Så fungerar solfångaren

Solfångarens uppgift

En solfångare tar emot solstrålar och omvandlar energin i solinstrålningen till värme. Värmen transporteras från solfångare med hjälp av ett lämpligt medium. Genom solfångare cirkulerar vatten som värms upp av solen. Värmen överförs direkt eller via värmeväxlare till ett värmesystem. En svårighet är att spara värmeöverskottet från den varma delen av året till vintern, då behovet är som störst. Detta kan lösas genom lagring av värmeenergin i välisolerade värmemagasin eller genom att solfångarna arbetar mot tex. ett bergvärmehål.

Vad finns det för typer av solfångare?

Man utgår från några olika typer av solfångare. Vacuumrörsolfångare, plan solfångare, koncentrerade solfångare och luftsolfångare. Det finns även solfångare för pool samt så kallade heliostatanläggningar för produktion av el (termiskt solkraftverk). Bland vacuumrörsolfångare hittar vi två olika modeller av solfångare. Heat-pipe och U-pipe modellen.


Vacuumsolfångaren

En vakuumrörsolfångare består av ett antal vakuumrör. Vakuumröret är uppbyggt på ungefär samma princip som en termosflaska, dvs ett dubbelmantlat glasrör med vakuum mellan som ger en bra isolering. Det yttre röret är transparent och det inre är själva absorbatorn. I centrum av det inre röret blir luften oerhört varm. Det är här man plockar ut energin.

Solstrålningen absorberas av vakuumrören. I varje vakuumrör finns det en sluten kopparrör fylld med glykollösning. Änden av kopparröret (cirka 5cm) sticker ut, detta sticks in i grenröret högst upp i kassetten. Kassetten kan användas ihop med en solvärmetank med en värmeväxlare. Grenröret fylls med en glykollösning och värmen överförs till tanken

Jämfört med plana solfångare ger vakuumsolfångaren betydligt bättre utbyte, i synnerhet om solljuset är diffust eller om det skulle vara kyligare väder. Moderna vakuumsolfångare är rundstrålande, det vill säga att absorbatorn sitter runt om hela det inre röret, och är dessutom ofta placerade i kassetter med en reflekterande yta som även återstrålar solljus som träffar ytan utanför själva röret till kollektorytan.

 

Verkningsgraden hos alla typer av solfångare

Påverkas negativt av hur mycket lägre temperaturen är i omgivningen jämfört med solfångarens temperatur. Hur verkningsgraden avtar beror delvis på solfångarens isolation. En svart slang är mycket dåligt isolerad och en stor del av energin försvinner ut i rymden, en plan är bättre, men vakuumröret, räknat på aktiv yta, är hittills bäst i jämförelsen. Vakuumrörets goda isolationsförmåga de första åren innebär att verkningsgraden blir i klass med en plan solfångare trots att den belysta ytan är mindre räknat på byggytan på taket. Samtidigt innebär detta att vakuumröret är kallt på ytan och därmed inte "frostar av sig" som andra konstruktioner vilket är viktigt i norden.

Sommartid, med full solinstrålning, är det mindre skillnad i verkningsgrad mellan de olika typerna av solfångare. Till och med en svart slang är rätt så konkurrenskraftig, inte minst prismässigt!

Heat-Pipe

En kopparpistong innehållande en vätska förs ner i vakuumröret. Toppen på pistongen förs in i en värmeväxlare. När värmen stiger i vakuumröret förångas vätskan i pistongen och stiger uppåt tills den når värmeväxlaren. Då kyls den av och kondenseras och rinner tillbaks ner i pistongen för att åter hettas upp. En solfångare med Heat-pipe måste därför monteras lutande. Värmen förs vidare från värmeväxlaren till exempelvis en ackumulatortank.

Vakuumrör solfångare med Heat-Pipe är den mest avancerade solfångare och det mest effektiva sättet att fånga solenergin. Den har en effektiv verkningsgrad på över 85%

Skillnaderna i prestanda mellan U-pipe, Heat-pipe och plana solfångare är inte generellt mätbara räknat på årsutbyte. Det är större skillnad mellan olika fabrikat än mellan de olika typerna.

Heat - pipe Heat - pipe

1. Luftfrit glasrör.

2. Kopparpistong.

3. Solenergin absorberas av kopparpistongen inuti glasröret.

4. Vacuum för att isolera.

5. Het ånga stiger till toppen av kopparröret. Kylt ånga kondenserar och returnerar längst ned i kopparröret för att upprepa cykel (Denna vätska är inte giftig).

6. kork, plombering plugin.

U-Pipe

I denna modellen går ett kopparrör går ner i vakuumröret och vänder i ett U. I kopparröret cirkulerar en värmebärare (glykolblandning) som kyler luften i vakuumröret och transporterar bort värmen till exempelvis en ackumulatortank.

 

 

Plan solfångaren

Plana solfångare är den vanligaste typen i Sverige. En plan solfångare består av en hel absorbatorplåt som på baksidan är försedd med en rörslinga för värmebäraren (glykol/vatten). Hela absorbatorpaketet sitter i en välisolerad låda med en glasskiva framtill. Lådan monteras direkt på takets ströläkt och ersätter därmed tegelpannorna på samma yta. Isolationsförmågan hos en plan solfångare som kan monteras integrerat i taket blir betydligt bättre än för fristående konstruktioner. Den plana solfångaren fångar upp all infallande strålning mot panelen medan t.ex. vakuumrörssolfångare har ett glapp mellan vakuumrören där solinstrålning går förlorad. Dagg, snö och frost avdunstar snabbt från en plan solfångare genom att glaset värms upp underifrån. Så kallade full-plate absorbatorer har en enda hel absorbatoryta vänd mot solen och kan läggas kant i kant och utnyttjar därmed maximal del av den infallande strålningen per tak yta. Den plana solfångaren får därmed en lägre arbetstemperatur per ytenhet på absorbatorn/värmeväxlaren och är inte beroende av upparbetat vakuum för att fungera. Detta ger en avsevärt längre livslängd för plana solfångare jämfört med vakuumberoende konstruktioner av likvärdigt tillverkningsmaterial.

Storleken på solfångaren dimensioneras efter ackumulatorvolymen eller tvärt om. 8-12 m2 solfångare och en 500-750 liters ackumulatortank är den vanligaste installationen, vilket täcker det flesta hushålls tappvarmvattenbehov sommartid och ger uppemot 20 procent täckningsgrad på hushållets totala uppvärmningsbehov.


Koncentrerande solfångare

Solfångarens effektivitet kan ökas med reflektorer som samlar ljuset. Med solflöjning och reflektorer kan en solfångare leverera mångdubbelt mer energi än en vanlig plan installation, men den tar mer plats och blir dyrare. En fördel med dessa är att de samtidigt kan produceras elström. Sverige har en lång forskningstradition på koncentrerande solvärmesystem.


Pool- solfångare

I sin enklaste form är en pool- solfångare en svart slang. Isolationen är inte den bästa naturligtvis, men ger mer effekt än man kan tro. Ett enkelt och billigt sätt att få upp temperaturen i badpoolen eller för varmvattnet i sommarstugan.

 

Luftsolfångare

Luftsolfångaren kan användas till ventilation, avfuktning eller som värmetillskott.

Den används för att få ett bättre inomhusklimat i T.ex. källare, husvagnar, båtar, museum, åretrut boende m.m. en orsak till att man tagit fram dessa solfångare är just för att när husen renoveras eller då man bygger nya energibostäder, tätas och isoleras husen så pass mycket att det inte finns något utrymme för luften att cirkulera inomhus. Det gör att luftfuktigheten ökar. Då det kan leda till allergier eller andra långsiktiga sjukdommar. Luftsolfångaren skickar kostnadsfri, varm och torr luft in i byggnaden. Och trycker ut unken, fuktig luft och förbättrar husets inomhusklimat avsevärt.