SOLEN SOM DRIVKRAFT

Solen er en forutsetning for alt liv på jorden og gir oss ufattelige mengder energi, langt mer enn hva som er allment kjent. Det holder faktisk bare med en times solstråling for å dekke det globale energiforbruket for et helt år. Solenergien mottas helt uten kostnader og i konverteringsfasen til elektrisitet og varme er den fullstendig miljø- og klimanøytral. Solstrålene treffer brukeren direkte og leveres uten mellomledd. Solenergi er ganske enkelt helt overlegen som energibærer!


En vanlig oppfatning er at vi ikke har så mange soltimer i Norge. Fakta er imidlertid at vi har solstråling som langt overskrider vårt energiforbruk gjennom året. Ved å dekke 2 promille av Norges areal med solfangere eller solceller vil vi for eksempel kunne omdanne solenergi til en energimengde som tilsvarer hele landets energiforbruk gjennom et helt år.

Et vanlig hustak på 100 m² mottar solstråling som tilsvarer mer en fem ganger så mye energi som huset forbruker gjennom et år. Med andre ord er det fullt mulig ved hjelp av solenergi å skape forutsetninger for nullenergihus eller til og med plussenergihus!

Solstråler – Solfangere og Solceller

Solstråler som treffer jordoverflaten kan brukes til mye. Primært snakker vi om solfangere til oppvarming og varmtvannsberedning og solceller til produksjon av elektrisitet. Utenom dette kan solstråling også benyttes til passiv oppvarming og lysinnslipp gjennom vindu

I et HYSS-system brukes solvarmen til å produsere varme, som enten føres direkte til lagringstanken eller som bidrar til å effektivisere varmepumpen. Driftsenergien (elektrisitet) som HYSS-systemet trenger kan med fordel produseres med solceller.
 

I Norge er det vanlig å regne med en årlig innstråling på 1000 W under 1000 timer pr m² horisontal flate. Det innebærer at solstrålingen tilsvarer 1000 kWh/m² pr år. Dersom flaten vendes mot sør og vippes med 30º vil utbyttet øke med omtrent 25%. Fra sørlige til nordlige breddegrader langs kysten har vi stort sett samme strålingsmengde på årsbasis. I nord er det mer solstråling om sommeren og mindre på vinteren sammenlignet med den sørlig delen av landet.

Termiske solfangere for solvarme har vanligvis en virkningsgrad (effektivitet) opp mot 50-70% avhengig av hvilke driftsforutsetninger som gjelder. Det innebærer at solfangere kan bidra med et maksimalt effekttilskudd på 500-700 W/m² og produsere mellom 500-700 kWh/m² pr år.
 
Silisium solceller har generelt en virkningsgrad på mellom 15-20%, avhengig av om de er polykrystallinske eller monokrystallinske. Solceller basert på tynnfilmteknologi har generelt noe lavere effektivitet (i underkant av 10%). Dette betyr at solceller kan bidra med en ekstra effekt på inntil 150-200 W/m² og produsere opp mot 200 kWh/m² per år avhengig av hvilken teknologi som brukes.

 



Essensen er at solfangere er omtrent 4 ganger mer arealeffektivt enn solceller. Det betyr at solvarmen gir 4 ganger så høy effekt og minst fire ganger så høy energiomforming pr enhetsareal . Dermed ikke sagt at den ene teknologien er bedre enn den andre. Det viktige er å fastslå hva energien skal brukes til og etter det velge den teknologien som har de beste forutsetningene. Hvis intensjonen for eksempel er å produsere varmt vann ved help av solen, vil det være langt mer kostnads- og arealeffektivt og velge solfangere enn solceller. I de tilfellene solvarmen også benyttes til varmepumpeeffektivisering, oppnår man en ekstrem høy SCOP (årsvarmefaktor) for varmepumpen og sesongen for solvarme forlenges betydelig. For hver kWh elektrisitet varmepumpen bruker kan opp til 5-7 deler varme og varmt vann utvinnes.

 

Tilbakebetalingstid for solfangere

Normalt regner man med at solfangere har en tilbakebetalingstid på 10-15 år avhengig av systemløsning. Men med HYSS øker uttaket (antall kWh) fordi vi ikke bare utnytter solvarmen til varmt vann, men også til å effektivisere varmepumpen. Derfor er tilbakebetalingstiden på «tilleggsinvesteringen» i solfangere i kombinasjon med HYSS kun 5-8 år. Tilbakebetalingstiden på solcellepanel er gjerne 17-27 år jfr. denne artikkelen i Teknisk Ukeblad.

Les mer om HYSS – et varmesystem med solen som drivkraft.

 

Himmelretning og helning

Både solfangere og solceller kan ha store variasjoner i helning og retning uten å miste alt for mye virkningsgrad. På de nordiske breddegrader er forskjellen i virkningsgrad mindre enn 10% om solfangerne plasseres i himmelretning mellom sørøst (135°) og sørvest (225°) og med en helning på mellom 25° og 65° fra horisontalplanet.

Om solfangere plasseres i retning rett mot vest eller øst reduseres virkningsgraden mindre om helningen er flatere.

Illustrasjonen viser at en helning på 40° fra horisontalplanet rett mot sør gir de beste forutsetningene. Rettes solfangerne mot øst, med samme helning, reduseres varmeproduksjonen med ca. 20%. Solfangere plassert vertikalt mot øst- eller vest mister opp mot 45% i forhold til den optimale plasseringen. Verdiene må ikke ses på som absolutte fordi det avhenger av hvilken breddegrad som benyttes.

Den beste tilnærmingen gjennom året oppnås om solfangerne plasseres med 10° lavere helning enn den breddegraden enhetene skal plasseres på. Det er imidlertid viktig å innse at den optimale plasseringen får ganske liten betydning. Det er langt viktigere å unngå all form for skygge og i ettertid bestrebe robuste installasjoner som skaper gode driftsforutsetninger (riktig flyt og lave temperaturer) i solkretsen. I de aller fleste tilfeller er det enklest og mest kostnadseffektivt å følge takvinkelen og dessuten mest estetisk og arkitektonisk.

Det er viktig å huske at ytelsen i et solvarmesystem påvirkes av mange faktorer. Et viktig parameter for god utnyttelse er driftsforutsetningene. Kan solkretsens temperatur holdes lav (som i et HYSS-system) reduseres varmetapet og øker virkningsgraden.

Et poeng i denne sammenhengen er at HYSS-systemet har en forhåndsprogrammering som gjør det mulig å styre solfangergrupper med ulike retninger for å optimalisere varmeproduksjonen. Det gjør at anlegg med grupper av solfangere rettet mot øst og vest kan optimalisere sin produksjon morgen og kveld, altså når husholdningen normalt har sin mest intensive varmtvannsforbruk. Midt på dagen kan HYSS-systemets unike styring ta vare på varmen fra begge gruppene.

SESONGLAGRET SOLVARME

HYSS-systemet produserer mer solvarme i sommerhalvåret enn det som momentant anvendes i huset. Når varmtvannstanken i kabinettet er helt oppvarmet av solen, dumpes overskuddsvarmen tilbake i et energilager (vanligvis er dette et borhull eller en markslynge). Ved hjelp av den kontinuerlige gjenoppladningen fra solvarmen, reduseres det årlige energiuttaket fra energilageret. For å muliggjøre sesonglagring av overskuddsvarme fra solen, har Free Energy innledet et samarbeid med ASES (Active Solar Energy Storage) som har utviklet en patentert lagringsmetode for lagring av termisk energi. ASES er den mest energieffektive form for sesonglagring av solvarme og energilageret ved nybygg anlegges under byggets bunnplate. Overskuddsvarmen fra solfangerne sommerstid og store deler av året forøvrig, lagres i ASES jordvarmelager til bruk etter behov og mest vinterstid. HYSS i kombinasjon med et ASES varmelager gir et enestående lavt energiforbruk og en uovertruffen årsvarmefaktor, SCOP Combi* på opptil 8!


SOLVARME + HYSS + ASES = SCOP Combi 8

Med ASES jordvarmelager og HYSS’ unike styringsprogram, utnyttes solvarmen maksimalt gjennom hele året og gir en årsvarmefaktor for varme og varmtvann (SCOP Combi*) på opptil 8. Dette betyr at for hver kWh elektrisk energi tilført varmepumpen får man 8 ganger varme og varmtvann tilbake! Jordvarmelageret anlegges for nybygg under husets bunnplate. Hvis de utgravde massene har den riktige kvaliteten, kan opptil 85 % gjenbrukes til etablering av ASES lageret og med dette reduseres kostnadene. Med ASES anlagt under bunnplaten unngår man nedgravde slanger i grunnen utenfor huset. Dette øker friheten til å anlegge svømmebasseng, garasje, bod eller annet i framtiden. Det er er også mulig å plassere ASES varmelager på utsiden av huset under for eksempel en parkeringsplass eller under annen ubebygd del av tomten. Dette alternativet blir generelt dyrere enn om varmelageret anlegges i samband med nybygging og plasseres under huset.

* SCOP Combi angir årsvarmefaktoren for varme og varmtvann

Det er alltid klokt å velge HYSS

HYSS-systemet utnytter solenergien maksimalt. Først og fremst utnyttes solvarmen til å varme lagringstanken direkte. Dette sparer driftstid for varmepumpen og varmeuttaket fra borrhullet eller jordsløyfen reduseres.

Solvarmen kan utnyttes til og med ved lave temperaturer for å øke vanntemperaturen, noe som forbedrer varmepumpens effektivitet betraktelig. Solfangerne i et HYSS-System utnyttes i langt flere timer pr år enn konvensjonelle solvarmesystem og øker effektiviteten selv om temperaturen i solkretsen er lav. HYSS Systemet kan også med fordel benytte solenergi (solceller) for å drive sirkulasjonspumper, kompressoren og systemets andre el-drevne komponenter. Med HYSS-systemet blir det mye enklere å oppnå nullenergihus eller plussenergihus ettersom det blir mindre energimengde å håndtere.

Dersom målet er å oppnå et ekstremt lavt energiforbruk gjelder det å identifisere hvordan energiforbruket i husholdningen (eller i huset) fordeler seg. I en vanlig husholdning bestående av 4 personer utgjør oppvarming- og varmt vann normalt  80% av husholdningens totale energiforbruk. Det betyr at det virkelige store innsparingspotensialet ligger i å effektivisere og redusere energiforbruket til oppvarming og varmt vann.

Fordeling av energiforbruk i et småhus
I et vanlig familiehus står oppvarming og varmt vann for 80% av energiforbruket mens resterende husholdning utgjør 20%. I et nybygd hus står oppvarming og varmt vann fortsatt for ca. 60% av energiforbruket. Dersom målsettingen er å redusere energiforbruket er det ved å redusere forbruket til oppvarming og varmt vann de største besparelsene ligger. Å investere i et HYSS-system gir deg virkelig en mulighet til å redusere energikostnadene dine!

Solvarme er mer effektivt enn solceller
Dersom solstrålingen er 1000 W pr m² gir hver m² solceller 150W i effektutbytte dersom solcellene har 15% virkningsgrad. En solfanger med samme areal gir, ved en virkningsgrad på 60%, et effektutbytte på 600W. Om enhetene er i drift i 1000 timer på et år genererer solceller 150 kWh/m² og solfangeren 600 kWh/m².

Den virkelige store fordelen med solvarme oppnås når den benyttes i et HYSS-system. I HYSS-systemet kan utvekslingen bli så stor at for for hver kWh elektrisitet som tilføres varmepumpen utvinnes 5-7 deler varme og varmt vann.

Med et HYSS-system øker årsvarmefaktoren (sesongmessig ytelsesfaktor - SCOP) til 5-7
Hvis solceller driver en konvensjonell varmepumpe øker utnyttelsesgraden fra solcellene med varmepumpens varmefaktor, i de vanligste tilfeller mellom 3-4. Dette betyr at for hver kWh solelektrisitet som tilføres varmepumpen blir det 3-4 deler varme og varmtvann å bruke. I et HYSS-system utnyttes solvarme ved hjelp av solfangere som er betydelig mer arealeffektivt enn solceller. I tillegg gir solvarme gratis varmtvann og bedre varmepumpeeffektivitet som betyr at for hver kWh elektrisitet som tilføres varmepumpen genereres det 5-7 deler varme og varmtvann.


Solfangere blir i denne sammenligningen en uslåelig investering, både teknisk og økonomisk, i forhold til å redusere behovet for kjøpt energi til oppvarming og varmtvann. Solceller har naturligvis sine fordeler og sørger for å bidra med strøm til de elektriske komponentene i HYSS-systemet. Ved å utnytte både solenergi og solvarme blir dette en uslåelig kombinasjon!

Med et HYSS-system blir det enklere å oppnå standarden for et nullenergihus
Ved å benytte et HYSS-system reduseres behovet for å tilføre energi til oppvarmings- og varmtvannsforsyningen. Med solceller blir det også enklere å klare forsyningen av elektrisitet. Gjennom kombinasjonen med HYSS og solelektrisitet øker muligheten for å skape et selvforsørget småhus med ren, fornybar og gratis strømmende energi!

Eksempel på størrelse av solenergianlegg til nullenergihus for nybygg
Forutsetninger:
Husholdningselektrisitet: 4000 kWh/år
Oppvarming/varmt vann: 9000 kWh/år
Solcellepanel pr 1000 kWh: 7m2
Dette gir følgende nødvendig areal på solenergianlegg for 0-balanse:
Uten bergvarmepumpe (kun solcellepaneler): 91m2 solceller
Bergvarmepumpe integrert med 8m² termiske solfangere (HYSS): 36m2 solceller

Den store mengden solstråling kan omdannes til varme eller elektrisitet eller naturligvis begge deler. Det største potensialet for å redusere energikostnadene er ved å utnytte solvarme ettersom den største andelen av energiforbruket i en bolig går til oppvarming og varmtvannsforsyning.