lagringsmöjligheter finns för värme och el?

• Vad är avgörande för val av system?

• Hur kombineras solenergi med andra system?

Metod Genom att insamla kunskap och fakta från olika vetenskapliga dokument skall ett kompendium om

solvärme och solkraft i små villasystem sammanställas. Kompendiet ska innehålla beskrivning av

systemet och dess fördelar och nackdelar ur både ekonomiskt och miljömässigt perspektiv samt

undersöka systemets internationella potential.

Resultat

Sammanfattning

Solenergi kan förse jordens befolkning med både el och värme, för att ta tillvara denna energi

används solceller eller solfångare. Då den instrålade effekten från solen är som störst när behovet av

el och värme är som minst så är lagring en förutsättning för att solenergisystem skall vara effektiva.

Allra vanligast är korttidslagring i ackumulatortank från dag till kväll/natt. Säsongslagring från

sommar- till vinterhalvåret gör att solenergisystem kan vara ännu effektivare och täcka en större del

av vårt årliga värmebehov. Fakta har sammanställts i ett kompendie som återfinns i bilaga 1. Det

beskriver hur tillvaratagande av solenergi går till samt hur den kan lagras på olika sätt. Även miljö-

och ekonomiaspekter presenteras, lika så framtida potential, internationellt perspektiv och därtill

även för- och nackdelar.

Diskussion Frågeställningarna som ställdes i början av arbetet har besvarats på bästa möjliga sätt där vi har

försökt att hitta information på olika platser. Vi anser att merparten av våra källor är mycket pålitliga

då de till större delen består av böcker. Många av teknikerna som tagits upp i kompendiet är

fortfarande i utvecklingsstadiet och därför har det ibland varit svårt att skriva om dem, detta gäller

kanske främst en del av lagringsteknikerna. När tekniken ständigt utvecklas inom ett område är det

svårt att veta hur pass aktuellt en källa är även om den bara är ett par år gammal.

I vissa avsnitt var det svårt att beskriva solenergi ur lagringssynpunkt då det oftast finns mindre fakta

om det jämfört med själva solfångaren/solpanelen. Exempel på detta är avsnitten ekonomi och miljö

där lagringsperspektiv är sällsynt.

Page 4: Solvärme och solkraft i små villasystem - umu.se · Sammanfattning Solenergi kan förse jordens befolkning med både el och värme, för att ta tillvara denna energi används solceller

2

Slutsats För att få ett så effektivt energisystem som möjligt vid nyttjande av solenergi är lagring en

förutsättning då tillgången på energin är som störst då behovet är som minst. I dagsläget är den

vanligaste formen av korttidslagring sensibel lagring i ackumulatortank då detta lagringsalternativ är

enkelt, effektivt och relativt billigt. Andra lagringstekniker som används i dagsläget men fortfarande

är under utveckling är bl.a. saltlager, groplager, vätgaslager, lerlager, batterier, bergrum- och

berggrundslager. Dessa nyttjas oftast som säsongslagring. Värme och el från solen kan tillvaratas

med hjälp av solfångare och solceller, investeringskostnaden för dessa är stor men i övrigt är det ett

billigt system med låg driftkostnad och fri tillgång till sol. Solenergianläggningar har en livslängd på ca

30 år och är ett miljövänligt alternativ. Utsikten för solenergi ser positiv ut och kan bli en stor tillgång

i framtiden.

Page 5: Solvärme och solkraft i små villasystem - umu.se · Sammanfattning Solenergi kan förse jordens befolkning med både el och värme, för att ta tillvara denna energi används solceller

Bilaga 1

Innehållsförteckning

Inledning .................................................................................................................................................. 1

Teori......................................................................................................................................................... 3

El och värme från solen ....................................................................................................................... 3

Solceller ........................................................................................................................................... 3

Solfångare ........................................................................................................................................ 3

Olika system .................................................................................................................................... 4

Lagring av solenergi ................................................................................................................................. 5

Lagring av värme från solfångare ........................................................................................................ 5

Kortsiktig lagring .............................................................................................................................. 5

Säsongslagring ................................................................................................................................. 5

Lagring av el från solceller ................................................................................................................... 7

Solenergi kombinerat med andra system ............................................................................................... 7

Solvärme .............................................................................................................................................. 7

Bergvärme/Jordvärme ..................................................................................................................... 7

Vedeldning ....................................................................................................................................... 8

Pellets .............................................................................................................................................. 8

El ...................................................................................................................................................... 8

Olja .................................................................................................................................................. 8

Sol-el .................................................................................................................................................... 8

Val av system ....................................................................................................................................... 8

Solenergi nationellt och internationellt .................................................................................................. 9

Ekonomi ................................................................................................................................................... 9

Miljö ....................................................................................................................................................... 10

Framtida potential ................................................................................................................................. 10

Fördelar och nackdelar .......................................................................................................................... 11

Referenser ............................................................................................................................................. 12

Page 6: Solvärme och solkraft i små villasystem - umu.se · Sammanfattning Solenergi kan förse jordens befolkning med både el och värme, för att ta tillvara denna energi används solceller

1

Inledning Solen är vår största energikälla och är indirekt ursprung till de flesta av de energikällor vi idag

använder oss av för att förse vårt behov av el och värme. Solen driver vattnets kretslopp som ger oss

möjlighet att tillverka el med vattenkraft, solen ligger även till grund för att vindar uppkommer där

energi kan tas tillvara med ett vindkraftverk. Solens energi finns också lagrad i gröna växter, gas, olja

och kol (1). Den direkta instrålade effekten från solen är enorm, 750 000 000 TWh når jordytan

årligen, av dessa är det endast någon enstaka procent som förbrukas i fotosyntes, vindars uppkomst

och vattnets kretslopp. Potentialen för tillvaratagande av direktinstrålad solenergi är därför mycket

stor över hela världen (2). Det finns en rad olika metoder för att ta till vara den instrålade effekten i

både stor och liten skala. I storskaliga system är det ofta el som produceras i första hand och detta

kan ske på lite olika sätt. En variant är att med hjälp av vinklade speglar, så kallade heliostater,

koncentrera solstrålarna till toppen på ett solkraftstorn (se figur 1) där energin används till att

förånga vatten som driver en ångturbin som i sin tur driver en generator som alstrar elektricitet (3).

Figur 1. Ett solkraftstorn som omges av heliostater för att koncentrera solens energi (4).

Page 7: Solvärme och solkraft i små villasystem - umu.se · Sammanfattning Solenergi kan förse jordens befolkning med både el och värme, för att ta tillvara denna energi används solceller

2

Två andra metoder som används är stora fält med solceller som producerar el samt trågformade

solfångare (se figur 2) som placeras över stor yta där vätskan i systemet värms till ånga som sedan

används för framställning av el i en ångcykel.

Figur 2. Illustrerar princip för trågformad solfångare (5).

Vad gäller tillvaratagande av solens energi i uppvärmningssyfte används olika former av solfångare

där principen är att en cirkulerande fluid värms upp och sedan värmeväxlas mot någon form av

värmelager. I småskaliga system används främst plana solfångare och solceller för produktion av

värme och el. Skälet till varför dessa används mest frekvent är att de är lätta att installera,

platseffektiva och relativt billiga system. Solenergi kan vara väldigt användbart på platser med

begränsad infrastruktur med god tillgång till solstrålning t.ex. ödemark och u-länder. Där kan

solenergi exempelvis användas till matlagning när tillgång på elektricitet eller bränslen är låg, genom

att koncentrera solstrålar med reflekterande material kan vatten kokas (6).

Eftersom solenergiproduktion och användningsbehov oftast inte sammanfaller är möjligheten att

kunna lagra energi väldigt viktig. Lagring kan ske på flera olika sätt där korttidslagring i

ackumulatortank är mest frekvent använt i dagens läge.

Page 8: Solvärme och solkraft i små villasystem - umu.se · Sammanfattning Solenergi kan förse jordens befolkning med både el och värme, för att ta tillvara denna energi används solceller

3

Figur 3. Uppbyggnad av solfångare med täckglas, isolering och

konvektionshinder av teflon. (23)

Teori

El och värme från solen

Solenergi kan omvandlas till el och värme och det finns två olika sätt att tillvarata dessa. Med hjälp av

solceller kan el alstras ur solenergin och för att ta tillvara på värmen så används solfångare.

Solceller

Det finns idag två olika sätt att generera el, antingen med hjälp av solceller (flera sammankopplade

solceller kallas solpanel) eller genom termiska solkraftverk (7). Solcellen är uppbyggd av ett

halvledarmaterial, t.ex. kisel, som sågas i mycket tunna skivor efter att ämnet renats väl för att höja

verkningsgraden. I solcellen genereras en likström av energin i solstrålningen, denna likström

uppkommer genom att en spänning mellan baksidan och framsidan av solcellen uppstår när ljuset

träffar ovansidan, d.v.s. baksidan får underskott av elektroner medan framsidan får ett

elektronöverskott. Kontakter kopplas till varsin sida av cellen och flödet av elektroner kan på så sätt

utnyttjas och med hjälp av en växelriktare kan den uppkomna likströmmen ledas in på byggnadens

elnät (6). I ett termiskt solkraftverk koncentreras instrålningen till en liten yta med hjälp av speglar

för att höja temperaturen så pass mycket att vatten kan övergå till ånga och driva en ångturbin.

Turbinen kommer sedan att driva en generator och på så sätt kan elektricitet skapas. Solvärmen kan

även driva en stirlingmotor för att producera el i ett termiskt solkraftverk (7).

Solfångare

När värme från solen skall nyttjas

används solfångare där den allra

vanligaste är den plana

solfångaren. Vanligen består

ytterhöljet av t.ex. aluminium eller

någon form av plåt och är

konstruerad som en mycket

välisolerad låda. Denna låda är

täckt med ett speciellt glas som

släpper igenom mer ljus än vanligt

glas pga. dess låga järnhalt. Glaset

är ett slags skyddande skikt som

förhindrar värmeavgång. Akrylplast

går också att använda som

täckningsmaterial och i vissa

solfångare tar man hjälp av ett extra

konvektionshinder i form av en

teflonplast eller liknande. Under det lagret finns absorbatorerna i solfångaren som tar upp värmen i

solljuset och absorbatormattan består oftast av två aluminiumplåtar med ett kopparrör emellan

dem. En värmebärare som oftast består av vatten och glykol cirkulerar i ett rör mellan solfångaren

och värmelagret med hjälp av en cirkulationspump. Under absorbatormattan är det ett lager med

aluminiumfolie eller glasfiberflour som fungerar som en slags damm- och diffusionsspärr. Underst

finns solfångarens isolering, figur 3 visar de olika materiallagren i själva solfångaren (6) (8).

Page 9: Solvärme och solkraft i små villasystem - umu.se · Sammanfattning Solenergi kan förse jordens befolkning med både el och värme, för att ta tillvara denna energi används solceller

4

Ett annat alternativ vad gäller solfångare är vakuumsolfångare som bygger på att ett kopparrör med

värmebärare placeras i ett glasrör där vakuum råder, vilket har en isolerande funktion. Värmeröret,

även kallad absorbator, används för att förånga ett medium vars värme växlas över till en annan

värmebärare i solfångarkretsen. Resten av systemet som används när man har vakuumsolfångare är

densamma som systemet med plana solfångare (6).

Som i fallet med produktion av elektricitet med hjälp av att koncentrera solenergin på en liten yta så

kan även värme utvinnas med detta system samtidigt som el framställs, dessa kallas koncentrerade

solfångare. Lågtempererade solfångare benämns de solfångare som exempelvis kan användas vid

uppvärmning av en pool. Detta system används lämpligen när temperaturkraven inte är så höga (15-

35°C) (6).

Solfångare och solpaneler bör vara placerade mot söder, i en

lutning som varierar beroende på breddgraden och årstid

som figur 4 visar (3). En varierbar lutning på solfångaren ökar

utbytet, ty instrålningen per kvadratmeter ökar om ytan är

vinkelrät mot solstrålarna, men denna konstruktion är ändå

mycket ovanlig (8). Det är också viktigt att undvika skuggning

av solfångare och solceller. Det finns tre olika

monteringsalternativ för villasolfångare, fristående, infällda i

takteglet och solfångare monterade ovan taket (6).

Olika system

Solvärme kan nyttjas genom endast uppvärmning av tappvarmvatten eller genom att kombinera

varmvattenuppvärmningen med uppvärmning av byggnaden i ett s.k. kombisolvärmesystem, där det

kombinerade systemet är det vanligaste som installeras (9).

I ett system som endast värmer tappvarmvatten är det i varmvattenberedarens botten placerad en

kamflänsrörvärmeväxlare där solvärmekretsens värme överförs till tappvattnet. Med hjälp av en

elpatron eller ett annat värmesystem hålls en komforttemperatur på tappvattnet, vilket betyder att

tappvattnet håller tillräckligt hög temperatur även om möjligheten att utnyttja solvärme är dålig. I

den undre delen av beredaren kan solvärmen lagras från dygnets soliga timmar till dess att hushållet

är i behov av varmvatten (10).

I kombisolvärmesystemet kan solvärmen användas till uppvärmning av bostaden samt till att värma

upp tappvarmvattnet. Systemet fungerar som så att solvärmen lagras i en ackumulatortank med

hjälp av en värmeväxlare i tankens botten. Varmvattnet i tanken kan sedan nyttjas till uppvärmning

genom att vattnet får cirkulera i radiatorer och användas till tappvarmvatten genom värmeväxling.

Även i kombisolvärmesystem används en elpatron eller annat värmesystem i tankens övre del för att

säkerställa att temperaturen alltid är så pass hög att vattnet går att använda till båda uppvärmning

och tappvatten (10).

Det går att kombinera solpaneler och solfångare för att utvinna både el och värme ur solenergi.

Dessa system som beskrivits kan även kombineras med ett annat värmesystem t.ex. en vedpanna

som också kopplas till ackumulatortanken som visas i figur 5. Läs mer om detta på sidan 7.

Figur 4. Skillnad i infallsvinkel beroende på

årstid. (24)

Page 10: Solvärme och solkraft i små villasystem - umu.se · Sammanfattning Solenergi kan förse jordens befolkning med både el och värme, för att ta tillvara denna energi används solceller

5

Figur 5. En översiktsbild över ett kombisolvärmesystem som även kompletterats med ett annat värmesystem t.ex. en

vedpanna. (11)

Lagring av solenergi Solens instrålning på en specifik plats går inte att styra över och då behovet av både el och värme i

regel är som störst under de perioder då solens instrålning är som minst krävs möjlighet att lagra

dessa två energiformer för att utvinning av solenergi ska bli effektiv.

Lagring av värme från solfångare

Kortsiktig lagring

Värmelagring från solfångare i villasystem innefattar oftast ett korttidslager i form av en

ackumulatortank. Oftast används vatten som lagringsmedium där den upptagna värmen från

solfångaren lagras under perioder då värmebehovet är litet. På sommaren då instrålningen från solen

ofta är stor och behovet för uppvärmning av huset är minimalt räcker det vanligtvis med den

upptagna värmen från solfångarna för att täcka behovet av tappvarmvatten. Detta leder till att el

eller bränslen som krävs för att täcka värmebehovet under vintern inte behöver användas under

sommaren (9).

Säsongslagring

Att kunna lagra solenergi på säsongsbasis från sommar till vinter är också önskvärt på grund av

årstidernas olika instrålningsmängd från solen. Principen för sådana system är att den

överskottsvärme som finns när ackumulatortanken är laddad överförs till någon form av större

värmelager där den då ska kunna lagras under en längre period (6).

Page 11: Solvärme och solkraft i små villasystem - umu.se · Sammanfattning Solenergi kan förse jordens befolkning med både el och värme, för att ta tillvara denna energi används solceller

6

Groplager

Ett groplager är ett grunt liggande lager i marken, gropen ligger ofta i marknivå med ett djup på ca 5-

10 meter. Gropen är tätad och isolerad för att på bästa sätt kunna bevara värmen. Gropen är fylld

med vatten som används som lagringsmedium. Det är möjligt att ha en lagringstemperatur på upp till

95°C i denna typ av lager, densitetsskillnaden mellan det varma och kalla vattnet i lagret ger en

skiktning som är gynnsam för bevaring av lagrets exergiinnehåll. Lagringsmetoden liknar en

ackumulatortank men idén med att använda sig av en tätat och isolerad grop istället för en ståltank

är att minska både investeringskostnader och värmeförluster (6).

Lerlager

Värme kan lagras i löst lagrade jordarter och sedimentära leror genom att de används som

markvärmeväxlare i samband med en värmepump. Genom slangar placerade vertikalt i

jordmaterialen kan värme överföras till marken som sedan via värmepumpen kan förädlas till

användbar temperatur för uppvärmning, lagret isoleras ofta på ovansidan för att minimera

värmeförlusterna. Detta är ett lager avsett att arbeta vid låga temperaturer (25 -30°C),

arbetstemperaturen i solfångarna kan då hållas nere vilket ger möjlighet att använda enklare och

billigare varianter av solfångare, detta gör också att antalet möjliga drifttimmar över året och

systemets verkningsgrad ökar. Om lagringen istället sker vid högre temperatur, ca 50°C, kan lagret

kopplas direkt till värmesystemet och någon värmepump behövs då inte (6).

Saltlager

Ett saltlagersystem fungerar så att man med hjälp av en värmekälla torkar salt, energi krävs då för att

driva ut vattenånga ur substansen, vattenångan kondenseras sedan och lagras i en annan tank,

värmen lagras i det torkade saltet som kemisk energi. När vattenånga åter tillförs det torkade saltet

frigörs samma mängd värmeenergi som krävdes vid torkningen. Fördelen med denna form av lager är

att det inte är temperaturberoende, när saltet är torkat kan energin lagras i princip hur länge som

helst förutsatt att saltet förblir torrt. Dessa system består av en del där trycket hålls mycket lågt eller

vid vakuum och en sida med högre tryck (atmosfärstryck). Saltet befinner sig alltid under lågt tryck,

vattnet är då lätt att driva ur saltet eftersom det låga trycker gör att vattnets kokpunkt sjunker.

Ångan kan sedan passera till sidan med högre tryck där den kondenserar och vattnet kan då lagras i

en tank i flytande form vilket är betydligt mer platseffektivt jämfört med att lagra det i gasform. När

energi behöver tas från lagret förs vattnet tillbaka till lågtryckssidan där det då åter blir ånga och kan

bindas av saltet och värme frigörs. Detta lager passar också bra för korttidslagring av värme (6).

Bergrums- och berggrundslager

Värmelagring i berg är en bra metod för säsongslagring av solvärme, det kan antingen ske i

vattenfyllda tomrum (bergrumslager) eller i själva berget (berggrundslager). I bergrumslager lagras

värmen i vatten som fyller rummet, det liknar på sätt och vis groplager men dessa rum är ofta

belägna djupare ner i marken och är varken isolerade eller tätade (6). Fördelen med djupliggande

lager är att trots att de inte är tätade eller isolerade kan värmeförlusterna hållas nere eftersom

genomströmningen av grundvatten och påverkan av temperaturväxlingar vid markytan ofta är

mycket låg, initialtemperaturen är också högre jämfört med ytligare lager på grund av den geologiska

gradienten (12). Bergrumslager är mycket dyra att anlägga så det är betydligt mer lönsamt att kunna

använda sig av redan befintliga håligheter så som nedlagda oljebergrum (6).

Page 12: Solvärme och solkraft i små villasystem - umu.se · Sammanfattning Solenergi kan förse jordens befolkning med både el och värme, för att ta tillvara denna energi används solceller

7

Vid lagring i berggrunden kan det ske i kombination med bergvärme och överskottsvärme från

solfångarna förs då ner och lagras i borrhålet för bergvärme. Det finns dock en liten intressekonflikt i

denna typ av kombination eftersom man vid lagring i berggrunden vill ha låg genomströmning av

vatten för att minska värmeförlusterna medan man vid utvinning av bergvärme gärna har en

genomströmning då detta leder till en mer konstant temperatur i borrhålet även fast värme tas upp

(12). Värme kan också lagras i berggrunden utan att lagret behöver kombineras med eventuell

bergvärme, värmen tillförs då ofta berget genom ett stort antal borrhål istället för genom ett enda,

inte heller i denna lagringsform brukar någon isolering användas. Värmen kan sedan återtas med

hjälp av en värmepump (6).

Lagring av el från solceller

Även elektricitet som alstras i solceller behöver kunna lagras för att systemet ska bli effektivt. Att

lagra elen i en elektrisk ackumulator (uppladdningsbart batteri) är en möjlighet. Dagens batterier än

inte anpassade för storskalig lagring av el på grund av deras höga vikt och kostnad (12). En annan

möjlighet är att lagra el i form av vätgas, man använder då överskottet av den el som produceras i

solcellen för att dela upp vatten i syrgas och vätgas. I processen används en katalysator bestående av

kobolt (metall), fosfat (salt) och en elektrod placerad i vattnet där syrgas bildas när elektrisk ström

går genom elektroden och en annan katalysator exempelvis platina där vätgas bildas simultant.

Syrgasen och vätgasen kan sedan lagras var för sig och när behov finns kan dessa återgå till vatten via

en bränslecell som då producerar elektricitet som kan användas i hushållet (13). Detta är ett mycket

rent sätt att framställa el eftersom bränslecellens enda restprodukter är värme och vatten. De är

dock väldigt dyra att tillverka eftersom de kräver den dyra metallen platina för att fungera, även

systemet för utvinning och lagring av vätgasen är avancerad och dyr vilket gör att denna typ av

lagring därför är svår att göra kommersiell på grund av ekonomiska skäl (14).

Solenergi kombinerat med andra system

Solvärme

Vanligast i småhus är att solvärme kombineras med ett annat system för uppvärmning då det är svårt

att producera tillräckligt med solvärme för det uppvärmningsbehov som uppstår under

vinterhalvåret. Fördelaktigt med solvärme är att den under sommarhalvåret kan täcka hela

värmebehovet vilket gör att det primära värmesystemet inte behöver användas.

Bergvärme/Jordvärme

Med bergvärme eller jordvärme som uppvärmning så ingår det i systemet en värmeslinga med

värmebärare, en värmepump och en ackumulatortank. Solvärmen kan då lagras i ackumulatortanken

där tillskottet på värme hjälper till att värma vattnet. De perioder då solfångarna inte klarar att

värma till den temperatur som krävs för lagring i ackumulatortanken kan den värme som ändå

produceras användas till att förvärma det vatten som kommer in i värmepumpen. Då temperaturen

blir så låg att även detta inte går att tillämpa kan solvärmen lagras i borrhålet eller marken (15).

Page 13: Solvärme och solkraft i små villasystem - umu.se · Sammanfattning Solenergi kan förse jordens befolkning med både el och värme, för att ta tillvara denna energi används solceller

8

Vedeldning

Med vedeldning som uppvärmningsalternativ så är det även här vanligt med en ackumulatortank för

energilagring dock utformad som en tekniktank och en eller flera slavtankar beroende på hushållets

behov. Tekniktanken är den tank där värmeslingorna från solfångaren är installerade och en slavtank

används enbart som lager för att tillvarata den stora mängd värme som avges vid eldning (6).

Pellets

Då solvärme kombineras med pellets för uppvärmning används en ackumulatortank som energilager.

Två alternativ dominerar vid pelletseldning. En pelletskamin som värmer huset på samma sätt som

en kakelugn och braskamin, är kaminen vattenmantlad kan den kopplas in till ett vattenburet

värmesystem och då utgöra den primära värmekällan (16). Det andra alternativet är att använda en

pelletsbrännare i kombination med en panna samt ackumulatortanken (6).

El

I hus med direktverkande el för uppvärmning kan varmvattenberedaren bytas ut mot en beredare

som kan kopplas ihop med solfångare, för att kunna tillvarata all solvärme kan värmelagret behöva

utökas. Har huset dessutom ett vattenburet värmesystem så kan solvärmen även nyttjas för att

värma huset. Elsystemet kan vidare kombineras med fler uppvärmningsalternativ, såsom pellets-

eller vedkamin, för att kunna minska elförbrukningen under vinterhalvåret (8).

Olja

Oljeeldning har stora likheter med pelletseldning då oljebrännaren är kombinerad med en panna och

ackumulatortank. Här gäller även att eldning under sommarhalvåret för enbart varmvatten är mycket

dyrt då verkningsgraden är sämre (6) (8).

Sol-el

Då det i Sverige normalt inte lagras elektricitet utan den produceras i takt med att den förbrukas så

finns det idag inte så många kombinationer av lagringssystem. De lager som finns i samband med

elproduktion är oftast lager där energin lagras i en annan form för att vid behov kunna omvandlas till

el. Detsamma gäller för den el som produceras i solceller för småhus, den används när den

produceras men eventuellt överskott lagras vanligtvis i batterier. Då det fortfarande är ganska dyrt

med solceller och de har en relativt låg verkningsgrad så används de främst på avlägsna platser som

inte har tillgång till elnätet (17).

Val av system

Val av system beror helt på hushållets behov av värme och varmvatten samt vad som blir mest

ekonomiskt. Det är oftast mest ekonomiskt lönsamt att konvertera eller komplettera ett befintligt

energisystem istället för att installera ett helt nytt. Dimensionering av ackumulatortank,

solfångararea, solcellsarea samt batterikapacitet är avgörande så att systemet inte blir under- eller

överdimensionerat. Ett överdimensionerat system innebär onödiga kostnader och ett

underdimensionerat system gör att behovet av värme inte kan tillgodoses (6) (8).

Page 14: Solvärme och solkraft i små villasystem - umu.se · Sammanfattning Solenergi kan förse jordens befolkning med både el och värme, för att ta tillvara denna energi används solceller

9

Solenergi nationellt och internationellt Idag finns det ungefär 15 000 solvärmesystem i Sverige, och varje år byggs ytterligare ca 2000 st.

System som är installerade i små hus är dominerande men även i bl.a. flerbostadshus, mindre

fjärrvärmesystem, utomhusbad, idrottsplatser och campinganläggningar är solenergisystem funna.

Av de solfångare som installeras i Sverige så tillverkas också en väldigt stor del av dem i landet. Under

1980-talet byggdes ett antal solvärmeanläggningar i demonstrationssyfte i Sverige och detta ligger till

grund för det faktum att flera av världens största solvärmeanläggningar är belägna här och att de

flesta av världens solvärmeanläggningar grundas på svensk teknik. Kina är det land som har flest

solfångare och landet står för ca 75 % av världsmarknaden. I Europa är utvecklingen just nu lika

positiv som i Kina och i Europa finns den största delen av solfångare i Tyskland medan Cypern,

Grekland och Österrike har flest solfångare räknat per person (18). Flest nätanslutna solcellssystem

finns i Tyskland, Japan och USA där orsakerna till detta kan vara höga elpriser, stort elbehov

sommartid och nationella och regionala teknikstöd. I Sverige forskas det mycket för att utveckla

solcellen och bl.a. Ångströmlaboratoriet i Uppsala har gynnat den internationella utvecklingen (7).

Ekonomi Den icke förnybara energin kommer sannolikt att bli betydligt dyrare och med solvärmesystem i

byggnaden kommer troligtvis besparingarna att växa i takt med att prishöjningarna sker på dessa

energislag. Energin från solen är helt gratis, det är installationskostnaden för solvärmeanläggningen

som är hög (8). Att bygga sina egna solpaneler kan minska investeringskostnaderna ganska mycket i

jämförelse med att använda sig av de färdiga (19). När man väl har investerat i ett solvärmesystem,

som oftast har en livslängd på ungefär 30 år, är kostnaden i princip fixerad i decennier framöver

förutsatt en någorlunda stabil ränta. Värdet på fastigheten stiger om en solenergianläggning

installerats, samtidigt som värmesystemet blir mer flexibelt. Även potentialen att kombinera olika

energislag på ett ekonomiskt fördelaktigt sätt ökar pga. att en ackumulatortank har installerats och

lagring av energi blir möjlig (8). Miljövinsten är en fördel för vårt svenska samhälle och hela världens

befolkning, det som på sikt innebär en besparing för samhället kommer även privatpersonen i fråga

till godo till slut. Produktionskostnaden för solceller har hittills varit för dyra för att användas i

storskaliga tillämpningar, de används därför främst i fritidshus och dylikt (19).

Page 15: Solvärme och solkraft i små villasystem - umu.se · Sammanfattning Solenergi kan förse jordens befolkning med både el och värme, för att ta tillvara denna energi används solceller

10

Miljö Framställning av el och värme från solenergi generar inga utsläpp av växthusgaser, försurande ämnen

eller restprodukter vilket gör solenergi till en mycket ren energiform, tillverkningen av solfångare,

solceller och andra delar av systemet leder däremot till vissa utsläpp precis som all annan produktion

(20).

Batterier för lagring av el kan innehålla tungmetaller som har negativ miljöpåverkan om de kommer

ut i naturen men om förbrukade batterier tas om hand på rätt sätt behöver inte detta vara ett

problem. De kan också innehålla metaller som kan vara dyra att framställa både ekonomiskt och

energimässigt, de är då viktigt att i största möjliga mån återvinna dessa (21). Även bränsleceller

kräver dyra metaller för att fungera (14).

Figur 6. Fristående solpanel.

Framtida potential Potentialen för solenergi och lagring av solenergi får ses som ganska goda då staten vill att

användningen av solenergi ska öka, från och med 2009 finns ett ekonomiskt stöd för installation av

solceller (figur 6) som täcker upp till 60 % av installationskostnaden. Detta stöd är endast tillgängligt

till och med 2011 (22) och en förlängning kan ha en positiv verkan för utvecklingen av solenergi.

Jämfört med olja och kol-producerad el är den konkurrenskraftig då priset på olja och el sannolikt

kommer att stiga i framtiden. En solvärmeanläggning reducerar också koldioxidutsläppen med ett ton

per hushåll och år jämfört med oljeeldning. Hur de olika lagringsteknikerna kommer att utnyttjas i

framtiden är svårt att säga men beroende på varje hushålls behov och utbredningen av en viss teknik

samt geologiska förutsättningar så kommer nog inte endast en teknik att vara aktuell.

Page 16: Solvärme och solkraft i små villasystem - umu.se · Sammanfattning Solenergi kan förse jordens befolkning med både el och värme, för att ta tillvara denna energi används solceller

11

Fördelar och nackdelar Tungt vägande fördelar med solenergi är att det är ett miljövänligt alternativ samt att solstrålarna är

helt gratis. Underhållskostnaden av solfångare och solpanel är i jämförelse med andra system väldigt

låg vilket är till stor fördel, men något som dock talar emot är att hela energibehovet inte kan täckas

bara med hjälp av dessa. Även låga driftskostnader, inga transportkostnader, en lång hållbarhet på

omkring 30 år och att den kan användas där den är installerad några tungt vägande fördelar. Det är

väldigt positivt att kunna lagra solenergi i en ackumulatortank från dess att solstrålarna lyser på

panelen tills dess att man faktiskt behöver den och ackumulatortanken gör att det är lätt att

kombinera med andra värmesystem. Vad gäller investeringskostnaderna så är de relativt höga men

systemet lönar sig oftast efter några år. Översiktlig sammanställning av för- och nackdelar med

solenergi visas i tabell 1.

Tabell 1. För- och nackdelar med solenergi.

+ - Miljövänligt Täcker ej hela energibehovet

Solstrålarna är gratis Dyr investeringskostnad

Kan lagras Kräver lagring

Lätt att kombinera med andra system

Låg driftskostnad

Lång hållbarhet

Page 17: Solvärme och solkraft i små villasystem - umu.se · Sammanfattning Solenergi kan förse jordens befolkning med både el och värme, för att ta tillvara denna energi används solceller

12

Referenser 1. [Online] Vattenfall, 2011. [Citat: den 15 mars 2011.]

http://www.vattenfall.se/sv/sol.htm?WT.ac=search_success.

2. El och värme från solen. energimyndigheten.se. [Online] 2003. [Citat: den 15 mars 2011.]

http://213.115.22.116/System/TemplateView.aspx?p=Energimyndigheten&view=default&cat=/Brosc

hyrer&id=45e63a9be7ba4bb89cc9cd4a2b14f438.

3. Hsieh, Jui Sheng. Solar Energy Engineering. u.o. : Englewood Cliffs NJ Prentice-Hall, 1986. ISBN 0-

13-822446-3.

4. ifenergy.com. [Online] den 25 maj 2009. [Citat: den 21 mars 2011.]

http://www.ifenergy.com/50226711/the_solacar_platform_ps20_solar_power_tower_now_operati

onal_in_spain.php.

5. greenterrafirma.com. [Online] [Citat: den 21 mars 2011.] http://greenterrafirma.com/solar-

thermal-for-electricity.html.

6. Andrén, Lars. Solenergi, praktiska tillämpningar i bebyggelse. u.o. : AB Svensk Byggtjänst, 1999.

ISBN 91-7332-872-3.

7. El från solen. Svensk solenergi. [Online] [Citat: den 16 mars 2011.]

http://www.svensksolenergi.se/page.php?page=el_fran_solen&&main=54.

8. Svenska Solgruppen. Solvärme i vårt hus. u.o. : Larson, 2007. ISBN 978-91-514-0344-1.

9. Ackumulatortankar - får värmen att räcka längre. energimyndigheten.se. [Online] februari 2011.

[Citat: den 14 mars 2011.]

http://webbshop.cm.se/System/TemplateView.aspx?p=Energimyndigheten&view=default&cat=/Bro

schyrer&id=e5aabe69b1da42b6b1537f18474bb27d.

10. Suncarry. [Online] [Citat: den 16 mars 2011.] http://www.suncarry.se/pdf/Suncarry.pdf.

11. Orsa Kommun. [Online] [Citat: den 21 mars 2011.]

http://www2.orsa.se/energiradgivning/solenergi.html.

12. Ibrahim Dincer, Marc A. Rosen. Thermal energy storage, systems and applications. u.o. : John

Wiley & Sons, Ltd, 2011. ISBN 978-0-470-97075-1.

13. Wennberg, Anna. Elektroniktidningen (etn.se). [Online] 2008. [Citat: den 14 mars 2011.]

http://etn.se/index.php?option=com_content&view=article&id=47134.

14. Falk, Johan. Bränsleceller: effektivt - men dyrt. Forskning och framsteg (fof.se). [Online] 2008.

[Citat: den 14 mars 2011.] http://www.fof.se/tidning/2008/2/bransleceller-effektivt-men-dyrt.

15. Kjellsson, Elisabeth. Forskning, Avhandlingar. Lunds Tekniska Högskola. [Online] [Citat: den 16

mars 2011.]

http://www.lth.se/forskning/avhandlingar_och_publikationer/avhandlingar/?L=iagwsxdrseonvz#2.

Page 18: Solvärme och solkraft i små villasystem - umu.se · Sammanfattning Solenergi kan förse jordens befolkning med både el och värme, för att ta tillvara denna energi används solceller

13

16. Värme i Villan. Broschyrer, Webbshop, Energimyndigheten. [Online] 2010. [Citat: den 16 mars

2011.]

http://webbshop.cm.se/System/ViewResource.aspx?p=Energimyndigheten&rl=default:/Resources/P

ermanent/Static/f54f45152d484dfab8eea453af58814e/ET2010_43w.pdf.

17. Energimyndigheten, Boverket. Solceller i byggnader - nya möjligheter! Broschyrer, Webbshop,

Energimyndigheten. [Online] 2005. [Citat: den 16 mars 2011.]

http://webbshop.cm.se/System/ViewResource.aspx?p=Energimyndigheten&rl=default:/Resources/P

ermanent/Static/b00259ae394042bb83b4aa88e05c564c/ET2005_11.pdf.

18. Solvärme. Svensk solenergi. [Online] [Citat: den 16 mars 2011.]

http://www.svensksolenergi.se/page.php?page=solvarme&&main=54.

19. Andrén, Lars. Solvärmeboken. u.o. : Ica bokförlag, 2007. ISBN 978-91-534-3008-7.

20. vattenfall.se. [Online] Vattenfall, den 08 mars 2011. [Citat: den 22 mars 2011.]

http://www.vattenfall.se/sv/solceller.htm?WT.ac=search_success.

21. batteriinsamlingen.se. [Online] [Citat: den 22 mars 2011.] http://www.batteriinsamlingen.se/om-

batterier/om-batterier-inte-samlas-in/.

22. Press. Regeringskansliet. [Online] den 11 juni 2009. [Citat: den 18 mars 2011.]

www.regeringen.se/sb/d/11999/a/128177.

23. Henfridsson, Urban. [Online] 1997. [Citat: den 21 mars 2011.]

www.ts.mah.se/utbild/em7050/Systemdok/SolvarmeBroschyr4.pdf.. ISBN 91-973082-0-X.

24. Nordisk solvärme. [Online] [Citat: den 21 mars 2011.] http://www.nordisk-

solvarme.se/montering_solvarme/.