Tester salt som solvarmelager

Lagring av solvarme i et såkalt saltvarmelager ser ut til å fungere bra, og det samlede systemet vil være i stand til å forsyne et passivhus med tre beboere med 71 prosent av varmen og varmtvannet de trenger, året rundt i et dansk klima.

Det viser en rekke tester utført av den østerrikske ph.d.-studenten Gerald Englmair på Danmarks Tekniske Universitet (DTU). Englmair har demonstrert hvordan solfanger, varmtvannsbeholder og saltbatteri kan fungere sammen.

Resten kan dekkes av vindkraft

– Testene våre viser at saltbatteriene kan lagre varme både på lang og kort sikt, og dermed at solvarme kan dekke det meste av energiforbruket i hus på disse breddegrader. De resterende 29 prosentene i vintersesongen kan komme fra vindkraft via varmepumpe, forklarer Englmair.

Dette er første gang systemet har blitt demonstrert i praksis. Englmair ser store muligheter og mener t det kan bidra til å løse problemet med sesongvariasjoner i produksjonen av sol- og vindenergi i Sentral- og Nord-Europa:

– Vi har testet saltvarme-lageret i forbindelse med en solfanger, men teknologien kunne like greit fungere sammen med solceller og en varmepumpe, hvor man dermed produserer varmt vann når sola skinner eller strømprisen er lav. Dermed kan man bruke av lageret i perioder uten sol og i vinterperioden, forklarer han.

Uendelig lagring uten tap

Prinsippet i saltvarmelageret er at varmen fra solfangeren brukes til å gjøre saltet – natriumacetat trihydrat – flytende, noe som skjer ved 58 grader celsius.

Når saltet har smeltet, forblir det flytende ned til romtemperatur. Det kan man utnytte til lagring av varme over kortere perioder, ved å utvinne varme fra lageret under avkjøling av saltet og gjenoppvarme saltblandingen ved hjelp av solfangeren i perioder med sol.

Langtidslageret består av den smeltevarmen som finnes i det underkjølte saltet, og som ved romtemperatur kan lagres så lenge man vil. Tidligere forsøk har vist at saltblandingen kan lagre 205–216 kilojoule per kilo salt ved 20 grader.

Når man skal bruke varmen fra lageret, får man det smeltede saltet til å utkrystallisere ved lokal nedkjøling til mellom minus 9 og minus 15 grader. Ved utkrystalliseringen utvikles varme som deretter kan overføres til varmtvannsbeholderen.

Testet i passivhus

Demonstrasjonsanlegget som ble testet i DTUs prøveanlegg, besto av 22,4 kvadratmeter vakuumrør-solfangere med et varmelager bestående av fire flate varmelagringsenheter, som hver inneholdt 150 liter natriumacetat trihydrat, samt en 700 liters vanntank.

Ut fra dette optimerte man anlegget med et litt større saltlager på 1000 liter og en vanntank på 600 liter og deretter simulerte man driften i forhold til livet i et passivhus med tre beboere.

Man fant her ut av at solfanger og saltlager til sammen vil kunne levere opp mot de nevnte 71 prosentene av det totale årlige varmtvannsforbruket og varmebehovet for et hus som bruker rundt 4000 kWh.

Et forbruk til varmtvann og varme på 4000 kWh er ifølge Dansk Fjernvarmes tall bare knapt en firedel av det gjennomsnittlige forbruket til en vanlig enebolig. Så spørsmålet er hvordan tallene ville se ut med et vanligere mønster for varmeforbruk:

– Det vet vi av gode grunner ikke, siden vi bare har sett på denne ene boligtypen. Jeg ser et stort potensial for konseptet i forbindelse med bygninger utenfor fjernvarmeområder. Den umiddelbare vurderingen min ville være at selv for bygninger med et noe høyere varmeforbruk, oppført etter de nye byggeforskriftene, vil dekningen være i samme størrelsesorden, sier Gerald Englmair.

500 kroner per kWh

Men hvordan er det så med økonomien?

Ifølge Englmair ligger standardprisen for varmtvannslagre til solvarmeanlegg vanligvis på 375 danske kroner (ca. 504 norske) per kWh.

Prisen, som også avhenger litt av lagerstørrelsen, er et resultat av behovet for varmevekslere og integrering av en supplerende energikilde. Det er nødvendig å utnytte et slikt varmelager på ukesbasis for å oppnå et økonomisk attraktivt solvarmeanlegg.

Forskningsresultatene viste at saltvarmelageret bør benyttes på månedsbasis, og at den akseptable prisen for varmelageret er redusert til ca. 130 danske kroner (ca. 175 norske) per kWh varme. Det betyr at prisen for en 200 liters salt-enhet med et varmeinnhold på 36 kWh bør være mindre enn 4680 danske kroner (ca. 6293 norske). Det tilsvarer en varmelagerpris på 23.400 danske kroner (ca. 31.466 norske) for det undersøkte anlegget til passivhuset.

Dobbelt så stort varmeinnhold som et vannlager

– En investering på 23.400 danske kroner per husstand tror jeg systemet kan bære. Saltvarmelageret har omtrent dobbelt så stort varmeinnhold per volum som et vannlager, og i tillegg er det mulig å lagre varme uten tap i lang tid. På denne måten kan plassbehovet for varmelageret reduseres vesentlig, sier Gerald Englmair.

Han tilføyer at både flate og sylinderformede varmelagre bygd av stål kan brukes til solvarmeanlegg, men at det er nødvendig med ytterligere forskning for å utvikle optimalt utformede varmelagre, blant annet varmevekslere, som er egnede til forskjellige energianlegg og bygninger.

Forskningen fokuserer nå på utvikling og utprøving av sylinderformede varmelagre, og en prototype basert på billige komponenter til vanntanker og produsert av danske Nilan AS er utprøvd.

I tillegg er det testet sylinderformede varmelagre med forskjellig utformede varmevekslere produsert av H.M. Heizkörper GmbH.

Denne artikkelen ble først publisert på Ingeniøren.dk for deres abonnenter og gjøres tilgjengelig for abonnenter av TU Ekstra gjennom vår samarbeidsavtale.