HUR SER DEN PLANA TERMISKA VÄTSKEBURNA SOLFÅNGAREN UT?
Det finns en stor variation på ideer att bygga lådan till den plana solfångaren. Den måste dock ha formen av en platt, öppen plåtlåda. Detta för att monteringen ska gå smidigt.

Den ska ha en isolerskiva i botten, av lämplig tjocklek. Det finns solfångare med 20 - 200mm isolering.
50 mm gullfiber(Specifikt U-värde=0,05) ger U-värde = W/m2*C = 1. Det betyder att 1 kvadratmeter solfångare förlorar 75 Watt om absorbatorn är 75 grader varmare än omgivningen.
Detta anses tillräckligt, eftersom förlusterna mot glasytan blir ungefär det dubbla.
Ett bra material är Gullfiber eller Rockwool med en densitet av 70 kg/m3. Det har bra stabilitet och bra isolervärde i temperaturer runt 100 C°.

på isolerskivan lägger man en absorbator(värmeupptagare) med en röranslutning upptill och en nedtill för att få ut värmeenergin, en luftspalt, och sist en täckskiva(glas).
Glas till solfångare brukar bestå av järnfritt, sk. vitt glas, med en transparens (genomsynlighet) av 91% vilket importeras fr. bla. USA.
En stor nackdel med glas har varit vinkelberoendet.
När solen morgon och kväll lyser från sidan på solfångaren, reflekteras mycket av instrålningen ut mot himlen pga glasets släta yta.
Alla tidiga försök att struktuera ytan har misslyckats. Nu kan Vanligt fönsterglas (transparens 87%) antireflexbehandlas, och får då både bättre transparens och reflexegenskaper, vilket blir tillräckligt bra för en hemyggd solfångare.

Järnfritt, (vitt), antireflexbehandlat glas kan få en transparens av 95%, vilket tillsammans med det minskade vinkelberoendet borde ge en 20%ig förbättring jämfört med äldre solfångare.

Det är viktigt att lådan är regn- och vindtät, att absorbatorn är väl isolerad, även på sidorna, att solstrålarna träffar hela absorbatorn från så snäva vinklar som möjligt, och att allt är stabilt byggt och tillåter absorbatorn att värmeutvidgas.

Man bör välja material till lådan med hänsyn till de extrema förhållanden den kommer att utsättas för, tex fukt, sur luft, ultraviolett strålning, snö, vind, kyla, värme mm.
Trä, aluminium eller stål kan användas till lådan.

Absorbatorn. Det finns otaliga tekniker att bygga en absorbator till en plan termisk solfångare.
Alla måste dock ha ett rör anslutet som kan överföra värmen till vätskan. Dom flesta bygger på helplåtsidén, dvs man täcker hela solfångarytan med en värmeupptagande plåt.
Den vanligaste solfångarabsorbatorn är "Sunstrip", som uppfanns av Gunnar Wilson på Svenska Aluminiumfabriken, och senare utvecklades av bla Teknoterm AB.
Den består av en aluminiumplåt, 150mm bred, med ett kopparrör ingjutet i mitten, och ytan är belagd med aluminiumoxid.
Eller en variant med en kopparplåt, belagd med svart krom, som sedan ultraljudsvetsats på ett kopparrör, tex "Arnes Plåt".
En annan variant är att svetsa ihop två plåtar på varandra, så att dom bildar ett enda platt rör över hela solfångarytan, tex "Lartec".
Denna är belagd med en självhäftande film av svart nickel, som har de bästa värdena på absorption och emissivitet. (0,98 - 0,07) tex.
Se fig. Sunstrip.
Arnes plåt.
Dessa kan monteras antingen parallellt eller seriellt, se fig. Seriell koppling.
Parallell koppling.


Det finns en helt genomskinlig absorbator i plast, som man fyller med svärtad vätska. Ingen lyckad produkt. Min anm.

Eller med en helt vätskefylld absorbator. Se fig. Lartec.

När solstrålarna omvandlats till värme i absorbatorn, ska dom inte stråla ut värmen till luften igen, därför ska absorbatorn ha egenskapen låg värmeutstrålning (selektiv absorbator). Där har man också kommit mycket långt, och vanliga värden på a = absorption (solvärmeupptagning) är = 0,95 dvs materialet absorberar 95 % av solstrålarna,
och för e = emmissivitet (värmeutstrålning) = 0,10 dvs materialet strålar ut 10 % av värmen.
I princip fungerar det så att den svarta beläggningen på absorbatorn är så tunn, 7 - 15 um, att värmestrålningen "tror" att den möter en blank yta, och en blank yta reflekterar värmen tillbaks till absorbatorn igen, medan solstrålarna, som har kortare våglängd fastnar på den svarta beläggningen.
Man kommer troligen att hitta material som har ännu bättre emmissivitet på sikt.
Nya material utvecklas, vilka består av hela plåtar, som får ett serpentinmönstrat lager av rör fastsvetsat på undersidan.
Sunstrip säljs som byggsats av Svenska solgruppen


Värmen som nu "landat" på absorbatorn ska sedan hindras att läcka ut till luften med hjälp av isolematerial.

Isolering används huvudsakligen till plana termiska solfångare, och är vanligen 20 - 200mm tjock. Reflektorsolfångare har så små absorbatorytor att det är mindre viktigt, och även svårare att utföra, men det förekommer.
För att inte isoleringen ska suga åt sig fukt, ska ett litet vädringshål till luftspalten finnas på undersidan av lådan, 10 - 15mm diameter. Det är viktigt att detta hål hålls öppet till luftspalten.

OLIKA MATERIALS ISOLERINGSFÖRMÅGA.
"Lambdavärdet", eller "U-värdet" som det heter numera, är ett materials förmåga att hindra värme och kyla att mötas. Även "specifikt värmeledningstal", när det gäller homogena material och grundämnen. Att isolera värmen från kyla, är mycket viktigt när man ska transportera och förvara värmeenergi eller kylenergi.

Därför använder man olika isolermaterial och tjocklekar. Det vanligaste är Gullfiber och Rockwool. Dessa har ett specifikt U-värde = 0,04 - 0,05 W/m3*C.
En kubikmeter Rockwool släpper igenom 0,05 W om den ena sidan är en grad varmare än den andra. 1 W om det är 20 grader skillnad. Vanlig luft har ett specifikt värmeledningstal (U-värde) på 0,0242 W/m3*C, vilket gör det svårt att nå bättre värden än Rockwool med luften som medium.

Solfångare utsätts för stora mekaniska påfrestningar av stormar och snötyngder.
Andra försök att minska värmeförlusterna är att eliminera luften i solfångaren. Vaccumsolfångaren (evakuerat glasrör) är en lyckad produkt.

Man kan bara isolera baksidan och sidorna med isolermaterial. Framåt måste man ha ett transparent (glas) material. Vanliga fönsterglas har en transparens (genomsynlighet) av 87 % pga viss järnhalt, medan speciella (vita) järnfria glas har en transparens av 91 %. Glas har dessutom en mycket slät reflekterande yta, varför reflektionen ökar mycket snabbt när solen skiner från sidan (vinkelberoende). Man har gjort försök att strukturera ytan på olika sätt, men enligt mina studier har detta bara medfört sämre transparens pga att smuts samlats i porer och varit svåra att rengöra.
Nu har en svensk vid Ångströmlaboratoriet i Uppsala utvecklat en ny typ av behandling av glas, som minskar reflektionen så mycket att transparens för fönsterglas ökar från 87 % till 92 % efter behandling. Det återstår att se vilka långtidseffekter det får, innan man kan bedöma hur bra det är.
2006-02-20
Nu har det gått 7 år, och det ser bra ut, inga problem har uppstått.
Det minskade vinkelberoendet har också höjt årsutbytet från solfångaren.

Avståndet mellan absorbatorn och glaset har stor betydelse för isolerfömågan, för om vi antar att luften står stilla, har luften via avståndet (=tjockleken) dubbelt så bra isolerförmåga som Rockwool (0,0242). Då skulle det vara perfekt att ha stort avstånd mellan glas och absorbator. Nu är det inte så enkelt, för med ökande avstånd börjar luften röra på sig, (konvektion). Därför blir isolerförmågan sämre med ökande avstånd, = ökande konvektion.
Vid en sammanställning av de båda kurvorna får man en grop (dip = lägsta värde) för lodrät montering vid 25 mm avstånd, och vågrät montering ca 50 mm.

Eftersom solfångarna skall monteras i en vinkel mellan 0 och 90 grader, blir det bästa avståndet någonstans mellan 25 och 50 mm.

Man kan bättra på isolerförmågan, (minska konvektionen), med ett konvektionshinder i form av ett tunt lager plastfolie (Teflonfilm) mellan glas och absorbator. Detta reducerar konvektionen till hälften. Svårigheten är att få filmen att stanna kvar i luftrummet och inte erhålla kontakt med vare sig glas eller absorbator. Transparens blir något sämre med konvektionshinder (ca 2%), men det blir en nettovinst för soltillskottet. Priset höjs också, så det är tveksamt om det blir en nettovinst för kunden. Andra konvektionshinder förekommer, tex bikakestrukturer, men alla dras med nackdelar, (kostnad, sämre transparens, skuggning mm).

KONCENTRERANDE(REFLEKTOR,REFRAKTOR)SOLFÖLJANDE SOLFÅNGARE. solföljare har stora problem att klara klimatet utomhus, (motorer och kugghjul rostar, fryser och kärvar) är svåra att integrera i miljön mm, så dom har liten spridning, och kanske för dåliga förutsättningar för villabruk. Reflektorytor har också en förlustfaktor på ca 20%.
MAREKO, och BORÖ, dom semikoncentrerande, fast monterade solfångare som nyligen utvecklats, har haft en nackdel i denna förlustfaktor. Se bilderna nedan.
Jag har läst att 3M har utvecklat en reflektoryta (spegel) i plast, som reflekterar 99% av infallande ljus. Om detta kan användas till reflekterande solfångare, kommer dessa att definitivt kunna konkurrera i verkningsgrad med plana solfångare, och då ska man komma ihåg att priset för plana solfångare är dubbelt så högt.

Jag har nyligen fått veta att man på vattenfall Utveckling har gjort framgångsrika försök med en större koncentrationsfaktor på sin MARECO, och smalare absorbator, vilket gett ett årsutbyte på mer än 400 kWh/m2.
Detta är väl i klass med plana solfångare.
Både MARECO och BORÖ använder Sunstrip absorbator. MARECO. Tvärsnitt av konstruktionen. För att fungera bra även morron och kväll, ska den monteras i breda sektioner.

BORÖ. Denna liknar konventionella solfångare, men som ni ser täcks bara halva ytan av absorbatorplåtar. Dom solstrålar som smiter förbi, böjs av mot reflektorytan, och träffar absorbatorn från undersidan.

Idén att minska absorbatorytan har stor betydelse för solfångarens funktion, eftersom förlusterna härrör från den svårisolerade absorbatorn. Med reflektor kan förlusterna reduceras till samma nivå, eller bättre, som en solfångare med evakuerat glasrör.

Den nya SOLARUS är ett mellanting med en platt design som BORÖ, och en reflektor som MARECO.

Förutom de rent prestandamässiga hänsynen i materialval, måste en solfångare ha mycket goda hållfasthets och korrosionsegenskaper, dvs den ska hålla både för stormar, snötyngder, ultraviolett strålning, luftens surhet och fuktighet, extrema temperaturvariationer och temperaturskillnader mellan olika delar av solfångaren.
Vattentryck, utmattning och frysskador mm.

Det blir inte enkelt att sammanställa alla krav till det bästa, för i slutändan ska det vara billigt också.

Uppdaterad 2010-01-14