Solfangeren

En solfanger omdanner solinnstråling til varme.

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.