Solen ger energi till både el och värme

Högskolan i Gävle deltar som enda svenska lärosäte i ett stort europeisk projekt för innovationer på energiområdet. Och det är spännande fysik bakom komponenterna i energisystemet.

När EU:s största ramprojekt för innovation och forskning, Horizon 2020, nyligen satsade femtio miljoner på att minska användandet av fossila bränslen, var Högskolan i Gävle enda lärosätet i Sverige som kom med. Spetsforskning på solenergiteknik är förklaringen.

På ett tak till labbet på högskolans område finns en hybridsolfångare som ger både el och värme.

– Hybridsolfångare utvecklas på flera ställen i Europa. Det vi gör som nog ingen annan kommit lika långt med är optiken, att koncentrera instrålningen via en reflektor. Tack vare reflektorn får vi ut mer energi på en mindre absorbatorarea, säger Björn Karlsson, professor på Högskolan i Gävle.

Läs mer: Alplandet är världsledande på solfångare

Björn Karlsson började arbeta med reflektorns grundläggande geometri redan på 1990-talet då han jobbade på Vattenfall i Älvkarleby. Där påbörjades även arbetet med hur absorbatorn skulle se ut. Efter det att Vattenfall lagt ner sin solenergiverksamhet i Älvkarleby, fortsatte utvecklingsarbetet i bolaget Solarus. Hybridsolfångaren PVT (Photo Voltaic Solar Collector) är Gävles bidrag till det stora EU-projektet som löper på fyra år. Björn Karlsson förklarar fysiken bakom tekniken:

– En solcell är en platta i kisel som mäter 15x 15 centimeter och många solceller seriekopplas i en modul. Normalt sett omvandlar en solcell ungefär femton procent av den inkommande solstrålningen till el, medan 85 procent avges till den omgivande luften som värme. Genom att kyla ner solcellen kan vi omvandla en stor del av den instrålande solenergin till värme i systemet.

Med den nuvarande hybriden får man ut tio till femton procent el och 30-50 procent värme beroende på drifttemperaturen. I EU-projektet utvecklas komponenter på olika håll i Europa och universitet i flera länder deltar. I slutfasen ska komponenterna sättas ihop i ett energisystem för en fastighet. De mest intressanta komponenterna i systemet är enligt Björn Karlsson Solarus hybridsolfångare PVT (Photo Voltaic Solar Collector) och en magnetisk värmepump som utvecklats vid Danmarks Tekniska Universitet i Lyngby.

– Egentligen är det en magnetokalorimetrisk värmepump. Principen är inte ny men däremot har någon sådan värmepump avsedd för uppvärmning inte tidigare tillverkats kommersiellt. Den fungerar genom att ett magnetiskt material förs in i magnetfältet från en permanentmagnet. Då linjerar ämnets atomer upp sig och ämnet blir magnetiskt. Samtidigt avges värme.

Läs mer: Nya bostäder sviker energilöftet

Den magnetokalorimetriska värmepumpen har inga rörliga delar, berättar Björn Karlsson.

– När materialet flyttas ut ur magnetfältet avmagnetiseras materialet och atomerna förlorar sin ordning. Samtidigt tas värme upp från omgivningen. Den har potentialen att få högre värmefaktor än en konventionell kompressordriven värmepump.

Nackdelen med den är att den ger en relativt liten temperaturökning. Den skall därför användas endast för uppvärmning och inte för att ge varmvatten. Men pumpen har också en avgjord fördel. Den behöver inget köldmedium som ofta innehåller starka växthusgaser.

– En kompressordriven värmepump har en cirkelprocess där ett köldmedel kokar och tar upp värme vid lågt tryck och temperatur. Köldmediumet består av ett kolväte som ofta innehåller fluor. När kompressorns tryck och temperatur ökar, kondenserar köldmediumet och avger värme vid högt tryck och temperatur.

Läs mer: ”Vore häftigt att bli självförsörjande”

Den portugisiske doktoranden João Gomes är en av två doktorander som arbetar med utvecklingen av solfångaren eller PVT-modulen mot ännu högre energieffektivitet. En ny uppsättning uppdaterade solfångare med högre verkningsgrad kommer att sättas upp på taket till sommaren. Till hösten kommer Gomes att disputera på sin avhandling, för vilken Björn Karlsson är handledare.

– Hela projektet handlar i slutändan om utbyggnad av solenergilösningar för att minska beroendet av fossila bränslen. En viktig del i arbetet går ut på att energieffektivisera så att man får ut mer energi per solcellsyta. Ett annat delmål är att få ner priserna på solfångarna så att andelen solenergiutnyttjande kan öka på marknaden. Att få upp det vi kallar solarfraction.