Om miljövänlig värme
Den årliga solinstrålningen mot ett normalt enfamiljshus i Sverige är omkring 200 000 kWh per år, dvs ungefär 10 ggr mer energi än vad huset kräver för uppvärmning.
Trots överflödet är det svårt att samla in och lagra solenergi från perioder med bra väder till perioder när värmebehov finns. Annars är fördelarna många. Själva energiråvaran, solstrålarna, finns redan tillgänglig där den ska användas.
Solvärmen är dessutom miljövänlig, driftsäker och lättskött. Den ger inga utsläpp och förorenar inte. Redan i dag har vi här i Sverige och i andra länder styrmedel för att skynda på omställningen till förnybar och miljövänlig energi. Allt fler gör också kvalitetsmässiga bedömningar och accepterar ibland högre energipriser för miljövänliga alternativ. Dessutom kommer solvärmens konkurrenskraft att öka i framtiden om priserna på olja och el stiger, vilket många hävdar. Hand i hand med den tekniska utvecklingen finns en strävan hos alla inblandade att göra solvärmen konkurrenskraftig.
Nedan finns lite allmän information om solenergi att läsa och ladda ner.
GRATIS ENERGI, ETT LAGRINGSPROBLEM
av Sten Dahlberg
(Klicka för läsa artikeln)
Allmänt
I ett solvärmesystem ingår förutom solfångarna ett drivpaket innehållande en cirkulationspump, styrenhet, expansionskärl samt ett värmelager.
Solvärmesystemet styrs av en differenstermostat som optimerar utnyttjandet av solens energi med hjälp av solfångarna. När solfångarna kan producera värme aktiverar differenstermostaten cirkulationspumpen. Cirkulationspumpen stannar när värmelagret är fullt eller att solfångarna inte kan producera tillräckligt hög temperatur. Som säkerhet i solvärmesystemet finns en max-temperatur som avbryter laddningen.
Tappvarmvatten
Solfångare för tappvarmvattensystem är det vanligaste användningsområdet i Sverige. Ett tappvarmvattensystem består vanligtvis av 4-6 m2. Antalet m2 beror på vilken volym varmvatten som ska värmas och konsumeras. Solvärmesystemets energiproduktion beror på många faktorer såsom tank, placering av solfångarna samt förbrukning. En normalvilla förbrukar ca. 5.000 kWh / år i varmvatten, med solfångare kan den förbrukningen halveras.
Kombisystem
I kombisystem utnyttjas solenergin förutom till varmvatten även till värme. Ett kombisystem består oftast av 10-15 m2. Solfångarytan bestäms av flera faktorer men förenklat kan man räkna ca 50-75 liter vatten / m2 solfångare (gäller plana solfångare). I ett kombisystem är besparingen bättre, dels så täcker solfångarna halva varmvattenförbrukningen men också en hel del av värmeförbrukningen.
Andra användningsområden
Solfångarna kan producera energi för att ladda andra värmelager såsom utomhus– och inomhuspool, återladdning av berg– och ytjordvärme-kollektor för säsongslagring.
En kombination av ovanstående där solfångarna producerar varmvatten, värme, poolvärme och återladdning av bergvärmekollektor ger absolut mest energi från solfångarna och den bästa besparingen.
Dimensionering och solinstrålning i mellansverige
Bilden visar globalinstrålningen månadsvis över en 30 graders sydlutande yta i mellansverige. Under en klar dag mitt i sommaren kan instrålningen uppgå till 7-8 kWh per m2. Mitt i vintern är motsvarande värden under 2 kWh per m2 och dag. Vid mulet väder sjunker värdena avsevärt. Variationerna mellan klara och mulna utjämnas tack vare ackumulatortanken.
2-3 |
Solfångaryta |
4-8 m2 |
8-12 m2 |
3-5 |
Solfångaryta |
8-10 m2 |
10-16 m2 |
Verkningsgrader
Bilden visar solfångarens verkningsgrad som funktion av skillnaden mellan uteluften och absorbator-
temperaturen. Med verkningsgrad avses den energimängd som levereras från solfångaren i förhållande till den på solfångaren instrålande energimängden.
Exemplet förutsätter en instrålning på 800 W/m2 alltså det är vackert väder.
Den heldragna linjen avser enkelglasad och den streckade dubbelglasad solfångare utan selektiv
ytbehandling på absorbatorn. Den maximala verkningsgraden för den enkelglasade är 80 procent, det innebär att 20 procent av solinstrålningen förloras dels vid inpasseringen genom glaset och dels vid absorbationen. Observera att värmeförlusterna stiger vid
ökande temperaturdifferens. Om differensen är 60 °C blir verkningsgraden 32 procent, det innebär att solfångaren omvandlar 32 procent av 800 W till användbar värme-energi. Solfångaren presterar i detta
exempel 256 W/m2 (800 x 0.32).
Tabell absorbatortemperatur Ta, vid olika verkningsgrader och instrålning i W/m2, verkningsgrad i
procent.
I = Solinstrålning mot täckglasets utsida W/m2
Ta = Absorbatorytans temperatur i °C
H = Verkningsgrad
I |
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
100 |
37 |
35 |
31 |
28 |
25 |
22 |
18 |
15 |
10 |
200 |
60 |
55 |
49 |
44 |
38 |
32 |
25 |
18 |
10 |
300 |
80 |
73 |
66 |
58 |
49 |
41 |
32 |
22 |
11 |
400 |
99 |
90 |
81 |
71 |
61 |
50 |
38 |
26 |
11 |
500 |
116 |
105 |
94 |
83 |
71 |
58 |
44 |
29 |
11 |
600 |
132 |
120 |
108 |
95 |
81 |
66 |
50 |
33 |
11 |
700 |
147 |
134 |
120 |
106 |
90 |
74 |
56 |
36 |
12 |
800 |
162 |
147 |
132 |
116 |
99 |
81 |
62 |
39 |
12 |
Väderstreck och taklutning
Väderstreck |
Taklutning grader |
Energiutbyte procent |
Söder |
15 |
88 |
” |
27 |
100 |
” |
42 |
109 |
Sydväst/sydost |
15 |
81 |
” |
27 |
90 |
” |
42 |
96 |
Väst/ost |
15 |
67 |
” |
27 |
67 |
” |
42 |
66 |
Här ses solfångarens utbyte i procent av normaltaket (27 graders taklutning och söder läge). För att motverka större avvikelser är det lämpligt att satsa på en något större solfångaryta.
Dimensionering
Hur stor yta är lämplig med hänsyn till familjens storlek? Den är också beroende om den enbart ska producera varmvatten eller bidra till husets uppvärmning också. Den enrgimängd som behövs för att värma vatten beräknas med hjälp av följande ekvation.
Qvv=V x dt x 1,16
Qvv = energimängd i kWh
V = varmvattenmängd i liter
Dt = temperaturdifferens mellan kall– och varmvatten
Exempel:
Familjens varmvattenbehov 200 liter / dag
Inkommande kallvatten 5 °C
Temperaturdifferens för 45 °C varmvatten är 40 °C
Energimängden för att värma varmvatten för dagsbehovet är alltså
Qvv = 200 lit x 40 °C x 1,16 = 9,28 kWh
1000
Energimängden för en månad blir 9,28 kWh x 30 dagar = 278,4 kWh
Samma ekvation används för beräkning att lagra energi i en ackumulatortank.
Exempel: 500 lit x 50 °C x 1,16 = 29 kWh
1000
Beräkningsprincip
Principen med solfångare är att man med dess hjälp ska kunna omvandla solinstrålning till värmeenergi, och denna energi bör ha en temperatur som är anpassad för värmelagrets behov och nyttjande. Till detta kommer att verkningsgraden böt vara hög. Vid klart väder och sol nås jordytan av 1000 W / m2.
Om vätskan i solfångaren flyter fram sakta kommer temperaturen att bli hög och tvärt om när flödeshastigheten är hög. Ett problem med solfångare är att minimera återstrålningen, ju varmare yta desto högre
förluster. Därför försöker man ge absorbatorytan selektiva egenskaper, detta betyder att man vill
absorbera den kortvågiga solinstrålningen till 100 procent men till liten del emittera (avge) den långvågiga värmestrålningen.
EN ENKEL BERÄKNINGSMODELL
En kvadratmeter solfångare kan fånga in värmeeffekten P enligt formeln:
P = f*I-U*(Ta-Te) W/m2
P= infångad värmeeffekt W/m2
f = täckglastes solavskärmning ca 0,85
I = solinstrålning mot täckglasets utsida W/m2
U = U-värde eller förlustfaktor W/m2/k för solfångare med enkelglas ca 4,0
Ta = absorbatorns temperatur i °C
Te = omgivningens temperatur i °C
h = verkningsgrad
h = P/I
* verkningsgraden avtar med växande temperatur
* verkningsgraden ökar med växande solinstrålning
* verkningsgraden avtar med växande U
Exempel
Ta = 55 °C
Te = 10 °C
U = 4,0
I = 600 W/m2
f = 0,85
Insatt i ekvationen erhålles verkningsgraden 55%
Om vi väljer Ta 65 °C blir verkningsgraden 48%
Solfångarna bör orienteras så mycket mot söder som möjligt och lutningen för fasta solfångare ligger
optimalt mellan 45-60 grader.
Energi innehåll
För att värma 10 liter vatten från 10 °C till 100 °C åtgår ca 1 kWh.
Energimängd för temperaturhöjning i ackumulatortank
Formel:
Q = 1,16 x V x dt
Q = energi i kWh
V = vattenvolym i m3
dt = temperaturdifferens i °C
1,16 = omräkningsfaktor från kcal till kWh
Exempel:
1,16 x 0,5 m3 x 50 °C (höjning från 40—90 °C) = 29 kWh
Det är vår förhoppning att detta informationshäfte har gett lite klarhet när det gäller solenergi och dimensionering av solanläggningar.
Alla data och fakta är insamlade på Internet och är allmänna fakta och beräkningsformler för energi.
Energiåtgång hushåll (kWh)Energiförbr. |
Normalhus |
Nyprod. hus |
Äldre hus |
Hushållsel |
5000 |
4000 |
5000 |
Uppvärmning |
10000 |
6000 |
20000 |
Tappvarmvatten |
5000 |
5000 |
5000 |
Totalt |
20000 |
15000 |
30000 |
Benämning |
Energislag |
Energi innehåll |
1 m³ |
Ved |
2-2600 kWh |
1 m³ |
pellets |
3100 kWh |
1 m³ |
briketter |
5000 kWh |
1 m³ |
olja |
10000 kWh |