2. Teknologi

 

>> 2.1 Elektrisk energi fra solen
>> 2.2 Termisk energi fra solen
>> 2.3 Andre bruksområder for solenergi

 

 

2.1 Elektrisk energi fra solen

2.1.1 Den fotoelektriske effekten

Det er mulig å omdanne solenergi direkte til elektrisitet ved hjelp av den fotoelektriske effekten, som kort fortalt innebærer at elektroner forflytter seg fra et stoff til et annet når de belyses (her med sollys) og absorberer energi fra fotoner. Den ble oppdaget allerede i 1887 av Heinrich Rudolf Hertz og videre behandlet av både Max Planck og Albert Einstein. Einstein fikk i 1921 Nobelprisen i fysikk for sin beskrivelse av den fotoelektriske effekten.

En solcelle består av en halvleder der for- og baksiden er behandlet (dopet) slik at forsiden vanligvis har overskudd på frie elektroner og baksiden underskudd. Noen ganger gjøres det motsatt. I grensesjiktet mellom de to områdene dannes et elektrisk felt som driver frie elektroner mot fremsiden av cellen. Bundne elektroner i solcellen kan absorbere et foton (et energikvant av elektromagnetisk stråling, altså en «lyspartikkel») og dermed bli frie. De aller fleste av disse vil fanges inn av feltet i grensesjiktet og transporteres til cellens fremside. Dersom man forbinder for- og bakside med en elektrisk krets, kan elektronene utrette nyttig arbeid i en lyspære, elektrisk motor, PC eller lignende.


Prinsippskisse for solcelle. Illustrasjon: Kim Brantenberg

2.1.2 Solceller

De viktigste solcelleteknologiene er krystallinske solceller og tynnfilmteknologier. Forholdet mellom pris og virkningsgrad, samt bruksområde og tilgjengelig areal er gjerne avgjørende for valg av teknologi.

Virkningsgrad
Virkningsgrad er per definisjon forholdet mellom avgitt effekt og tilført effekt. For solceller tilsvarer dette forholdet mellom solinnstråling (soleffekt inn) og produsert strøm (elektrisk effekt ut).

Ved produksjon av elektrisitet ved bruk av solceller, skiller man mellom celle-, modul-, og systemvirkningsgrad.

Virkningsgrad for solceller: Den momentane virkningsgraden for et solcelleanlegg varierer gjennom dagen og over året, da den er avhengig av flere faktorer, som for eksempel mengde innstråling og overflatetemperatur. For en silisiumcelle synker virkningsgraden med økt overflatetemperatur. dvs. at et socellemodul som er blitt varmet opp hele dagen, har dårligere effektivitet enn i avkjølt tilstand.

Når produsenter av solceller oppgir solcellenes virkningsgrad, og når solcellers virkningsgrader sammenlignes, menes den maksimale energimengden solcellene kan produsere under såkalte standard testforhold: innstråling 1000 W/m2 og temperatur 25 °C. De samme forutsetninger ligger til grunn når produsenter oppgir solcellens maksimale ytelse, betegnelsen som benyttes er Watt peak, (Wp). Virkningsgraden blir noe lavere etter mange års drift, for en silisiumcelle må man regne med at maksimum ytelse er redusert med 10 % etter 25 år.

Modulvirkningsgraden tar hensyn til tapene over den komplette modulflaten og er derfor alltid lavere enn virkningsgraden for selve solcellene. Dette skyldes blant annet at mellomrommet mellom solcellene ikke kan utnyttes.

Systemvirkningsgraden er betegnelsen på hele systemet, inkludert nett-tilknytning. Overføringen av strøm til nettet og omvandlingen av solanleggets produserte likestrøm til vekselstrøm er forbundet med et visst tap. Når man skal beregne energikostnaden er det viktig å ha en formening om systemvirkningsgraden.

For alle typer solceller er det svært utfordrende å skalere opp produksjonen til industrielle volumer og samtidig ivareta de høye virkningsgradene som er oppnådd i laboratoriet.

Alle materialer har en fysisk grense for hvor mye av innstrålingen de kan omgjøre til elektrisitet, et såkalt teoretisk maksimum. For silisium er maksimal teoretisk virkningsgrad 28 %. Dersom man har et system som kan utnytte alle bølgelengder sollyset består av, ligger den maksimale virkningsgraden rundt 85 %. Innovative systemer har oppnådd over 40 % ved laboratorieforsøk ved å kombinere ulike typer materialer.

Krystallinske solceller og tynnfilmteknologier
De krystallinske solcellene lages av silisiumskiver, og det finnes to hovedtyper: monokrystallinske og multikrystallinske. Forskjellen ligger i krystallstrukturen; silisiumskiven i den monokrystallinske solcellen består av en eneste krystall med ett homogent krystallgitter, mens den multikrystallinske silisiumskiven består av mange små krystaller.

    • Monokrystallinske celler har lavere tap og kan derfor omgjøre noe mer av sollyset til elektrisitet enn multikrystallinske eller tynnfilm solceller. Produksjonsprosessen er derimot mer krevende og det trengs mer energi til produksjon. Normalt er derfor både produksjonskostnader og markedsverdi for monokrystallinske solceller høyest. Virkningsgraden for kommersielt tilgjengelige monokrystallinske solceller er på ca. 15 – 20 %.
    • Multikrystallinske solceller er noe rimeligere i produksjon enn monokrystallinske solceller, men virkningsgraden er noe lavere , ca. 14-16 %.

Det finnes en rekke ulike tynnfilmteknologier. Den første som ble kommersialisert var amorfe silisiumceller (a-Si). De amorfe silisiumcellene har lavere virkningsgrad (ca. 7-9%) og i forhold til krystallinske solceller må det regnes med en noe større reduksjon i virkningsgraden. Den største fordelen er at de kun behøver 1 – 5 % av råstoffet som behøves i en krystallinsk celle.

De andre kommersielle tynnfilmteknologiene er kadmium tellurid celler (CdTe) og kobber-indium-gallium-diselenidceller (CIGS). Tynnfilmceller lages gjerne på substrat av glass eller stål, men plast forekommer også. Modulene kan da gjøres bøyelige. Virkningsgraden varierer noe mellom ulike produsenter og kvaliteter. Representative verdier er 7 % cellevirkningsgrad for a-Si, 9,3 % for CdTe og 11,0 % for CIGS4]. Selv om tynnfilmteknologier har vært tilgjengelig en stund, er det først i det siste at man har klart å oppnå ca. 10 % virkningsgrad i kommersielle produksjonsvolumer. (Trends in Photovoltaic applications).

Den viktigste fordelen med tynnfilmteknologi i forhold til krystallinske silisiumceller er at det brukes mindre råvarer i produksjonen. En annen fordel er at det er teoretisk mulig å lage store flater i en operasjon, noe som åpner for mer rasjonelle produksjonsprosesser. Videre kan flatene produseres slik at de kan bøyes, og for eksempel legges over bueformede tak. Selv om den oppgitte virkningsgraden er noe under virkningsgraden for krystallinske celler, behøver ikke årsproduksjonen av elektrisitet å være tilsvarende lav. Som nevnt ovenfor benytter bransjen maksimal elektrisitetsproduksjon under ideelle forhold som grunnlag for oppgitt virkningsgrad. Under mindre ideelle forhold, som diffus innstråling, kan tynnfilm-systemene i noen tilfeller produsere mer elektrisitet enn de krystallinske, som er mer avhengig av direkte innstråling.

Siden 2008 har prisen på krystallinske silisium-solcellemoduler produsert i Kina sunket med omlag 80 prosent. Tynnfilmteknologiene har dermed i stor grad mistet sin viktigste åpenbare fordel i forhold til krystallinske solceller. Tynnfilmteknologienes fremtid vil kunne avhenge av mulighetene for å utnytte fleksibiliteten i form og størrelse, samt fordelen som ligger i at den gir mulighet for å produsere lettere solcelle-paneler enn det krystallinsk teknologi gjør.

Pris for krystallinske solcellemoduler produsert i Kina i (US$/Wp). Kilde: IEA PVPS

Spesialceller
Det finnes en rekke spesialceller som foreløpig har begrenset kommersiell betydning.

Systemer for konsentrert sollys 
I systemer for konsentrert sollys, reduseres mengden solcellemateriale som behøves for å konvertere en gitt mengde solenergi, og dessuten øker virkningsgraden med økende belysning. Kostnaden for selve solcellen blir dermed mindre viktig, men i stedet må man betale for en konsentrator, mekanikk for å følge solen og et mer kompleks system. Det finnes kommersielle systemer for konsentrert sollys som oppnår drøyt 26 % virkningsgrad. Det amerikanske National Renewable Energy Laboratory (NREL) har oppnådd virkningsgrader over 40 % i laboratoriet.

Høyeffektive celler
En annen celletype består av flere lag, med ulike solceller oppå hverandre. Den øverste absorberer kun kortbølget lys, og de lengre bølgelengdene blir absorbert i den underste. Slike celler utnytter sollyset mer effektivt enn enkeltceller fordi man oppnår en høyere cellespenning, men de er mer kompliserte å lage. Amerikanske forskere ved universitetet i Delaware har oppnådd en virkningsgrad på 42.8 % i en solcelleplattform basert på en sammenstilling av høyeffektive celler. Den høye virkningsgraden ble oppnådd i laboratorieforsøk, og ved enkeltvis testing av cellene.

Solcellepaneler
Solceller gir kun en spenning på ca. 0,3–0,6 V, avhengig av teknologi. For å få en praktisk brukbar størrelse på panelet og en egnet spenning, kobler man derfor et passende antall celler i serie i et solcellepanel. Et typisk panel med solceller av krystallinsk silisium består av 50-70 serie- og parallellkoblete celler, som er kapslet inn mellom et dekkglass og en bakplate. Panelet må beskytte solcellene mot vær og vind, og kvaliteten på innkapslingen er derfor svært viktig. I tillegg må panelet ha tilstrekkelig mekanisk stabilitet for å beskytte de skjøre solcellene mot håndtering og påkjenninger fra regn og hagl.

Solcellene settes sammen i paneler som leveres i mange størrelser. Vanligst er paneler i området 50–100 Wp for tynnfilm og 50-300 Wp for krystallinske solceller. Paneler med krystallinske silisiumceller kan fås med 25 års garanti.


Solcellepaneler. Foto: NAPS

 

 

2.1.3 Komponenter i solcellesystemet

Et solcellesystem består av flere komponenter enn solcellepanelene. Vi kan skille mellom to typer hovedsystemer:

1. Frittstående solcelleanlegg

2. Nettilknyttede solcelleanlegg

Frittstående systemer kan f.eks. være på en hytte i fjellet hvor man ikke kan koble seg til noe kraftnett. Dette betyr at når produksjonen av strøm fra solcellene er større enn det man bruker, kan man ikke levere denne strømmen på nettet. Det betyr samtidig at når forbruket er større enn produksjonen (når sola har gått ned) kan man ikke hente strøm fra nettet. Derfor må frittstående systemer praktisk talt alltid være utstyrt med et energilager, og blybatterier er fortsatt den dominerende teknologien. I frittstående systemer er de viktigste komponentene batterier, vekselretter (også kalt inverter), laderegulatorer, koblingsutstyr.

Ikke nettilkoblet solcelleanlegg

De nettilknyttede systemene er noe enklere enn de frittstående (trenger ikke nødvendigvis batterier), og består i tillegg til solcellepaneler av vekselrettere, koblingsutstyr og energimålere. Slike systemer leverer som regel vekselstrøm som i første omgang erstatter kraft som brukeren ellers ville ha kjøpt fra nettet. Dersom det oppstår et overskudd av energi leveres dette til distribusjonsnettet, og man trenger derfor ikke noe energilager. Figuren nedenfor viser skjematisk energiflyten og de viktigste komponentene for et slikt system.

1) Solcellemoduler, 2) koblingsboks, 3) DC-bryter, 4) vekselretter, 5) AC-bryter (ikke påkrevd), 6) energimålere, 7) Fordelingsskap med sikringer, 8) Tilkoblingspunkt til el-nett.

Videre følger en kort forklaring av de ulike komponentenes funksjon i et solcelleanlegg.  

1.     Solcellemoduler 

Se kapittel 2.1.2. 

2.     Koblingsboks 

I koblingsboksen samles strømmen fra flere solcellemoduler eller paneler (man kan for eksempel ha moduler flere steder på et bygg, og strømmene fra disse kobles sammen i koblingsboksen). Ut fra boksen går det én (eventuelt flere ved store anlegg) ledninger med likestrøm. 

3.     DC-bryter 

DC-bryteren er en sikring som bryter/stopper strømmen hvis den blir for stor. Større likestrøm enn ledningen tåler, medfører brannfare.  

4.     Vekselretter 

Vekselretteren (eller inverteren) gjør likestrømmen til vekselstrøm, slik at den kan brukes til vanlige elektroniske apparater. 

5.     AC-bryter 

AC-bryteren har samme funksjon som DC-bryteren for vekselstrøm. 

6.     Energimålere 

For å ha kontroll på hvor mye energi som leveres til kraftnettet må man måle effektflyten fra anlegget. Hvis man ikke er ren produsent, men også forbruker strøm (for eksempel enebolig med solceller) må man også ha kontroll på hvor mye man forbruker selv og eventuelt hvor mye man mottar fra kraftnettet. Det kan være interessant å måle ved flere steder i anlegget (ikke bare ut på nett eller inn til hus) for å se hvor store effekttap man har, for eksempel fra koblingsboksen og gjennom vekselretteren. 

7.     Fordelingsskap med sikringer 

Standard fordelingsskap for å splitte strøm ut til ulike deler av et bygg. Dette har man uansett hva strømkilden er.  

8.     Tilkoblingspunkt el-nett 

I tilkoblingspunktet til nettet må man ta hensyn til spenningsnivå. Vekselretteren kan også fungere som en transformator, slik at den også sørger for at vekselstrømmen fra solcelleanlegget har riktig spenningsnivå til enhver tid. En stor produsent av solkraft vil også måtte ta hensyn til kapasiteten på kraftnettet og sørge for ikke å overbelaste. Derfor kan batterier være en stor fordel å ha også i nettilknyttede solcelle-anlegg, slik at man kan bruke eventuell overskuddsstrøm (typisk midt på dagen når sola står på sitt høyeste) til å lade batterier, for så å bruke strøm fra batteriene på kvelden når forbruket er størst.   

Tilleggsutstyr for frittstående systemer: 

9.     Batterier 

Batterier kan kobles inn i et solcelleanlegg (figur). Man kan lade opp disse når strømbehovet er lavt og produksjonen høy (dagtid) og bruke energien når behovet er større (kveldstid, en overskyet dag etc.). Blybatterier er fortsatt det mest utbredte. Disse er relativt dyre og må byttes inni mellom, avhengig av kvaliteten og hvordan de driftes til daglig. Det foregår derfor omfattende forskning på ny batteriteknologi og nye måter å lagre energi på (f.eks. har Tyskland opprettet en stor støtteordning for batteriforskning).  

10.   Laderegulator 

For at batteriene skal vare lengst mulig er det viktig at de drives sånn som de er designet for, for å unngå unødvendig stor slitasje. Dette gjøres ved å installere en laderegulator, som blant annet passer på at batteriene ikke utlades mer enn et visst bunn-nivå, samt at opplading skjer i mest mulig passende tempo etc. På denne måten kan man øke batterienes ytelse og levetid betraktelig.  

2.1.4 Hvor mye energi produserer en solcelle

Størrelsen på et solcelleanlegg angis ikke i kvadratmeter, men i installert ytelse. Denne måles ved standard testbetingelser og angis som Wp (Watt peak). Den faktiske energiproduksjonen varierer med mengden solinnstråling; et 1 kWp solcelleanlegg produserer for eksempel i gjennomsnitt:

  • Sør-Norge: ca. 900-1000 kWh/år
  • Midt- Norge: 800-900 kWh/år
  • Nord-Norge: 700-800 kWh/år
  • Sør-Tyskland: ca. 900-1130 kWh/år
  • Sør-Spania: ca. 1700- 1800 kWh/år
  • Sahara: 2200 - 2300 kWh/år

For solcelleanlegg med ytelse 1 kWp behøves et areal i størrelsesorden 5–10 m² på skråtak. For et anlegg i Sør-Tyskland betyr dette at et 1 kWp anlegg genererer mellom 90–140 kWh/m2 årlig (ved montasje på skråtak).

2.1.5 Bruksområder for solceller

De viktigste fordelene med solceller er driftssikkerhet og at teknologien lett kan tilpasses et gitt behov i alt fra svært små systemer (brøkdeler av W for eksempel til klokker) til svært store anlegg (MW).

Når solceller brukes i små systemer (noen få watt eller mindre), er de som regel bygd inn i et produkt, for eksempel en gatelykt, armatur for hagebelysning eller liknende. Det er som regel ikke noe strømuttak på disse systemene, som dermed kun kan brukes til det formål de er designet for. Slike produkter er utbredte, men representerer likevel en svært liten del av markedet for solceller.

Strømforsyning

For generell strømforsyning, skiller man gjerne mellom følgende fire systemtyper:

Distribuerte nettilknyttede systemer - Disse er vanlige i en rekke land på grunn av ulike tilskuddsordninger. Tyskland har vært foregangsland, men nå har også Italia, Spania og Frankrike Japan og Kina kommet etter. Disse støtteordningene har vært en forutsetning for den sterke veksten i solcellemarkedet. Denne type systemer har typisk en installert effekt fra noen kWp til flere MWp, og kan være installert på private hus eller kommersielle bygg som f. eks. kontorbygg, industrihaller, togstasjoner, kjøpesenter etc. I de senere år har det kommet en rekke produkter for bygningsintegrering av solceller. Panelene er utformet slik at de kan passes direkte inn i et takbelegg eller i en fasade.

Sentraliserte nettilknyttede systemer - Disse anleggene kan være på mange megawatt og er simpelthen kraftverk som benytter solcelleteknologi. Elektrisiteten som genereres mates direkte inn på et kraftnett. I USA ble det i 2013 ferdigstilt to solcelleparker med en installert effekt på 550 MWp hver. Disse er verdens største per 2014, og hvert av dem skal produsere omlag 1000 GWh med energi årlig. I tillegg har Kina har annonsert planer om å bygge en solcellepark med 2 000 MWp kapasitet. Også norske aktører bygger solkraftverk i utlandet: Statkraft har vært engasjert i å bygge solkraftverket Casale som ligger i Aprilia provinsen, 60 km sør for Roma i Italia. Installert kapasitet er på 3,3 MWp og årlig energiproduksjon er angitt til 4,5 GWh. Scatec solar er det norske selskapet som har utviklet flest solcelleanlegg i verden. I følge Scatec solar sine internettsider har selskapet bygget bakkemonterte solarkraftverk i Italia, Tyskland, Tsjekkia, Sør-Afrika og Rwanda. Total kapasitet, for anlegg som har blitt utviklet, bygget og som er under bygging er kommet opp til 220 MWp. Scatec eier og drifter flere av anleggene selv. Det største enkeltprosjekt er på 75 MWp (Dreunberg i Sør Afrika) og ble satt i drift i 2014.

Frittstående systemer - for enkel, privat forsyning. Slike systemer leverer typisk elektrisitet til hytter, husholdninger eller landsbyer som ikke er tilkoblet kraftnettet. De er vanligvis dimensjonert for å gi kraft til lys, radio / TV og eventuelt kjøleskap, og de brukes når nettilknytning eller andre frittstående løsninger (gjerne et aggregat som genererer strøm ved forbrenning av fossilt brensel) er for kostbart. Er avstanden til nettet mer enn et par kilometer, kan solceller , evt. i kombinasjon med et aggregat eller batterier, være et økonomisk interessant alternativ for å dekke elektrisitetsbehovet. Frittstående systemer benyttes gjerne som en midlertidig strømkilde for å skape utvikling på landsbygda i utviklingsland, hvor eneste alternativ ofte er diesel-aggregater som er svært dyre i drift. Frittstående solcelle-systemer kan også levere kraft til for eksempel telekommunikasjon, vannpumping og navigasjonslys. Slike enkle solcelle-systemer kan være ideelle når man trenger pålitelig, men begrenset strømforsyning og det ikke er mulig å etablere en nettforbindelse og det er kostbart å bringe frem drivstoff til aggregater.

Bygningsintegrerte solcelle-systemer (BIPV) - I de senere år har det kommet en rekke produkter for bygningsintegrering av solceller. Panelene er da utformet slik at de kan passes direkte inn i et takbelegg eller i en fasade. Se mer om dette under i kapittel 2.1.6 nedenfor.

Nedenfor presenteres noen ulike solcelleanlegg i Norge og utland. 

 

ASKO's takmonterte, nettilknyttede solcelleanlegg på Vestby (370 kWp) ble bygget i 2014 og er Norges største per dags dato (desember 2014). Foto: Multiconsult

 

Takmontert, sentralisert nettilknyttet solcelleanlegg (70 kWp) ved Høyskolen på Evenstad (bygget i 2013). Foto: Multiconsult

 

Bakkemontert, sentralisert nettilknyttet solkraftverk. "Sulkov" i Tsjekkia er bygget av Scatec Solar på et tidligere søppeldeponi. Installert effekt er på 10 MWp Foto: Scatec Solar


Frittstående system til  strømforsyning i avsidesliggende strøk (ca 2 kWp). Foto: Jonas Sandgren


Bakkemontert sentralisert nettilknyttet system i Tyskland. Foto: ConergyAG


2.1.6 Bygningsintegrerte solcellesystemer (BIPV)

Markedet for både BIPV-systemer vokser i Norge, men det er fortsatt lite. Motivasjonen i det norske markedet er dessuten noe annerledes enn i de andre europeiske landene. I andre land er solkraft enten kommersielt konkurransedyktig eller støttet av staten. Slik er det ikke i Norge. Derimot er de fleste kjøperne av solcelleanlegg i Norge som regel motivert av høye miljøambisjoner og krav til energieffektivitet for sine bygg. Merkeordninger som BREEAM-NOR og NVEs merkeordning er viktige motivasjonsfaktorer for flere av kundene i solcellemarkedet. I tillegg har flere nå sett at kostnaden for BIPV-anlegg er nå på et nivå med andre «ordinære» byggematerialer, som for eksempel glass, naturstein, kobber, osv. I markedet for litt mer eksklusive byggematerialer er solceller nå konkurransedyktig på pris, målt i NOK/m2. 

Med kommende endringer i byggeforskrifter mot passivhusnivå og senere null-energi eller til og med pluss-hus, kommer behovet for lokal produksjon av elektrisitet. I praksis har det vist seg at solceller er den beste teknologien til dette formålet. Flere større solcelleanlegg er enten planlagt eller under utredning. Det første store anlegget som er under bygging er Powerhouse Kjørbo, som er på 312 kWp. Fremover vil vi se flere slike anlegg på men da i første rekke på større næringsbygg. Det er i denne sektoren det er størst fokus på energieffektivitet og det er også i denne bransjen vi finner mest bruk av «eksklusive» bygningsmaterialer. PV-systemer er foreløpig ikke lønnsomme i det norske husholdningsmarkedet, men dette kan endre seg dersom prisene fortsetter å synke. Prisnivået for solcellesystemer ligger vesentlig høyere i Norge enn i våre naboland. Prisforskjellen er størst for de minste anleggene, og noen av bransjeaktørene har antydet en forskjell på opp til 60 % i forhold til Tyskland. Prisforskjellen skyldes lavere grad av modenhet og mindre omsetningsvolumer i det norske markedet. Det norske solenergimarkedet vil i seg selv ikke representere et stort marked for leverandører av paneler, men solkraft vil ha stor betydning for å realisere energiomlegging i Norge og realisere 0-energi- og pluss hus. [Multiconsult] 

 

Bygningsintegrerte solceller i fasaden på Os Kunst - og kultursenter. Bilde: Multiconsult

2.1.7 Produksjon av silisiumbaserte solceller

Det utvikles stadig nye produksjonsprosesser for å redusere kostnadene ved produksjon av solceller. I Norge har et man også omfattende forskning på å redusere kostnadene ved produksjon av solceller. Blant annet utvikler Østfold-firmaet Dynatec en reaktor for produksjon av silisium-celler, i samarbeid med Norsk Institutt for Energiteknikk (IFE). En typisk silisiumfabrikk bruker omtrent 50 kroner på å fremstille én kilo silisium. Hvis kapasite­ten på denne fabrikken er 5000 tonn silisium i året, blir totalprisen rundt 250 millioner kroner. Dynatec mener deres metode kan redusere energiforbruket med rundt 90 prosent, noe som kan gi en slik fabrikk en årlig besparelse på 180–220 millioner kroner (TU 2013). Det er også verdt å merke seg at dagens kommersielle solceller har en virkningsgrad på opptil 20 %, mens NASAs robotbil på Mars sine solceller har en virkningsgrad på rundt 40 %. Problemet med disse solcellene er at de benytter materialer som er både miljøskadelige og svært dyre (gallium-indiumfosfid og galliumarsenid). Man regner dessuten med at alt indium i verden vil være brukt opp innen 10 år med dagens etterspørsel. På Universitetet i Oslo forskes det på å lage solceller med like høy virkningsgrad som disse, med billigere og mer miljøvennlige materialer. [forskning.no 2013]

Solceller består av foredlede materialer med nøye spesifiserte egenskaper. Kravene til råvarer, produksjonsprosesser og kvalitetskontroll er svært strenge. Råvaren til silisiumsolcellene er kvartssand fra naturlige forekomster. Råvaren renses i en metallurgisk prosess, der sanden smeltes og forurensninger fjernes ved hjelp av slaggdannende tilsatsmaterialer. Den videre foredlingen er et energiintensivt og kostnadskrevende trinn der silisiumet omdannes til en gass, typisk silisiumtriklorid (SiCl3H og/eller silan (SiH4). Dette muliggjør en effektiv rensing av silisiumet før det igjen avsettes som faststoff i spesielle reaktorer (Siemensprosessen).

For noen år siden var skrap fra produksjon av silisium til elektronikkindustrien den dominerende råvarekilden til solcelleindustrien. Nå har markedet vokst, slik at silisium produsert spesielt for solceller dominerer. Dette materialet kalles gjerne for «solar grade» silisium, ettersom kravene til dette er noe mindre strenge enn for silisium som skal brukes til produksjon av integrerte kretser.

Krystallinske silisiumceller lages av tynne skiver, ”wafers”, som sages ut av blokker av silisium. For noen år siden var disse skivene 0,3–0,4 mm tykke, men nå klarer industrien å sage wafers som ikke er mer enn 0,12–0,2 mm tykke. Dette gir bedre utnyttelse av et kostbart materiale. En alternativ prosess er direkte trekking av tynne krystallplater fra en smelte, som siden kan kappes i passende wafers. Wafers får en form som er gitt av blokkens tverrsnitt. Typiske cellestørrelser er 12,5x12,5 cm og 15,6x15,6 cm, men celler som måler 21x21 cm er også tilgjengelige. Figuren under viser verdikjeden for krystallinske silisiumsolceller.

Verdikjeden for krystallinske silisiumsolceller

Solceller basert på tynnfilmteknologier er vesentlig tynnere enn de krystallinske silisiumcellene, helt ned i noen få mikrometer aktivt materiale for de tynneste typene. Slike celler har ikke tilstrekkelig mekanisk styrke til å kunne håndteres. De bygges derfor opp ved at materialene dampes på et substrat for deretter å gjennomgå flere prosesser for å bygge opp elektriske kontakter, overflatebehandling etc. Alle produsenter av tynnfilmceller håndterer hele kjeden fra innkjøp av råvarer til ferdigstilling av moduler innenfor den samme fabrikken.

Verdikjeden for tynnfilmceller

 

2.1.8 Forskning og utvikling

Det forskes mye på solceller, både på forbedring av dagens teknologier og på nye materialer. Av de nye materialene er det noen som kan bli svært rimelige, men det gjenstår mye arbeid før de eventuelt en dag blir kommersielle. Hovedfokus bak mesteparten av forskningen på dette er på reduksjon av produksjonskostnader for solceller, samt på å øke virkningsgraden til solceller, enten gjennom bedret design av eksisterende materialteknologi eller ved bruk av nye materialer (f.eks. NASAs robotbil som benytter gallium-indiumfosfid og galliumarsenid i solcellene sine, og oppnår en virkningsgrad på 40 %, dobbelt så mye som dagens kommersielle solceller).    

Silisium er, nest etter oksygen, det hyppigst forekommende grunnstoffet i jordskorpen. Med dagens teknologi er det en komplisert og kostbar prosess å foredle naturlige forekomster til ”solar grade” silisium. Industrien arbeider derfor med å utvikle alternative, mer kostnadseffektive metoder [IEA, 2012]. Blant annet jobbes det med å redusere tykkelsen på wafere, mens man samtidig forsøker å øke levetiden på solcellemoduler fra 20 til 35 år. [IEA PV]

Man forsker også på såkalte fotoelektrokjemiske celler der man bruker den fotoelektriske effekten til direkte å drive kjemiske reaksjoner. Slike celler kan få spennende bruksområder i fremtiden.

I Norge foregår forskning på solceller ved Institutt for Energiteknikk (IFE), NTNU, UiO, SINTEF, UiA og Norut (Northern Research Institute Narvik). Mesteparten av forskningen ved disse institusjonene omhandler enten produksjon av silisium-baserte solceller (produksjonsprosess – og metode, celle-design, effektivisering) eller forskning på bruk nye materialer til solceller (nanoteknologi).

 2.2 Termisk energi fra solen (solvarme)

2.2.1 Aktive systemer

I boliger og næringsbygg kan solvarme bidra til romoppvarming og oppvarming av tappevann. Dette er de to største postene i energiforbruket i norske husholdninger. Større bygninger kan også kjøles ved hjelp av solenergi.

Solfangeren

En solfanger samler solinnstråling og konverterer energien til varme. I sin enkleste form kan den være en overflate som eksponeres for solen. Lyset som absorberes av platen omdannes til varme. Platen har kanaler der det sirkulerer en væske (ofte vann) eller luft som ledes dit man trenger varmen.

Det finnes flere ulike typer solfangere, bl. a. plane solfangere, vakuumrørsolfangere, parabolsolfangere, luftsolfangere og trauformede solfangere. Den mest vanlige brukt i bygninger har til nå vært den plane solfangeren, men etterhvert har også vakuumrørsolfangere fått en større andel av markedet. I sin enkleste form kan solfangeren være en overflate som eksponeres for solen. Lyset som absorberes av overflaten omdannes til varme som overføres til et varmeførende medium, f. eks vann eller luft.

Figuren under viser en generell prinsippskisse av en plan solfanger.

 

 

Prinsippskisse av de termiske forholdene i en solfanger. Illustrasjon: Kim Brantenberg 

En del av solinnstrålingen reflekteres og absorberes i glasset. Dette såkalte transmisjonstapet er avhengig av solstrålenes innfallsvinkel, samt dekklagets og absorbatorens strålingstekniske egenskaper. Den resterende delen av innstrålingen går gjennom dekklaget, og varmer opp absorbatoren. Varmetapet fra absorbatoren er avhengig av temperaturforskjellen mellom absorbator og ute luft, høyere temperaturforskjell gir økt varmetap.

For at en solfanger skal gi et godt utbytte, må den oppfylle tre krav:

  • Solfangeren – absorbatoren – bør være svart for å absorbere mest mulig stråling og reflektere så lite som mulig. En ulempe med en vanlig svart flate er at den også sender ut mye infrarød stråling, og dermed taper energi. Det kan motvirkes med et selektivt belegg på absorbatoren som absorberer solstrålene godt, men som reduserer utstrålingen.
  • Varmen i absorbatoren må overføres effektivt til varmemediet.
  • Solfangeren må ikke ha for store varmetap.

En solfanger samler inn solenergi mer eller mindre effektivt, avhengig av konstruksjon og materialvalg. En effektiv solfanger med lave tap kan levere varme av høy temperatur, men er relativt kostbar. Man velger derfor solfanger med utgangspunkt i de behov som anlegget skal dekke og de praktiske forholdene rundt installasjonen. Dersom man kun trenger beskjedne temperaturer kan man klare seg med en rimelig konstruksjon. Har man dårlig plass for solfangeren, kan man imidlertid bli nødt til å velge en mer effektiv solfanger enn hva som var nødvendig for å levere den ønskede temperaturen.

Det finnes en rekke typer solfangere som er tilpasset ulike krav til ytelse:

Den plane solfangeren er den vanligste typen solfanger i Europa. Den består av en flat plate (absorbator) der vann renner gjennom kanaler. Vanligvis er solfangeren utstyrt med ett eller flere dekkglass for å minske varme tapet ut gjennom fronten. Absorbatoren kan bestå av plast, aluminium eller kobbe. Jo mer man ønsker å redusere tapene fra en plan solfanger, desto mer avanserte og kostbare materialer og teknologier må benyttes.

 
Konvensjonell flat solfanger integrert i fasade. Kilde: www.iea-shc.org, Aventa AS

I vakuumrørsolfangeren er absorbatoren plassert i sylindriske glassrør med vakuum. Dette gir en solfanger med veldig lavt varmetap. Vakuumrørsolfangeren koster mer å produsere enn en plan solfanger. I Kina, som utgjør verdens største solfangermarked, er vakuumrørsolfangere dominerende.


Vakuumrørsolfanger [Kilde: ESTIF] og snitt gjennom en valuumrørsolfanger [Kilde:Sintef, prosjektrapport 22, 2008]

Væske eller luft som varmemedium?
Vann er det vanligste varmemediet i solfangere. Vann er billig og gir god varmetransport gjennom små rør. Ulempen med vann er at det kan fryse, og at vannlekkasjer kan skade bygningen. Derfor må enten solfangerne frostsikres ved å bruke en glykolblandning i solfangerkretsen, eller ved å sørge for at solfangeren kan dreneres når det er risiko for frost. Selve solfangeren befinner seg oftest på utsiden av bygningen, slik at risikoen for skader ved lekkasjer er små. Luft som varmemedium har den fordelen at den ikke fryser, og små lekkasjer medfører heller ingen bygningsskader.

Luft som varmemedium gir imidlertid mye dårligere varmeovergang fra absorbator enn vann. Luft har også langt dårligere varmekapasitet enn vann og det kreves derfor også store luftkanaler for å overføre varmen.

Solvarmesystemet

Hovedkomponentene i et typisk solvarmeanlegg er solfanger, varmelager, distribusjonssystem og styringssystem. I tillegg trengs rør, ventiler, pumper og ekspansjonskar.


Prinsippskisse for solenergianlegg. Illustrasjon: Kim Brantenberg

Varmelageret i bygninger er som oftest varmtvannstanker med varmevekslere for tilkobling til solfangersystemet. Kaldt vann til solfangeren tas fra bunnen av tanken og det varme vannet slippes inn på toppen. Dette for å oppnå temperatursjiktning og bedre ytelse for solvarmesystemet. Kjennetegnet for et slikt lager er at lagret ikke er større enn at det lagrer energi fra en dag til en annen. Dermed er lageret avhengig av tilnærmet konstant tilførsel av energi. Dersom man gjør energilageret så stort at det kan lagre energi fra sommer til vinter er det mulig å varme et hus med solenergi alene. Slike lager blir tatt mer og mer i bruk. Eksempler på langtidslagre er store nedgravde vanntanker og borehullslager i fjell. Andre mindre brukte langtidslagre er tanker med stein, grunnvann/akvifer, fjellhaller og kjemiske lagre. Sistnevnte foregår det per i dag mye forskning rundt.

En annen interessant mulighet med solfangere er at de kan integreres i fjernvarmeanlegg (figur). På denne måten kan man redusere oljefyring eller flisfyring i fjernvarmesentralen når solinnstrålingen er høy. Ettersom man kan lagre varmtvann, er det også mulig å ha fjernvarmesentraler som er utelukkende basert på solfangere. I Danmark finnes mange slike anlegg og veksten er stor grunnet god økonomi i dette konseptet. 40 store solvarmeanlegg leverer varme til danske fjernvarmeforbrukere i 2013. De store solvarmeanleggene produserer nå mer fjernvarme enn hva 7 500 alminnelige danske hus bruker hvert år. Det siste året er det satt 11 anlegg i drift, og det samlede solfangerarealet er gått fra cirka 230 000 m² til 312 000 m². I løpet av 2014 vokser dette ytterligere til over 580 000 m², noe som vil si en vekst på mer enn 85 prosent [Dansk Fjernvarme 2013].

Solfangere integrert i fjernvarmeanlegg (KIlde: Dansk Fjernvarme) 

Økonomi

Et solvarmeanlegg er kapitalintensivt, men har små driftskostnader. Dette innebærer at kjøperen i praksis forskuddsbetaler den energi som solvarmeanlegget skal levere gjennom anleggets levetid. Energikostnaden (kr/kWh) avhenger av hvor i verden systemet skal brukes ettersom energiforbruk, solinnstråling og kostnadsstruktur er ulike.

En økonomisk riktig dimensjonering av et solenergisystem avhenger av faktorer som:

  • Energipris
  • Geografisk plassering av bygningen
  • Kapitalkostnadene for solenergisystemet
  • Prosjektspesifikke forhold, for eksempel hvor godt solenergisystemet kan integreres i bygningen

I Norge vil det ofte være riktig å dimensjonere et tappevannsystem slik at det dekker 40 til 60 prosent av energibehovet. Tilsvarende tall for kombinerte systemer, som dekker både tappevann og varme, er 35 til 50 %. Jo bedre sammenfallet mellom energibehov og tilgangen på solenergi er, dess bedre økonomi får ofte solenergianvendelsen.

Prisen på fossile brensler og elektrisitet er ikke alene avgjørende for solenergiens fremtid. Solfangere konkurrerer også med andre fornybare løsninger, som bioenergi og varmepumper.

Pris på solfangere har blitt drastisk redusert de siste årene, utviklingen i produksjonskostnad og volum for solfangere fra 1995 til 2010 er vist på figuren nedenfor [Strategic Research and Innovation Agenda for Renewable Heating & Cooling, EU RHC-platform 2013]. 

 

Omregning fra solfangerareal til merkeeffekt: 0.7 kWth per m2 solfangerareal.

Det finnes ingen offisiell prisstatistikk for solvarmesystemer I Norge. Det henvises ofte til en del eldre publikasjoner som sett i lys av den internasjonale prisutviklingen innebærer svært stor usikkerhet. Den store variasjonen av teknologier, systemløsninger og anleggstyper gir tilsvarende svært ulike priser som vanskelig lar seg generalisere.  Dermed er det først når man har innhentet et konkret pristilbud fra en leverandør for et konkret anlegg at man vet hva som er gjeldende markedspris for en type anlegg.  Når det er sagt, vil prisen på en komplett solvarmeinstallasjon i dagens marked som oftest ligge et sted mellom 2000 og 6000 kr/m2 solfangerareal. Dersom man allerede har en varmtvannstank som er forberedt for å koples til solvarme, vil solvarmeinstallasjonen bli vesentlig billigre, mens hvis installasjon av solvarme krever lange og vanskelig rørføring vil det bli mer kostbart. 

Det er ulike måter å beregne energikostnader, men normalt inngår kapital-  drifts- og vedlikeholdskostnader beregnet med en forutsatt kalkulasjonsrente over en valgt økonomisk levetid i slike beregninger. I henhold til IEA-rapporten ”Renewables for Heating and Cooling” (2012) var gjennomsnittkostnaden for energi fra solvarmeanlegg på 60 øre/kWh. Til sammenligning ble den beregnet til, under de samme antagelsene, 150 øre per kWh i 2009 [IEA]. Dette er beregnet for et "typisk" anlegg på enebolig. Faktisk energikostnad avhenger sterkt av type solfanger, konsept og bruksområde. 

For å redusere kostnadene kan man integrere solfangeren i tak eller vegger. Dette sparer kostnader for alternative taktekkings- eller veggmaterialer, og gjør det dessuten lettere å oppnå estetisk tiltalende installasjoner som kan appellere til markedet.

Forskning og utvikling

Det har skjedd betydelig utvikling innen materialer for absorbatorer de senere år (d.d. 2015). Ved å benytte et polymermateriale i stedet for kobber eller aluminium i absorbatorveggene, har man oppnådd solfangere med kraftig redusert vekt (ca en tredjedel). I tillegg gir polymermaterialet mulighet for bruk av vann som medium fremfor glykol (vann fester seg og korroderer i en kobber/aluminiumsabsorbator). Bruk av vann er billigere og gjør at man slipper arbeidet med å skifte glykol ca. hvert andre år, som er nødvendig for å hindre at glykolen blir seig. I lys av dette er det også mer driftsikkert å benytte vann som varmemedium. Noen norske leverandører som har spesialisert seg på selvdreneringsanlegg med atmosfærisk trykk i akkumulatortanken;  ASV Solar benytter en egenutviklet aluminium/tresolfanger, mens Aventa Solar utvikler polymersolfangere. Sistnevnte leverandør har i tillegg utviklet en solfanger med samme format og byggemetode som vanlige vinduer i samarbeid med vinduprodusenten Nordan. 

Aktiv solenergi i boliger er en teknisk moden teknologi. Utviklingsarbeidet har i stor grad skiftet fokus fra maksimering av varmeproduksjon til integrerte løsninger som rommer utnyttelse av dagslys, solvarme og kjøling. [IEA SHC]

For å kunne dekke en større andel av oppvarming av bygninger med solvarme må det utvikles sesongvarmelagre som lagrer varme fra sommer til vinter. Sverige, Danmark og Nederland har bygget flere store anlegg med sesongvarmelagre. Det forskes dessuten på utvikling av avanserte lagringssystemer som blant annet benytter kjemiske prosesser. Mer effektive og rimelige sesongvarmelagre ville bedre økonomien og øke bruksområdet for solvarme.

Solvarme til bruk i industrielle prosesser er fremdeles på utviklingsstadiet. I dag finnes det få solfangeranlegg for prosessvarme på verdensbasis, og de fleste av disse er småskala pilotanlegg. På kort sikt vil anleggene kunne produsere temperaturer mellom 20 °C til 100 °C, men nye teknologier vil kunne muliggjøre temperaturer på opp til 250 °C.

Nye tekniske løsninger vil også kreves for å kunne utnytte solvarme til fulle i storskala-anlegg, som for eksempel i fjernvarmeproduksjon. Utfordringene omfatter isolasjonsmaterialer for langstidsvarmelager, store solfangerenheter, styringssystemer og strategier for optimalisering av energiproduksjon.

Solfanger på veggen - Norsk utvikling av bygningsintegrert solfanger

Solfangere er en gjennomprøvet teknologi for oppvarming av varmtvann. Tradisjonelle solfangere slik vi kjenner dem fra solfylte tak langs middelhavet har allikevel ikke slått gjennom i Norge. Snø og tung nedbør reduserer effekten på slik anlegg, men det finnes måter å få effektiv oppvarming med solfangere selv i Norge. I et samarbeid mellom NorDan og solfangerprodusenter Aventa har det blitt utviklet en prototype hvor solfangeren er integrert i vindusrammen. Med andre ord monteres solfangeren vertikalt, og snø er ikke lenger noe problem. Gevinsten er en elegant designet vindusløsning som også er svært miljøvennlig.

Målinger viser at mellom 40-70 % av den innstrålte energien til den veggintegrerte solfangeren benyttes, noe som i stor grad kompenserer for varmetapet vinduer gjerne representerer. Et lukket system uten kjemikalier sørger for at solfangeranlegget er tilnærmet vedlikeholdsfritt – akkurat som resten av vinduene.

Se en demonstrasjonsvideo av det norske konseptet ved å klikke på dette bildet:

 

I Bjørnveien 119 i Oslo er det bygget åtte boliger med plane solfangere integrert i fasaden. Solfangerne har et areal på 95 m2 og dekker 20-25 % av varmebehovet til oppvarming av varmtvann og romoppvarming. Det resterende behovet dekkes av en gasskjel. Den årlige ytelse for solfangerne er forventet å ligge på ca. 250 kWh/m2 og estimert kostnad for solenergien er ca 0,60 NOK/kWh.

 

Solfangere integrert i fasade i Bjørnveien 119 i Oslo, [Kilde: Dahle/Dahle/Breitenstein AS, Aventa AS] 

2.2.2 Solvarme til bygg og industri

Potensialet for utnyttelse av solvarme vil variere avhengig av type solvarmeanlegg. Solvarmeanlegg kan brukes i både i små og store prosjekter der det er behov for varme. Det kan være tappevannanlegg for enkelt-familier, kombinerte anlegg for eneboliger, fellesanlegg for flere boliger (nærvarme), store bygninger som boligblokker, yrkesbygg, idretts- og badeanlegg, skoler, institusjoner og levering til fjernvarmeanlegg. Det er åpenbart at bygg med betydelig behov for varme og/eller tappevann også i sommerhalvåret som vil få mest nytte av et solvarmeanlegg. Solvarme kan med fordel kombineres med andre teknologier som for eksempel energibrønn-varmepumpe eller biokjel/Peisovn med vannkappe, og slik kan hovedandelen av varmebehovet over året dekkes av fornybar energi med minimalt forbruk av elektrisitet.  Denne typen ‘hybride’ kombinasjonsløsninger vil nødvendigvis koste mer, men vil også kunne  dekke mer av varmebehovet enn enklere og rimeligere systemer.
 
Solfangere kan grovt deles inn etter type solfanger. De rimeligste flat-plate solfangerne er konstruert for å levere lav temperatur, og benyttes vanligvis i åpen selvdrenerende systemløsning som leverer varmen direkte inn i et relativt stort og ikke trykksatt varmelager.  De viktigste leverandørene av slike produkter og systemer er Aventa Solar, ASV Solar og Catch Solar. De mest kostbare flat-plate solfangerne og vakuumrørsolfangere er konstruert for å levere høyere temperaturer, og benytter vanligvis trykksatt solvarmekrets med antifrostvæske og ekspansjonstank. Varmen leveres via varmeveksler til et trykksatt varmelager. Begge systemløsningene fungerer sammen med andre varmekilder og leverer varme både til rom-/ventilasjonsvarme og tappevannsforvarming. Det finnes svært mange produsenter i hele verden av produkter for denne typen solvarmeløsninger. Norske leverandører som Brødrene Dahl, Schüco, Huhnseal, SGP Varme med flere markedsfører flat-plate solfangere produsert i Europa, mens vakuumrør solfangere importeres i all hovedsak fra Kina.  
Potensialet for utnyttelse av solvarme vil variere avhengig av type solvarmeanlegg. Solvarmeanlegg kan brukes i både i små og store prosjekter der det er behov for varme. Det kan være tappevannanlegg for enkelt-familier, kombinerte anlegg for eneboliger, fellesanlegg for flere boliger (nærvarme), store bygninger som boligblokker, yrkesbygg, idretts- og badeanlegg, skoler, institusjoner og levering til fjernvarmeanlegg.

Se en interessant video om produksjon av norske solfangere ved å klikke på dette bildet:


I Løvåshagen utenfor Bergen er det bygget et flerbolighus med passivhusstandard hvor hver leilighet har et eget solvarmesystem som varmer opp tappevann, badegulv og radiatorvann. Det er benyttet vakuumrørsolfanger. Hver leilighet har 6 m2 solfangere på taket som er koblet til en 200 liters varmtvannstank på badet. Solvarmeanlegget skal dekke ca. 50 % av varmtvannsbehovet og ca. 15-20 % av behovet til romoppvarming. Når solfangerne ikke kan levere tilstrekkelig energi, dekkes resterende varmebehov av elektrisitet.

Solfangere på taket av Løvåshagen flerbolighus utenfor Bergen (Kilde: Multiconsult)

Industrielle prosesser i næringsmiddel- og tekstilindustrien trenger ofte temperaturer i området 50–150 °C. De vanligste bruksområdene er tørking, vask, farging av stoffer og varmebehandling av næringsmidler. Ofte skjer disse prosessene ved temperaturer lavere enn 100 °C, noe som er oppnåelig for en god solfanger. Dersom man trenger høyere temperatur enn en solfanger kan levere til en forsvarlig kostnad, kan man bruke solenergi til å forvarme vannet.

I industrien er det som regel nødvendig med et reservesystem, slik at man kan garantere produksjonen uavhengig av vær. Industriprosesser har ofte små sesongvariasjoner. Industrielle solvarmesystemer består av en effektiv solfanger, lagertank, reservevarmekilde og distribusjonssystem for varmen.

For temperaturer under 100 °C benyttes i hovedsak samme typer solfangere som for tappevann- og boligoppvarming. Dersom man har behov for høyere temperaturer må sollyset konsentreres og olje brukes som varmemedium.  Norges første storskala solvarmeanlegg for fjernvarmeproduksjon ble bygget ved Energiparken til Akershus Energi Varme i 2011. Solvarmeanlegget har nærmere 13000 m2 solfangerareal montert vinklet mot solen på bakkemonterte stativer.

 

Foto: Akershus Energi 

Væsken som sirkulerer gjennom solfangerne er drevet av pumper som regulerer gjennomstrømmingen avhengig av solinnstråling. Vi ønsker en så jevn og høy temperatur som mulig. Dette oppnås ved å regulerer hastigheten på væsken i de ulike rekkene. Når væsken varmes opp, overføres varmen til fjernvarmeanlegget. Derfra går den enten ut til kundene eller lagres i akkumulatortanken. Denne består av en isolert ståltank på 1200 m3 Varmetapet er 10-15 W/m2, noe som for denne tanken med 615 m2 overflate utgjør ca 55-80 MWh/år avhengig av temperaturforholdene i og utenfor tanken.


Foto: Øystein Holm

Før varmen når ut til kundene har væsken passert flere varmevekslere. Varmeveksleren overfører varmen fra en krets væske til en annen. Det betyr at det væsken i solfangerne kun sirkulerer i solfangeranlegget. Temperaturen i solfangerne kan komme helt opp i 120 grader, men arbeidstemperaturen styres til å ligge på 75-95 grader, såframt sola skinner. Mer informasjon om anlegget finner du her.

Figur: Kim Brantenberg.

Kostnadene knyttet til varmelagring varierer med blant annet med type tank, isoleringsgrad, temperatur- og driftsforhold. Sylindrisk ståltank av typen som finnes i Energiparken ligger på ca 2000 kr/m3. Kostnadseffektiv sesonglagring av lavtemperatur varme utforskes og testes ut i forbindelse med fjernvarmeanlegg med store solfangeranlegg.  I Marstal på øya Ærø i Danmark finnes verdens største anlegg av denne typen. Her produseres fjernvarme i verdens største solvarmeanlegg og et isolert damlager med volum 10 000 m3. Anlegget ble bygget og testet under EU-prosjektet Sunstore-2. Akkumuleringskapasiteten er nylig blitt utvidet med 75 000 m3 og anlegget er i tillegg utvidet med varmepumpe (HP) og varmekraftmaskin (ORC) som del av EU-prosjektet Sunstore 4. Man har nesten klart EU-prosjektets overordnet målsetting om å realisere storskala varmelager til under 250 kr/m3.   

Mer informasjon om dette prosjektet finnes her. 

 

Bygging av damlager for solenergi. Foto: Leo Holm

En spesiell type solfanger for industrielle applikasjoner, som kun egner seg der solen står høyt på himmelen, er såkalte soldammer. Dette er grunne dammer som er fylt med sterkt saltholdig vann, saltest på bunnen. Saltinnholdet motvirker at vannet kommer i bevegelse på grunn av oppvarmingen. Dermed kan man få vannet i dammen varmest i bunnen, og vannlagene over virker som isolasjon. Varmen hentes ut ved hjelp av en varmeveksler på bunnen. Selv om soldammer kan lages av rimelige materialer og kan oppnå temperaturer opp mot 90 °C, har slike solfangere så langt hatt liten praktisk betydning.

 

2.2.3 Passive systemer

I mange yrkesbygg utgjør belysning en betydelig del av strømforbruket. Samtidig medfører kunstig lys ofte et kjølebehov i næringsbygg. Dagslys gir mer lys per avgitt varmeenhet enn elektrisk lys, og ved å styre kunstig belysning etter tilgangen på dagslys kan en oppnå en betydelig energisparing, ofte også en effektreduksjon.

Passiv solvarme

Solenergi kan brukes direkte til romoppvarming. De kortbølgede solstrålene slipper gjennom glass og andre transparente materialer og absorberes i golv, vegger, tak og møbler, som i neste omgang avgir langbølget varmestråling.

Ettersom glasset ikke er transparent for langbølget varmestråling, slipper ikke varmen ut igjen. Disse prosessene skjer i praktisk talt alle bygninger, uansett om de er designet for det eller ikke, og i en gjennomsnittlig norsk bolig dekker passiv solvarme ca. 10 prosent av det årlige oppvarmingsbehovet i fyringssesongen [Wienold et al, 2003]. I virkeligheten er bidraget høyere, siden passiv solvarme bidrar til å redusere lengden på fyringssesongen.

Vi kan øke bidraget fra passiv solvarme gjennom bevisst design og bruk av energieffektive materialer og konstruksjonsløsninger. Passive solvarmesystemer deles vanligvis inn i tre hovedgrupper:

  • Direkte systemer, hvor solstrålingen slipper inn i rommet gjennom lysåpninger.
  • Indirekte systemer, hvor solstrålingen varmer opp en ”solvegg”. Denne består av et materiale som lagrer varmen godt, og oppholdsrommene varmes opp av den varme solveggen.
  • Isolerte systemer, hvor solenergien fanges opp i et rom som er adskilt fra oppholdssonen, ofte kalt solrom eller glassgård.

 
Prinsippskisse for de viktigste passive solvarmekonseptene. Illustrasjon: Kim Brantenberg

Riktig orienterte og utformede lysåpninger er fundamentet for direkte systemer for passiv solvarme. Sydvendte, og til dels også øst- og vestvendte vinduer, tilfører bygningen varme på dagtid. Dersom man tillater innetemperaturen å svinge noe over døgnet og bruker tunge bygningskonstruksjoner som kan lagre varme, vil man få et bidrag fra solen til romoppvarming også når det ikke er sol.

Indirekte systemer har bygningselementer som er utformet som solfangere. Massive vegger med mørk overflate og transparent dekklag fanger opp og lagrer solvarmen. Dersom veggen er riktig dimensjonert vil varmebølgen nå rommet bakenfor med en tidsforsinkelse, slik at rommet tilføres varme når behovet for dette er størst.

Isolerte systemer er glassrom eller overdekkede glassgårder som fungerer som solfangere. Solvarme tilføres bygningene som ligger inntil eller rundt glassgården. En forutsetning for å spare oppvarmingskostnader er at man ikke holder glassgården oppvarmet til vanlig innetemperatur. I den kalde årstiden fungerer en sol-oppvarmet glassgård som en buffer mot uteklimaet og reduserer varmetapet fra tilhørende bygninger. Doble glassfasader utgjør et spesialtilfelle av glasstilbygg.

Komponenter for passiv solvarme tjener som regel to formål samtidig, det bygningstekniske og det å samle inn eller lagre solenergi. Merkostnaden for å utnytte solvarme blir derfor lav eller ingen, og man kan dessuten redusere behovet for tekniske installasjoner for oppvarming.

Lysåpninger slipper inn solstråling, men har også et varmetap ut. For å øke nettobidraget kan man benytte vinduer med ekstremt lav U-verdi. Spesielle belegg som slipper inn synlig lys, men blokkerer for varmestråling, er nå vanlige i kommersielt tilgjengelige vinduer.

Det finnes også mer avanserte løsninger. Et område av stor interesse er vinduer med regulerbare belegg. Disse kan styre hvor mye stråling som slipper inn eller ut gjennom et vindu. Det finnes flere typer belegg som kan reguleres elektrisk, mens andre typer reagerer på temperatur eller innstråling direkte.

Utnyttelse av dagslys

I mange yrkesbygg utgjør belysning en betydelig del av strømforbruket. Samtidig medfører kunstig lys ofte et kjølebehov i næringsbygg. Dagslys gir mer lys per avgitt varmeenhet enn elektrisk lys, og ved å styre kunstig belysning etter tilgangen på dagslys kan en oppnå en betydelig energisparing, ofte også en effektreduksjon.

Riktig orienterte vinduer, god romutforming og automatisk lyskontroll kan redusere behovet for elektrisk belysning opp mot 75 prosent, samtidig som installasjoner for kjøling ofte kan reduseres.

Vanlige vinduer gir tilfredsstillende allmennbelysning inntil 4 meter fra ytterveggene. Vinduer høyt på veggen er dessuten mer effektive for utnyttelse av dagslys enn vinduer som er lavere plassert. Gjennom å sørge for at dagslyset når lenger inn i lokalet, kan man redusere behovet for elektrisk lys på dagtid.

Den enkleste metoden for å få mer lys inn, er å øke arealet på de transparente flatene. Både gode vinduer og transparente isolasjonsmaterialer (TIM) har imidlertid høyere U-verdi (høyere varmetap) enn en godt isolert vegg. Økt transparent areal med økt tilskudd av varme og dagslys må derfor optimaliseres i forhold til det økte varmetapet på mørke og kalde tidspunkt. Det finnes en rekke konsepter for TIM som slipper gjennom lys uten å medføre for høye varmetap. TIM kan være gjennomsiktige eller bare gjennomskinnelige.

Aerogel er det transparente isolasjonsmaterialet som har best isolasjonsevne. Det finnes to typer: monolittisk aerogel, som det er mulig å se gjennom, og granulert aerogel, som slipper gjennom lys uten at man kan se hva som er på andre siden. Et vindu med 20 mm evakuert monolittisk aerogel mellom glassene kan ha en U-verdi lavere enn 0,4 W/m2.

Bedre utnyttelse av dagslys kan også oppnås ved hjelp av konsepter som bringer lys langt inn i lokalene. Takvinduer kan utstyres med anordninger som skjermer for solen, men slipper inn diffus stråling. Vinduer kan også kombineres med anordninger som reflekterer innfallende sollys opp i taket, og lysledende kanaler eller sjakter kan bringe dagslys langt inn i dype bygninger [Andresen et al, 2005].

Design – og byggefasen

Selv om man kan identifisere komponenter som bidrar til passiv solenergi, er dette i liten grad et produkt som kan skilles fra selve bygningen.

Dersom man installerer for eksempel et avansert vindu, men bygningen ikke er designet for å utnytte passiv solvarme, kan resultatet bli skuffende. Passiv solenergi er dermed et bygningskonsept som må planlegges allerede når bygningen er på skissestadiet. En koordinert innsats fra flere faggrupper, inkludert energirådgivere, tidlig i planfasene gir muligheter for energibesparelse og godt inneklima med relativt liten innsats. En slik planleggingsprosess kalles integrert energidesign, IED. IED karakteriseres ved at flere fagfelt involveres tidligere i planprosessen, samt at det fokuseres på livssykluskostnader. Slik kan man synliggjøre de samlede driftskostnader, fremfor kun å fokusere på investeringskostnadene.

Selve byggeprosessen må utføres på en måte som ikke ødelegger for intensjonen om å oppnå lave varmetap til omgivelsene. Dette stiller krav til håndverkernes kunnskaper og nøyaktighet. 

2.2.4 Landbruk og industri

I landbruket er tørking en viktig prosess i verdikjeden ettersom produktets (for eksempel korn) tørrstoffinnhold er avgjørende for at varen skal være lagringsdyktig. Solenergi egner seg godt, ettersom det ofte er god tilgang på solenergi når det er behov for å tørke avlingen.

Luft kan benyttes som varmemedium, temperaturbehovet er beskjedent og systemene kan bygges relativt enkle. Allerede fem graders temperaturøkning gjør at luftens evne til å ta opp fuktighet øker merkbart. Det viktigste argumentet for å bygge slike anlegg er høyere og sikrere produktkvalitet.

I Norge er høy- og korntørkere for utnytelse av solenergi som regel integrert som en del av bygningen. Solfangeren består av et dobbelt tak der uteluft trekkes inn mellom et yttertak av metallplater eller takstein og et undertak. Ved mønet samler en kanal opp luften, som transporteres ned i bygningen, der den distribueres i tørken gjennom en rist i gulvet. Systemet benytter kraftige vifter for å transportere luften. Solfangeren kan eventuelt også integreres i en vegg. I så fall kan den bestå av en perforert plate, noe som gir en enklere og rimeligere konstruksjon enn et dobbelttak. Perforerte plater kan også være en god løsning i klimaer med utpregede regn- og tørketider.

 
Prinsippskisse for tørkeanlegg i landbruket med solvarme (illustrasjon: Kim Brantenberg)

Også i utviklingsland kan soltørking bidra til økt verdiskapning. Tradisjonelt tørkes grøden oftest på marken, noe som kan føre til betydelige tap på grunn av skadedyr. Med enkle, små tørker kan verdifulle produkter som krydder og frukt tørkes mer kontrollert. Større tørker for volumprodukter som for eksempel kaffe er også bygget.

Industrielle prosesser i næringsmiddel- og tekstilindustrien trenger ofte temperaturer i området 50–150 °C. De vanligste bruksområdene er tørking, vask, farging av stoffer og varmebehandling av næringsmidler. Ofte skjer disse prosessene ved temperaturer lavere enn 100 °C, noe som er oppnåelig for en god solfanger. Dersom man trenger høyere temperatur enn en solfanger kan levere til en forsvarlig kostnad, kan man bruke solenergi til å forvarme vannet.

I industrien er det som regel nødvendig med et reservesystem, slik at man kan garantere produksjonen uavhengig av vær. Industriprosesser har ofte små sesongvariasjoner. Industrielle solvarmesystemer består av en effektiv solfanger, lagertank, reservevarmekilde og distribusjonssystem for varmen.

For temperaturer under 100 °C benyttes i hovedsak samme typer solfangere som for tappevann- og boligoppvarming. Dersom man har behov for høyere temperaturer må sollyset konsentreres og olje brukes som varmemedium.

En spesiell type solfanger for industrielle applikasjoner, som kun egner seg der solen står høyt på himmelen, er såkalte soldammer. Dette er grunne dammer som er fylt med sterkt saltholdig vann, saltest på bunnen. Saltinnholdet motvirker at vannet kommer i bevegelse på grunn av oppvarmingen. Dermed kan man få vannet i dammen varmest i bunnen, og vannlagene over virker som isolasjon. Varmen hentes ut ved hjelp av en varmeveksler på bunnen. Selv om soldammer kan lages av rimelige materialer og kan oppnå temperaturer opp mot 90 °C, har slike solfangere så langt hatt liten praktisk betydning.

 

2.2.5 Termiske solkraftverk: Elektrisitet fra solvarme

Konsepter

Mesteparten av verdens elektrisitet produseres av dampturbiner i termiske kraftverk drevet av energi fra kull eller kjernebrensel. Solenergi kan også brukes for å drive slike dampturbiner eller andre varmekraftmaskiner

 

Høye temperaturdifferanser er nødvendige, noe som avhengig av tilgang på kjølemulighet for kald side gjør det nødvendig å oppnå temperaturer over 350 °C på varm side, og derfor må sollyset konsentreres for å kunne være en aktuell energiressurs for termisk kraftproduksjon

Effekten i sollyset er ca 1000 Watt/m2 på klare dager.  Utenfor atmosfæren er maksimalpotensialet i sollyset 1367 Watt/m2 vinkelrett på strålingsretningen, noe som kalles Solkonstanten. Denne strålingen kan samles på mindre areal (konsentrering) ved bruk av speil eller linser som reflekterer eller bøyer av lyset. På denne måten får man langt høyere strålingsenergi per arealenhet, noe som f.eks gjør at man kan antenne materialer ved hjelp av forstørrelsesglass (linse). 

Termiske solkraftverk er aktuelle i områder med høy innstråling av direkte sollys og mye klarvær, som i områdene rundt ekvator. Grunnen til dette er at systemer som konsentrerer lyset mer enn ca. ti ganger bare konsentrerer direkte sollys. Optiske systemer som konsentrerer lyset må hele tiden være rettet mot solen. De må derfor være utstyrt med en innretning, en ”tracker”, som sørger for at de kontinuerlig følger solens bevegelse over himmelen.


 

I dag benyttes tre teknologier for å samle solenergi til termiske solkraftverk. Alle disse forutsetter at speil styres aktivt for å konsentrere mest mulig solinnstråling på solfangerens varmevekslerflate.

I parabolske trau er en smal, rørformet solfanger montert i fokus til et speil formet som et trau uten ender. Systemet gir en konsentrasjon av sollyset opp til 100 ganger, og man kan oppnå temperaturer opp til 550 °C. Flere slike trau monteres i parallelle rader til et solfangerfelt, og olje sirkuleres gjennom solfangeren. Den varme oljen ledes inn til en kjel der varmen brukes til dampproduksjon. Parabolske trau kan per i dag oppnå en maksimal virkningsgrad på opp til 22 % og årsvirkningsgrad på 15 – 16 %.


Solkraftverk med solfangere av typen parabolske trau. Foto: Corbis

I et soltårn er solfangeren en forholdsvis liten varmeveksler montert oppe i et tårn. Et stort antall speil styres for å samle mest mulig lys på solfangeren. Det er mulig å konsentrere lyset opp til 1 500 ganger. Smeltet salt eller luft brukes som varmemedium, og varmen brukes til å lage damp i et sentralt kraftanlegg. Soltårn kan oppnå maksimal virkningsgrad på 28 % og årsvirkningsgrader på 20 %.


Soltårnanlegget Solar Two i Mojave-ørkenen i California. Foto: Sandia National Laboratories, US Department of Energy/National Renewable Energy

En parabolsk disk består av et skålformet speil som konsentrerer sollyset til ett punkt. Dette gjør det mulig å oppnå høy konsentrasjon, opp mot 1 000 ganger. Vanligvis har hver skål sin egen varmemotor (Stirlingmotor) montert i fokus for å omvandle varmen til elektrisitet. Opp mot 30 % virkningsgrad og ca. 20 % årsvirkningsgrad er blitt demonstrert for anlegg med 25–50 kW effekt per enhet. Det er bygget anlegg med opp til 5 MW samlet effekt. På grunn av høy konsentrasjon av lyset og tett integrering av de ulike komponentene, er det dette konseptet som har størst potensial når det gjelder virkningsgrad.


Parabolsk disk med Stirlingmotor

Termiske solkraftverk produserer varme så lenge solinnstrålingen er tilstrekkelig. Ved hjelp av gode varmelagerløsninger, kan kraftproduksjon også finne sted om natten. Varmelageret kan for eksempel bestå av smeltet salt eller betong. Varmelagerets komponenter medfører betydelig økte investeringskostnader for solenergisystemet.

Gemasolar i Spania ble åpnet i 2011. Anlegget kan lagre solenergi form av smeltet salt og kan produsere elektrisitet i perioder uten sol. (15 timer).

Gemsolar termisk solenergi, konseptillustrasjon. (Kilde: Gemsolar)

Parabolske trau er en vel utprøvd og tilgjengelig teknologi, mens soltårn er på vei mot kommersialisering. De første kommersielle soltårn-anleggene er etablert, det største (PS20, Abengoa Solar) ble satt i drift i 2009, utenfor Sevilla i Spania. Installert kapasitet er 20 MW. Flere anser soltårn å være den bedre løsningen på sikt, ettersom denne har mulighet for høy varmelagringskapasitet. 

 

Soltårnene PS10 og PS20 (utviklet av Abengoa Solar) utenfor Sevilla i Spania har en installert makskapasitet på henholdsvis 11 MW og 20 MW hver. 

 

Soltårnet PS20 (20 MW) utenfor Sevilla, Spania. Foto: Øystein Holm, Multiconsult  

En utfordring for termiske solkraftverk er tilgangen til vann. Et termisk solkraftverk trenger gjerne 800 millioner liter vann i året til kjøling av dampturbinen, og dette er en ressurs det ofte er mangel på i områdene som er aktuelle for denne type solkraftverk. Se mer under prosjekteksempler.

Andre bruksområder

Det er også mulig å bruke varmen direkte, for eksempel i industrielle prosesser. I 2008 gjennomførte IEA en analyse av muligheter for bruk av varme fra konsentrert sollys i industrien og konkluderte med at mange industrier, som matvare-, vin- og tekstilindustrien, har kompatible varmebehov.

Ved bruk av soltårn kan temperaturer over 1 000 °C oppnås, og da kan solvarmen brukes til å produsere hydrogen. Soltårn med produksjon av hydrogen er utprøvd i et 100-kW testanlegg (Plataforma Solar) i Almeria, Spania. Se mer under prosjekteksempler.

Andre komponenter i termiske solkraftverk

Komponenter som benyttes i termiske solkraftverk er i stor grad de samme som for konvensjonelle kraftverk og omfatter, foruten solspesifikke komponenter som speil, avanserte solfangere, bufferlager og tilhørende mekanikk, standardkomponenter som rør, varmevekslere, damputstyr, turbiner, reguleringssystemer, etc. Alle fullskala anlegg har reservebrennere for å holde kraftverket i gang når solinnstrålingen er utilstrekkelig.

Økonomi

Investeringskostnaden for et solkraftverk er relativt høy, mens driftskostnadene er lave. Men også for termiske solkraftverk synker produksjonskostnadene som følge av teknologiutvikling, læringskurver, mer effektiv drift og storskala-fordeler.

Erfaringstall fra USA viser at  produksjonskostnad ligger på rundt 15-22 US cents/kWh for elektrisitet produsert på steder med gode innstrålingsforhold per 2014 [IEA Technology Roadmap: Solar Thermal Electricity - 2014 edition] - I følge denne kilden vil prisen kunne reduseres til under 10 cents/kWh innen 2030. 

Forskning og utvikling

Flere kommersielle anlegg basert på parabolske trau og soltårn er de siste år satt i drift i Spania, og mange flere anlegg er under bygging og planlegging.

Teknologiene er i begynnelsen av kommersialiseringsfasen, og det fokuseres på å få kostnadene ned i de videre anlegg. Det forskes også på ulike teknologier for varmelager, blant annet ved bruk av betong. Dette er utprøvd i flere pilotanlegg med lovende resultater. Det norske selskapet NEST utvikler denne typen storskala varmelager.

I tillegg til de etablerte teknologiene for termiske solkraftanlegg, er en fjerde løsning, lineære fresnel reflektoranlegg (også kalt compact linear fresnel reflector (CLFR)), under uttesting. Løsningen benytter en lang rekke flate eller lett bøyde speil som reflekterer solstrålene inn mot et langt rør som er montert langs speilrekken. Vannfordampes direkte inne i røret, og varmes opp til 450 °C ved høyt trykk. Investeringskostnadene er lave ettersom flate speil er billigere å produsere enn parabolske trau, men årsvirkningsgraden ligger under 10 % ettersom man oppnår lavere temperaturer med denne teknologien. Tre mindre prototyper er i drift i Spania, USA og Australia, og kommersielle anlegg er under planlegging.

 

 2.3 Andre bruksområder for solenergi

2.3.1 Solkjøling

Kjøling benyttes i mange sammenhenger, de vanligste eksemplene er luftkondisjonering og lagring av nærings midler.

I mange tilfeller er behovet for kjøling stort når solen skinner, slik at solenergi passer godt til dette formålet. Isproduksjon med solenergi ble demonstrert allerede ved verdensutstillingen i Paris 1878 [Podesser].

Dersom man bruker ammoniakk som kjølemedium og vann som absorpsjonsmedium, kan man oppnå temperaturer under –30 °C. Man trenger da en varmekilde som holder over 70 °C.

 
Prinsippet for en periodisk absorpsjonskjøleprosess. Fase 1, kjøling av A og B, der kjølemediet (f.eks amoniakk) fordamper i A og absorberes i et egnet absorpsjonsmedium i D (f.eks vann); Fase 2, regenerering av kjølemedium i A, der man driver ut kjølemediet av absorpsjonsmediet gjennom koking og lar det kondensere i A. Illustrasjon: Kim Brantenberg

Mange typer absorpsjonskjølere er kommersielt tilgjengelige, og egnede solfangere er også å få kjøpt. Det kan imidlertid være vanskelig å finne leverandører som tilbyr ferdige systemer. De samme typene solfangere som kan benyttes til prosessvarme i industri vil være egnet.

2.3.2 Solkoking

For milliarder av mennesker er energi til matlaging den dominerende energianvendelsen. Den dekkes i dag av ved, trekull, gjødsel, og i byer også av parafin og propan. De sistnevnte er kostbare å bruke for en fattig befolkning, og i mer tett befolkede strøk er tilgangen på ved ofte utilstrekkelig.

Det er fullt mulig å bruke solenergi til matlaging. Det er utviklet en rekke solkokere, dels for husholdninger, dels for storkjøkken (for eksempel skoler). Den enkleste er bokskokeren, som finnes i en rekke utgaver, ofte laget av enkle (men ikke så holdbare) materialer.

Den består av en isolert boks med glasslokk, og ofte også en plan reflektor som dekklokk. Maten plasseres i svarte kokekar med tettsittende lokk, og disse plasseres i boksen. Det er mulig å oppnå temperaturer i området 80–130 °C, men det tar lengre tid å tilberede maten enn ved koking på et ildsted. Det finnes også en rekke typer der man konsentrerer sollyset på et svart kokekar. Disse finnes både for husholdninger og for storkjøkken. For de sistnevnte finnes sågar også solkjøkken med energilager, slik at man kan lage mat utover kvelden.


Bokskoker. Kilde: SolarCooker.Org.

På tross av mange fordeler, har det vært vanskelig å introdusere solkokere. Matlaging er et område der tradisjonene står sterkt, og matlaging med solens hjelp forutsetter ofte andre fremgangsmåter enn de tradisjonelle. Det finnes ikke noen etablert industri for solkokere. En grunn er at brukerne er en kjøpesvak gruppe som ikke er så kommersielt attraktiv. Introduksjon av teknologien skjer i stor grad gjennom frivillige organisasjoner som driver opplæring av husmødre og lokale håndverkere.


Parabolkoker. Kilde: SolarCooker.Org.

2.3.3 Andre formål

Solenergi kan brukes til en rekke andre formål. Internasjonalt forskes det på bruk av solenergi, oftest som varme med temperatur over 1 000 °C, til formål som:

  • Produksjon av hydrogen. Ved høy nok temperatur og nærvær av egnede katalysatorer kan vann spaltes i hydrogen og oksygen. Dersom prosessen kombineres med en annen prosess som absorberer oksygenet, kan man få hydrogen som produkt
  • Reformering av naturgass til karbonmonoksid og hydrogen
  • Produksjon av metaller som aluminium og sink
  • Produksjon av nano-strukturelle materialer i karbon
  • Gjenvinning av materialer fra miljøfarlig avfall
  • Nedbryting av organiske giftstoff er i vann

Disse bruksområdene er fortsatt kun på forskningsstadiet.