1. Ressursgrunnlag

 
>> 1.1 Solen som energikilde 
>> 1.2 Globale solenergiressurser 
>> 1.3 Solenergiressursen i Norge

 

 


  1.1 Solen som energikilde

Solen er forutsetningen for livet slik vi kjenner det på vår planet. Med unntak av dyp geotermisk energi og tidevann, er solenergi drivkraften bak alle andre fornybare energikilder. Også de fossile energibærerne er lagret solenergi. 

Solenergi er en tilnærmet utømmelig energikilde. Utfordringen har vært å finne effektive måter/løsninger for å utnytte solenergien.

I hovedsak kan energien fra solen utnyttes på to måter:

1. Produksjon av varme:

-          Passiv solvarme

-          Solfanger

2. Produksjon av elektrisk energi:

-          Solceller

-          Konsentrert solkraft (termiske solkraftverk)

Solenergi har gjennom tidene vært benyttet i mange viktige prosesser. Sokrates solhus fra 400 f.Kr ble bygd for å være varmt om vinteren og svalt om sommeren. Det ble oppnådd ved å se på bl.a. orientering, vindus-/døråpninger og materialer. Arkimedes brukte i 212 f. Kr. speil til fokusering av solenergi. I senere tid (ca. år 1600-1800)ble solenergi også utnyttet i industrielle prosesser; tørking av produkter, solovn, soldrevne motorer etc. Den første solcellen ble utviklet på begynnelsen av 1800-tallet av Edmund Bequerel, men det var først rundt 1950 at interessen rundt utvikling og bruk av solceller skjøt fart. I Norge økte interessen for solenergi i forbindelse med oljekrisen på 70-tallet og forskningsaktiviteter ble startet flere steder i landet.

Utnyttelse av solenergi i Norge har en utfordring pga. solinnstrålingens sesongvariasjoner som er i motfase med energibehovet for viktige bruksområder, for eksempel romoppvarming. Benyttes solenergi som energikilde, må man enten tilpasse seg de variasjoner som naturen gir, lagre energien, eller investere i et alternativt system for energioppdekking når solen ikke skinner.

  1.2 Globale solenergiressurser

Solen avgir enorme mengder energi. Den lille andelen som årlig treffer jordoverflaten, tilsvarer flere tusen gangers verdens energiforbruk (se figur).



Årlig innfallende solenergi mot jorden, påviste fossile energireserver og årlig globalt forbruk av kommersiell energi. Laget på grunnlag av (BP, 2006).

Utenfor Jordens atmosfære er solstrålingens intensitet tilnærmet konstant, 1 367 W/m2 ± 3 %. Variasjonen skyldes at avstanden mellom jorden og solen varierer over året. Innstrålingen varierer noe fra år til år (typisk ±5 prosent). Solens utstråling varierer på grunn av fluktuasjoner i de indre, fysiske prosessene. Dette fenomenet er imidlertid av så liten betydning at man kan se bort fra den i sammenheng med utnyttelse av solenergien. I gjennomsnitt reflekteres om lag 30 prosent av solstrålingen før den når bakken.

Strålingen fra solen modifiseres av atmosfæren, som sprer lyset og demper enkelte bølgelengder. Dempingen varierer, avhengig av luftens innhold av gasser. Hvor mye av innstrålingen som står til rådighet for produktiv utnyttelse, avhenger derfor av:

-          Hvor man er på kloden; langt nord og sør står solen lavere på himmelen enn ved ekvator og solstrålene må derfor passere gjennom en større del av atmosfæren for å nå bakken. De mest solrike steder mottar årlig om lag 2500 kWh/m2 mot en horisontal flate.

-          Årstiden, ettersom solen står høyere på himmelen om sommeren enn om vinteren, bortsett fra i tropene. Dermed har solstrålene en kortere vei gjennom atmosfæren, tapet blir mindre og tilgjengelig stråling blir større.

-          Lokale forhold, for eksempel kan lokal skydannelse og skygger fra omkringliggende natur og byggverk hindre solinnstrålingen til bakken.

Solenergi er tilgjengelig overalt i verden, figuren viser gjennomsnittlig solinnstråling (kWh) per kvadratmeter og år.

 


Årlig solstråling mot optimalt vinklet flate (gjennomsnittlig kWh/m2 og år). Kilde: NASA. Illustrasjon: Kim Brantenberg

Solenergien som når jordoverflaten består av direkte og diffus innstråling (se figur). Den direkte solinnstrålingen kommer rett fra solen. Den diffuse solinnstrålingen består av sollys som er spredt i atmosfæren, og den kommer fra alle retninger. Blått lys spres mest, og derfor er himmelen blå. På en klar dag er mesteparten av solinnstrålingen direkte, på en overskyet dag er det nesten bare diffus innstråling.

Direkte og diffus innstråling. Kilde: https://nationalvetcontent.edu.au

 

  1.3 Solenergiressursen i Norge

I Norge varierer årlig solinnstråling mot en horisontal flate omtrent mellom 700 – 1100 kWh/m2 [Multiconsult 2013], avhengig av geografiske forhold. De aller beste forholdene for utnyttelse av solenergi finner man helt på sør – og øst landet, samt i indre deler av Midt-Norge. Stedene med lavest innstråling finnes langs nordvestkysten og i Nord-Norge. Til tross for at solinnstrålingen i Norge er relativt lav sammenlignet med de aller mest egnede stedene i verden, så er potensialet for utnyttelse av solenergi (til både strøm og varme) betydelig også i Norge. Ved å dekke 0,4 ‰ (promille) av Norges landareal med solceller ville man for eksempel kunne dekke vårt totale, innenlandske energiforbruk [NVE 2009]. Ved å dekke 4 % av Norges landareal med solceller kunne man utnytte energi tilsvarende vår totale produksjon av olje og gass [Multiconsult 2013].

Norge kan være egnet for utnyttelse av solenergi både til strøm (solceller) og varme (bl.a. solfangere). Solfangere kan brukes til oppvarming av tappevann eller oppvarming av bygg. Selv om elektrisitetsbehovet vårt er betydelig lavere på sommeren, har vi behov for varmt tappevann også på sommeren, og da kan solfangere dekke store deler av dette behovet. En utfordring med både solceller og solfangere i Norge er at vårt behov for strøm og varme er størst om vinteren, når solinnstrålingen er på sitt laveste. Likevel er en av årsakene til at mange steder i Norge er egnet for solcelleutbygging nettopp kaldt og tørt klima, som bidrar til å holde driftstemperaturen på solcellene nede og dermed minske både varmetap og slitasje på solcellene. Overoppheting av solceller en utfordring i varmere strøk. Foruten om dette, er Norges store vannkraftressurser en betydelig fordel ved en større utbygging av solcellekapasitet i fremtiden: Solenergi er en relativt uforutsigbar strømkilde og produksjonen vil variere betydelig både fra dag til dag (overskyet eller sol) og sesong til sesong (stor forskjell på sommer og vinter). Norges store fordel er at vi kan bruke solenergi når produksjonene er høy og samtidig spare på vannet i dammer og innsjøer. Når solinnstrålingen er lav kan vi kompensere med vannkraft. Dette er mye billigere enn å bygge enorme batterier ved solcelleanleggene, slik de gjør i for eksempel Japan. En annen fordel med å bygge solceller i Norge er at vi har relativt mye tilgjengelig landareal og lav befolkningstetthet: større solcelleanlegg kan bygges uten å gå på betydelig bekostning av annen arealbruk.

Det er stor forskjell i årlig solinnstråling mellom de ulike landsdelene, og mellom sommer og vinter; figuren under viser innstrålt energi mot en horisontal flate for henholdsvis januar og juli.

 
Solinnstråling mot horisontal flate i henholdsvis januar og juli. Illustrasjon: Endre Barstad

Figuren gir imidlertid ikke et helt korrekt bilde av mengden energi som kan utnyttes. Gjennom optimalisering av helningsvinkelen på solcellepanelet eller solfangeren kan man redusere forskjellen mellom landsdelene som fremgår av figuren. I vintermånedene er det vesentlig mindre energi å hente fordi solen da står lavt på himmelen.

Les mer om markedet og økonomi/kostnader for både solkraft og solvarme i Norge i kapittelet om Produksjon og marked for solenergi.