Offgrid-villan fixar solvärme i vintermörkret

Hur får man all sin värme och el från solen trots mörker och kyla? Svar: med slänten full av vätgas.

Att klara sig på enbart solenergi är ingen konst på sommaren. Det fixar man med solceller och batterier. Men under vintermånaderna är det en utmaning, säger Fredrik Jonsson, som teknikansvarig på Skellefteå Kraft.

Spana in ekohuset med spjutspetsteknik

Från 2019: ”Stor efterfrågan på förnybar vätgas”

Vi träffas vid experimentvillan Zero Sun utanför Skellefteå i slutet av januari i år. Villan kopplades loss från elnätet efter julhelgerna, och sedan dess har huset fått all sin el och värme från en vätgasdriven bränslecell. Systemet har tidigare testats under kortare perioder, men nu är villan för första gången i ödrift i några veckor, av och till.

Fredrik Jonsson greppar skyffeln. Snön yr och skyffelskaftet knäcks innan vi når fram till det ubåtsliknande förrådet i villaslänten. Därinne står manshöga gasflaskor i långa rader.

– Här lagrar vi fjolårets augustisol i form av vätgas, säger Fredrik Jonsson och klappar på en flaska.

Projektet har hämtat inspiration från vätgaspionjären Hans-Olof Nilsson, som driver flera större vätgasprojekt och är självförsörjande hemma i villan i Göteborg sedan flera år tillbaka (se ruta sid 61). I Skellefteå är vintrarna betydligt mörkare, kallare och snöigare.

”Vi vill testa om man kan klara sig på enbart solenergi även på våra breddgrader. Klarar vi det här så klarar man det var som helst.”

Fredrik Jonsson

 

Villataket mot söder är helt täckt av solceller. Den installerade effekten är 25 kW, betydligt mer än vanliga villainstallationer. Men i vintras syntes de 72 panelerna inte under snötäcket, och de ger nästan ingen el alls under fyra mörka vintermånader. Produktionen är desto större på sommaren när solen knappt går ner. Då blir det mycket mer el än vad villan använder. Elöverskottet driver en elektrolysör som spjälkar vatten till vätgasen, som lagras gasflaskorna. 

På vintern kan bränslecellen omvandla den kemiska energin i vätgasen till elektricitet i en process som även bildar värme. Bränslecellen är vattenkyld, och värmen används både till uppvärmning av huset och varmvatten. När bränslecellen inte är igång finns det ingen spillvärme att nyttja. Därför har villan även bergvärme för att säkerställa långa och jämna effektuttag även på sommarhalvåret.

I villans inbyggda garage finns förutom elektrolysören och bränslecellen även växelriktare, gastork och kompressor. Bland annat. Att klämma in en bil är däremot inte att tänka på. 

– Men här finns lika mycket batteri­kapacitet som en och en halv Tesla, säger Fredrik Jonsson lite skämtsamt. 

Han syftar på tre rejäla skåp med litiumjonbatterier, som står längs en vägg. De kan användas för att kapa effekttoppar, ge några dagars reservkraft eller att flytta solenergi från dag till natt. Fast säsongslagring duger batterierna inte till, det skulle kräva enormt mycket mer kapacitet. För att spara sommarens solenergi till vinter behövs vätgasen, som har pekats ut som en nyckelkomponent i klimatomställningen.

Huset har även två separata ventilationsaggregat med värmeväxlare, ett för garaget och ett för boningsdelen. Det är en säkerhetsåtgärd, för att inte riskera att dra in gas i bostaden vid ett eventuellt läckage.

Inne i villan är det varmt och skönt. Stora fönster, öppna ytor, full komfort. Som i vilken modern standardvilla som helst. Men Fredrik Jonsson sticker inte under stol med att projektet har haft en rad utmaningar. 

Att hantera vätgas i en bostad kräver rigorös säkerhet, och det har tagit tid att göra en grundlig riskanalys och få alla tillstånd på plats. Hur systemet skulle dimensioneras väckte också frågor. Hur mycket vätgas behöver produceras på sommaren? Vilken kapacitet ska batterierna ha i förhållande till elektrolysören? Hur ska det egenutvecklade styrsystemet, som baseras på Schneider Electrics plattform, agera vid olika väderprognoser och effektuttag?  Nu samlas data in för att lära känna husets energibehov och kunna optimera systemet. 

När vätgasproduktionen drog igång på försommaren 2019 upptäcktes problem med elektrolysören och gastorken. De behövde åtgärdas. Därmed gick 1,5 månad förlorad, och när produktionen kom i gång igen i augusti i fjol hann solcellerna inte producera tillräckligt med vätgas för att klara hela vintern. För att fylla gasflaskorna matades elektrolysören därför delvis från elnätet.

Även sommaren 2020 har produktionen av vätgas hämmats, och i början av september var gasförrådet endast fyllda till 30 procent.  Orsaken är att avfuktaren till gasen har haft problem, som har varit svåra att lösa på grund av coronarestriktioner. 

Betyder det att elektrolysören matas från elnätet i år också?
– Nu är produktionen i full igång igen och vi hoppas på en lång och solig höst. Annars kan det bli aktuellt att nyttja skarvsladden för att bygga upp ett tillräckligt stort lager av vätgas så att vi kan genomföra det slutliga testet av långvarig elproduktionen från bränslecellen i vinter, säger Fredrik Jonsson.

Energibolag tjänar pengar på att sälja el. Varför satsar ni på offgrid-hus?
– Det kan låta paradoxalt. Men vi ser flera nyttor med tekniken exempelvis för att kapa effekttoppar när elbilar laddas, för backupdrift vid avbrott och för avlägsna torp där det är dyrt att upprätthålla elledningar, säger Fredrik Jonsson. 

Kan vätgassystem vara intressant för privatpersoner?
– I dag är investeringskostnaden för hög för att vara aktuell i vanliga villor. Men när volymerna ökar och systemet optimeras sjunker priset, och vi hoppas att det här ska kunna bli ett kommersiellt erbjudande framöver. Knappast i privata villor i första hand, men kanske i en gemensam energistation i kvarteret som hanterar alla villors överskottsel, säger Fredrik Jonsson.