MARECO FÖR STORA FÄLT

MARECO FÖR STORA FÄLT Anna Helgesson, Jan Hedberg, Björn Karlsson 2003-09-03

MaReCo för stora fält Från Rapportdatum Rapportnr Vattenfall Utveckling AB, FUD-program Solvärme 2001-2003 2003-09-03 U 03:57 Författare Tillgänglighet Uppdragsnr Anna Helgesson, Jan Hedberg, Björn Karlsson Företagsintern 11302-30 Beställare Programstyrelsen för FUD-program Solvärme 2001-203 Projektförslagsnummer FUD 02:68 Teknisk granskning Stefan Larsson Sökord Antal textblad Antal bilagor Solvärme, FUD-program, solenergi, solfångare, MaReCo, solfångarfält 23 - Denna rapport utgör ett delprojekt inom FUD-program solvärme 2001-2003 som koordineras av Vattenfall Utveckling AB och finansieras av Energimyndigheten, kraftföretagen via Vattenfall AB, Birka AB, Sydkraft AB, byggföretagen via SBUF AB samt fastighetsföretagen via Vasakronan AB. Författaren ansvarar för innehållet i rapporten. Sammanfattning Projektets målsättning var att reducera den specifika energikostnaden för Marecosolfångaren genom förbättrad och förenklad tillverkningsmetodik. Inom tidigare använd tillverkningsmetodik för Marecon har detaljer i solfångaren bearbetats på plats vid solfångarfältets uppförande. Om bearbetning ordnas vid komponentframställningen med sådan precision att efterbearbetning ute på plats kan uteslutas så reduceras behovet av verktyg och arbetstid. I ett tidigare genomfört systemutvecklingsprojekt har ett nytt reflektormaterial utvecklats av SSAB och Skultuna Flexible. Detta material består av en aluminiumfolie laminerad på en stålplåt, vilket resulterar i en reflektor som kombinerar stålplåtens styrka och aluminiumplåtens höga reflektionsförmåga. Denna plåt medger att ett enklare, materialsnålare och längre reflektortråg kan tillverkas, vilket i sin tur innebär att solfångarkostnaderna kan reduceras. I detta projekt har MaReCo-solfångaren vidareutvecklas omkring detta reflektortråg. Dessutom har en ny betongfot, nya formgivande gavlar och ny tefloninspänning har utvecklats. Sammantaget har solfångarens konstruktion blivit i hög grad förenklad med ett minimum av komponenter.

Kostnaden för den ursprungliga Mareco solfångaren var enligt offert av Finsun 1187 kr/m² och ett uppskattat temperaturberoende solutbyte om 250-290 kwh/m², år, vilket ger en specifik energikostnad om 4,10-4,70 kr/kwh, år. För den förbättrade konstruktionen beräknas uppförandekostnaden till 1000-1050 kr/m² med ett solutbyte på 240-280 kwh/m², år, vilket ger en specifik energikostnad om 3,60-4,20 kr/kwh, år, vilket är i nivå med projektets mål. Den något försämrade verkningsgraden hos den nya solfångaren beror sannolikt på att alumiumfolien påverkas vid lamineringen. Laminering har dock genomförts av SSAB endast en gång, vilket torde innebära att processen kan förbättras. Exakta kostnadsuppskattningar är dock svåra att ange innan stora anläggningar har uppförts. Uppförandet av verkliga system utgör en viktig del i processen för att kommersialisera och industrialisera en nyutvecklad prisbillig konstruktion och för att kunna ange ett realistiskt pris på solfångaren. Det är önskvärt att fortsatt utvecklingsarbete kan kopplas till behov som uppstår vid uppförande av relativt stora system.

Distributionslista Företag Avdelning Namn Antal Statens Energimyndighet Anita Larsson Vattenfall AB Jan Brännström Fortum AB Bo-Johan Tjernström Sydkraft AB Per Rosén Skanska Fastigheter AB Jonas Gräslund FORMAS Michael Rantil Lunds Tekniska Högskola Inst. för Värme och Kraftteknik Lennart Thörnqvist Vasakronan AB Stefan Sandesten Vattenfall Utveckling AB Stefan Larsson Vattenfall Utveckling AB Lennart Spante

Innehållsförteckning Sida 1 INLEDNING 1 1.1 Design av Solfångaren. 1 1.2 Optimering av Reflektorn placering och längd. 5 1.3 Kostnadsfördelning för stort fält av tidigare konstruktion 7 2 PROJEKTBESKRIVNING (SYFTE & MÅL) 7 2.1 Kostnadsmatris för solfångarfält enligt offert från Finsun för tidigare konstruktion 8 2.2 Förenklad solfångarkonstruktion 9 3 MODIFIERING AV URSPRUNGLIGT KONSTRUKTIONSFÖRSLAG 10 3.1 Konstruktion av ett långt reflektortråg 10 4 BESKRIVNING AV NYUTVECKLAD KONSTRUKTION 11 4.1 Utvecklingsarbete under projekttiden gav förbättrad konstruktion 11 4.2 Resultat av utvecklingsarbetet: 12 4.3 Lasttest och typprovning 15 4.4 Metod för tillverkning av komponenter till MaReCo-modul 15 4.5 Metod för montage av MaReCo-moduler och sammankoppling av fler moduler15 4.6 Moment i tillverkning och montage som utgår eller förenklats 16 4.7 Fördelar 16 4.8 Prestandaprovning av solfångaren 16 5 KALKYLPRESENTATION NYUTVECKLAD KONSTRUKTION 20 6 PLANERING FÖR ETT DEMONSTRATIONSSYSTEM 21 7 DISKUSSION 22 8 REFERENSER 23

denna konstruktionen Vattenfall Utveckling AB U 03:57 1 Inledning MaReCo-solfångaren består av ett parabolformat reflektortråg med en enkel, dubbelsidigt selektiv, absorbatorfläns som löper längs med tråget, figur 1.1. Syftet med är att sänka kostnaderna genom att reducera solfångarens materialinnehåll. Detta åstadkommes genom att absorbator, låda och isolering i en plan solfångare ersätts av en reflektor, mängden teflon halveras och stöden förenklas. MaReCo tekniken har utvecklats i samarbete mellan Vattenfall Utveckling AB, Arnes Plåt och Finsun Energy AB. Solvärmesystem med MaReCo solfångare finns installerade i Falun, Älvkarleby, Fränsta och Hammarby Sjöstad i Stockholm. I Hammarby har solfångare med hybridabsorbatorer, som ger både el och värme uppförts. I kapitel 1.1 och 1.2 ges en bakgrund till hur solfångaren geometri optimeras till givna instrålningsförhållanden och hur reflektorns längd och placering bestäms. Figur 1.1: Principbild av en MaReCo med en undre parabolisk reflektor med optiska axeln riktad i 65 och en övre parabolisk reflektor med optiska axeln riktad i 20. 1.1 Design av Solfångaren. Solfångaren är asymmetrisk med ett komplicerat vinkelberoende. För att beskriva solfångarens funktion definieras de projicerade infallsvinklarna Θ T and Θ L enligt figur 1.3. [1]. Solfångaren vinkelberoende i longitudinell led (öst-väst) är likartad med en vanlig plan solfångare medan beroendet i transversell led är beroende på hur reflektorerna utformas, framförallt hur de optiska axlarnas riktning väljs. Infallande solstrålning kan delas upp i två komponenter: en tvärs solfångaren (i nord/syd-planet för en söderriktad solfångare) och en parallellt med solfångarens glas (figur 1.2). Av dessa komponenter är det endast den nord/sydliga som effektivt bidrar till energiutbytet från solfångaren. I figuren definieras även infallsvinkeln (Θ), vilken är vinkeln mellan solstrålningens riktning och solfångarglasets normal, samt vinklarna Θ T och Θ L, vilka är infallsvinklarna av instrålningen projicerad i de två utvärderingsplanen. Sida 1 (23)

Surface normal L-plane IL I ΘL ΘT Θ I// IT T-plane Figur 1.2 Principbild av en MaReCo med uppdelning av solinstrålningen (I) i en komponent vinkelrätt mot solfångarglaset (I T ) och en komponent parallellt med glaset (I // ). I L är solstrålningens projektion i L-planet. Θ är infallsvinkeln mellan direktstrålningen och solfångarglasets normal. Θ T och Θ L är de projicerade infallsvinklarna i det transversella (T) och det longitudinella (L) planet. Figur 1.3 definierar de två ortogonala planen som instrålningen delas upp i, det longitudinella och det transversella planet, vid karakterisering av solfångaren. a) b) Figur 1.3 Principskisser som visar de två utvärderingsplanen; a) longitudinell led och b) transversell led. Sida 2 (23)

120 Location: 60.6 N 90 60 30 0 600 630 700 730 800 830 900 930 1000 1030 1100 1130 1200 1230 1300 1330 1400 1430 1500 Heff [ ] 1530 1600 1630 1700 1730 1800 The 15:th of Jun May Apr spring eqnx Mar Feb Jan -30-60 time Figur 1.4 Exempel på hur den effektiva solhöjden (H eff ) varierar över året. För höst- och vårdagjämningarna är H eff = 90 -latituden. Figur 1.4 visar hur den effektiva den effektiva solhöjden H eff varierar över året. Effektiva solhöjden bestämmer vilken tidsperiod en koncentrerande solfångare med öst-västlig geometri arbetar. Den effektiva solhöjden H eff ges av den projicerade solhöjden i T-planet. För en solfångare med lutningen α. fås att: Θ T =90-α- H eff. Figur 1.5-1.8 visar hur den årliga instrålningen fördelas över den effektiva solhöjden H eff för olika orter mellan latud 60 och latitud 34. Direct radiation Diffuse radiation - isotropic sky Data 6 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0 30 60 90 120 150 180 Effective solar height in south (degrees) Figur 1.5 Fördelning av årlig instrålning över effektiva solhöjden för en södervänd yta i Stockholm, latitud 60. Sida 3 (23)

) -2 Annual irradiation (kwh m 200 150 100 50 0 Direct irradiation Diffuse irradiation - isotropic sky Lund, latitude 55.7 N 0 30 60 90 120 150 180 South projection angle θ p,ns Figur 1.6 Fördelning av årlig instrålning över effektiva solhöjden för en södervänd yta i Lund, latitud 55.7. Med ledning av figur 1.5 har vi bestämt att optiska axlarna för MaReCo solfångarna bör väljas 20 respektive 65 över horisonten, vilket också markeras i figur 1.1. Det innebär att solfångaren vid latitud 60 kommer att arbeta från mars till oktober enligt figur 1.4. Den övre acceptansvinkeln 65 överskrids tidigt på förmiddagen och sent på eftermiddagen under sommaren. Figurerna 1.6-1.8 visar hur instrålningsfördelningen flyttas när vi rör oss mot lägre latituder. Fördelningskurvan förskjutes med latitud vinkeln samtidigt som en topp växer vid en vinkel som motsvarar vintersolståndet. Denna topp framträder inte vid nordliga latituder p.g.a. för tjockt molntäcke vid låga solhöjder. Detta är bakgrunden till att MaReCo geometrin är anpassad för svenska förhållanden. MaReCo solfångaren fungerar fortfarande bra i Lund men i Murcia och Sydney måste acceptansvinkeln ökas för att även innefatta vintertoppen vid låga solvinklar. Detta innebär att koncentrationsfaktorn minskar. ) -2 Annual irradiation (kwh m 200 150 100 50 0 Direct irradiation Diffuse irradiation - isotropic sky Murcia, latitude 38.0 N 0 30 60 90 120 150 180 South projection angle θ p,ns Figur 1.7 Fördelning av årlig instrålning över effektiva solhöjden för en yta i Murcia, latitud 38. Sida 4 (23)

Direct irradiation Diffuse irradiation - isotropic sky -2 ] Annual irradiation [kwh m 300 250 200 150 100 50 0 Sydney, lat. 33.9 S 0 30 60 90 120 150 180 South projection angle θ p,ns Figur 1.8 Fördelning av årlig instrålning över effektiva solhöjden för en norrvänd yta i Sydney, latitud 33.9. 1.2 Optimering av Reflektorn placering och längd. Figur 1.9 visar en fullständig CPC med maximal koncentrationsfaktor som accepterar allt ljus som infaller mellan 20 och 65. Den kännetecknas av att skänklarna är parallella vid öppningen.. För en sådan ideal koncentrator är skänkarna maximalt långa. De dras ut tills de är parallella och öppningen är maximalt bred. Nackdelen med en sådan geometri är reflektorn blir extremt långa och dyra. Därför måste de klippas eller trunkeras på ett kostnadsoptimalt sätt. Figur 10 visar hur trunkerad en reflektor placeras optimalt i den optiska formen för olika reflektorlängder. Reflektorn i figur 1.10 har öppningen 65 cm för en reflektorbredd av 1.2 meter, medan reflektorn i figur 1.9 har 75 cm vid en reflektorbredd av 2.4 meter. Det innebär att vinsten av att fördubbla reflektorns längd är liten. Detta visar nyttan av en effektiv och optimerad trunkering av reflektorn [2]. Sida 5 (23)

8 65 Upper parabola 2 20 8 1 B C A 1 2 Lower parabola Figur 1.9 Principbild av en fullständig CPC-koncentrator, där skänklarna är parallella vid punkten 8. Reflektorn mellan punkterna A och B är cirkulär och punkterna 1 och 2 visar avstånden motsvarande en absorbatorbredd. Upper parabola Lower parabola Figur 1.10 Förslag till optimerad design av MaReCo-solfångaren med varierande reflektorlängd. De 4 streckade linjerna visar optimal reflektorplacering för reflektorer av längden 0.6, 0.8, 1.0 och 1.2 m. Absorbatorn har bredden 0.143 meter. Sida 6 (23)

1.3 Kostnadsfördelning för stort fält av tidigare konstruktion I samband med avslutningen av ett tidigare MaReCo-projekt lämnade Finsun AB en budgetoffert för installation av 21 600 m² MaReCo i Stockholm. En sammanställning av komponent- och montagekostnader visas i kostnadsmatrisen. I offerten anges ett försäljningspris på 1 187 kr/m², vilket innebär att den totala kostnaden för fältet blir 25 639 200 kr. Vid en värmeproduktion på 6,3 GWh/år motsvarar detta en specifik investeringskostnad på 4,10 kr/årlig levererad kwh. 2 Projektbeskrivning (Syfte & Mål) I det aktuella projektet MaReCo för stora fält skall MaReCo-solfångaren vidareutvecklas med ny teknik för reflektorutformning så att ett komplett fält kan uppföras till en kostnad av 1000-1 050 kr/m². Projektet syftar vidare till att inplantera MaReCo-solfångaren i en rationell byggprocess. Projektet genomförs i samarbete mellan Finsun Energi AB (F), Skanska Teknik (S) och Vattenfall Utveckling AB (V). Projektet MaReCo för stora fält har kopplingar till följande delprojekt: Utveckling av förenklad solfångarkonstruktion. (Detta uppdrag.) Uppförande av ett demonstrationsprojekt. Utformande av en offert för att uppföra 20 000 m² Fortums räkning. Med detta upplägg kan rationella metoder för uppförande av solfångaren utprovas och på så sätt kan en konkurrenskraftig offert utformas. Programstyrelsen beslutade 2002-12-05 i samband med budgetjustering att: Uppförande av komplett solfångare med en längd på 50 100 m utgår då liknande anläggning uppförts i Torsåker. Planering för uppförande av demonstrationssystem utgår i detta projekt istället genomföres en förstudie för att installera ett solvärmesystem vid Pilängens vårdhem i Malmö inom det beställardrivna projektet där resultat från detta projekt nyttjats. I kostnadsmatrisen på sidan 8 visas fördelningen av kostnaderna i Finsun AB s offert till Fortum på ett system omfattande 21 600 m². Sida 7 (23)

2.1 Kostnadsmatris för solfångarfält enligt offert från Finsun för tidigare konstruktion Material Arbete Färdig produkt Stativ Stativ galvrör 19 19 kr/m kr/m 2 2 Fundament 40 kr/m 2 Påslag 20 % på material och arbete 198 TRP-plåt 58 kr/m 2 Stativ I fundament 30 kr/m 2 Summa per m 2 1187 kr/m 2 Galvad spant Reflektorplåt Fästelement 32 kr/m 2 40 kr/m 2 16 kr/m 2 Montering komponenter 166 kr/m 2 Montage av moduler på stativ 80 kr/m 2 Absorbator 59 kr/m 2 Rördragning I fält och anslutning 207 kr/m 2 Teflonfilm 19 kr/m 2 Värmebärare 13 kr/m 2 Gavlar Spröjs 8 kr/m 2 12 kr/m 2 Summa arbete och montage 734 kr/m 2 Glas 3 mm AR-beh. 77 kr/m 2 Skruv och nit 34 kr/m 2 Lim och tätningsmassa 29 kr/m 2 Summa material 453 kr/m 2 Sida 8 (23)

2.2 Förenklad solfångarkonstruktion Arbetet delas upp i följande delar: 1. Konstruktion av ett långt reflektortråg. (F,V) 2. Metodik för tillverkning av komponenter, framförallt markstöd och reflektorhållare. (F,V) 3. Analys av tillverkningsmetodik, d v s graden av tillverkning i fabrik och i fält. (F,S,V) Viktiga frågeställningar som skall besvaras i projektet är: Hur långa kan de fria längderna mellan spanten kan göras med bibehållen tillräckligt god optisk form och tåla stipulerad vind- och snölast, 2500 kp/m 2 klimatzon 3. Hur anpassas andelen av arbete inom- respektive utomhus för att totalkostnaderna skall minimeras? Hur ska komponenttillverkningen planeras för att bli så rationell som möjlig? Målsättningen är att projektet skall resultera i ett förslag till utformning av en förenklad solfångare med en kostnadsminskning från 1187 kr/m 2 till 1050 kr/m 2. Figur 2.1 Principskiss av föregående MaReCo solfångare med trp-plåt och rörstativ. Sida 9 (23)

3 Modifiering av ursprungligt konstruktionsförslag 3.1 Konstruktion av ett långt reflektortråg I figur 2.1 visas det principiella utseendet på den modifierade och vidareutvecklade MaReCo-solfångaren. Solfångaren består av reflektorplåtar vilka fästs i långa fyrkantsrör. Rören placeras i vertikala, utskurna, plåtar, vilka ger reflektorn dess form. Fyrkantsrören gör gråget torsionsstyvt, varför tråget kan hålla passformen även i mycket långa längder. Ju längre fri längd som kan utnyttjas mellan plåtarna, desto enklare blir uppförandet och desto lägre blir materialkostnaderna. Preliminära tester visar att den nya laminerade stålplåten håller formen i längder på 5 m. Inom projektet har fria längder på 10 m testats. Fördelarna med föreslagen konstruktion enligt figur 3.1 jämfört med konstruktion enligt figur 2.1 är: Billigare komponenter genom att TRP-plåten utgår och avståndet mellan stativen ökas. Större andel av arbetet kan ske inomhus i fabrik. Enklare montering på plats. Figur 3.1 Principskiss av en modifierad och förenklad MaReCo. Reflektorplåten fästs i ett fyrkantrör och pressas in i vertikala utskurna plåtar. Solfångaren planeras att byggas med fria längder på 5 10 m med given form. Problemen med att göra tillräckligt långa solfångare med bibehållen optisk form gjorde att det bestämdes att inte gå vidare med ovanstående konstruktion. Utvecklingen av en ny reflektorplåt bidrog också till att utvecklingslinjen modifierades. Ett foto på den modifierade solfångaren visas i figur 3.2. Sida 10 (23)

Figur 3.2 Foto på prototyp av ovanstående modell med plåtstöd och fyrkantrör. 4 Beskrivning av nyutvecklad konstruktion 4.1 Utvecklingsarbete under projekttiden gav förbättrad konstruktion Viktiga förutsättningar för låg anläggningskostnad är: Hög prefabriceringsgrad utan montagemoment Montage i fält utan moment av materialbearbetning. Få komponenter och låg specifik vikt. Med dessa nyckelpunkter som mål har utvecklingsarbetet resulterat i ett modulsystem där varje enskild solfångare är 6 m lång och hopkoppling till långa slingor. I ett pågående systemutvecklingsprojekt [1] har ett nytt reflektormaterial utvecklats. Detta material består av en aluminiumfolie laminerad på en stålplåt, vilket resulterar i en reflektor som kombinerar stålplåtens styrka och aluminiumplåtens höga reflektionsförmåga. Denna plåt medger att ett enklare, materialsnålare och längre reflektortråg kan tillverkas, vilket i sin tur innebär att solfångarkostnaderna kan reduceras. Uppbyggnaden av den nya plåten som kombinerar stålplåtens styrka med aluminiumets reflektans visas i figur 4.1. PET Evaporated Al A1 PET 3 >Glue 4 Stainless 2 Al-on- Figur 4.1 Principbild av uppbyggnaden av det nya reflektormaterielet som består av en tunn aluminiumfilm laminerad på en styv stålplåt. Sida 11 (23)

4.2 Resultat av utvecklingsarbetet: Reflektormoduler 6 m långa, med bockade långsidor, figur 4.5 b. Två prefabricerade betongstativ med ingjutna rör 30 x 60 mm. figur 4.5 c. Ett extra formspant mitt mellan betongstativen Prefabricerade gavlar med utstansad reflektorprofil och nithål, figur 4.5 b. Utvecklad teknik för teflontältet, figur 4.5 d-e. Reflektormodulerna kan sammankopplas till längder upp till 75 m med flexibla röröglor. Rördimensionen i kollektorerna medger att modulerna kan sammankopplas till längder upp emot 80 m. 1500 1500 1500 1500 Figur 4.2 Längdsnitt av MaReCo-modul gavlar, 2 betongstöd och 1 mittspant. Reflektorplåten består av stålplåt med laminat av aluminium. Plåtarna görs i 6 meters längder och bockas eller falsas på fabrik. Få företag kan bocka 6-meters längder, men det finns mindre falsningsmaskiner som kan inköpas till överkomlig kostnad vid lite större serier. Kostnader för falsningsverktyg enligt förfrågan är omkring 300 kkr. Figur 4.3 Detaljfigur av reflektorplåtens långsidor efter bockning. Ovansidan är reflekterande. Sida 12 (23)

Figur 4.4 visar hur solfångaren tillverkas nära en stor uppställningsplats. Den kantbockade reflektorn formas över en mall med given optisk form. Mittspant och gavlar sätts in för att fixera reflektorns form. Betongstöden ställs ut med 3 meter avstånd och plåten sätts ned i stöden. Absorbator och teflon monteras. Slutlig limmas glaset direkt mot den förbockade reflektorplåten. Alternativt sätts ett komplett tråg samman på fabrik och levereras till uppställningsplatsen tillsammans med betongstöden. Tråget sätts då in i stöden på uppställningsplatsen. a. Den färdiga reflektorplåten formas över en 6 meter lång mall. Spant och gavlar låser formen. b. Reflektorplåten sätts in i två betongstöd. c. Teflon och absorbator monteras i tråget. d. Glaset limmas direkt på den förbockade plåten och tätas Figur 4.4 Bildserie som visar de viktigaste momenten vid solfångartillverkningen. Sida 13 (23)

a. Formmall för 6-meters modul b. 6-meters MaReCo-modul med slits i gavlarna c. Betongstöd och plåtfalsning d. Teflontält över absobatorn (lab-uppställning e. Fjäderspänd ryggås för teflontältet utan reflektorlaminat) Figur 4.5 Bildserie som visar hur solfångaren sammansättes. Sida 14 (23)

4.3 Lasttest och typprovning Inom projektet har modullängder på 6 m testats och befunnits klara stipulerade laster utan bestående deformering. Typprovning är inte utförd ännu. Finsun Energi AB planerar att genomföra inledande typprovning på MaReCo-solfångare vid Statens Provnings & Forskningsinstitut under 2004. Därmed kan produkten kvalificera sig för det generella investeringsstödet för solvärme i Sverige. Om produkten klarar de inledande testerna kommer den eventuellt att testas för sk Solar Keymark-märkning vilket möjliggör export till andra EU-länder möjlig. 4.4 Metod för tillverkning av komponenter till MaReCo-modul Prefabricering Reflektorplåt skärs till i 6-meters länder Långsidor valsas (standard valsverktyg) Stödspant 1 st per modul Gavlar med utstansad slits för reflektorform Betongstöd (2 st per modul) från betongfabrik Glas från glasindustri 4.5 Metod för montage av MaReCo-moduler och sammankoppling av fler moduler Montage på plats Betongstöd ställs ut C/C 3000 mm fritt på plangjord mark Reflektortråget läggs in i betongstöden Gavlarna sätts på plats. Reflektorplåten genom slitsar i gavlarna. Absrobatorhållarna fästs i trågets botten. Absorbatorn installeras. Wire för teflontältets rygg monteras Teflonet rullas ut som ett tält över absorbatorn och fästs nertill med längsgående lister av reflektormaterial. Glaset läggs ut och limmas Modulen tätas med tätningsmassa. Modulerna sammanlänkas endast med flexibla kopplingar. Max 12-13 moduler per rad (< 80 m rörlängd) Sida 15 (23)

4.6 Moment i tillverkning och montage som utgår eller förenklats Grundprincipen är 6-meters moduler där betongstöden, två gavlar och en stödspant i mitten ger tillräcklig styvhet och absorbatorer med rördimension som gör det möjligt at koppla samman upp till 13 moduler i rad. Sammantaget finns många möjligheter till effektivisering och materialbesparing genom att nå rätt balans mellan prefabricering och arbete i fält. Inga gjutna fundament, utan prefabricerade betongstöd placeras direkt på mark Betongstödens egenvikt är tillräcklig så att infästning i mark behövs inte för vindlaster på modulen. Flera moduler i rad stöttar varandra sidledes. Prefabricerade plåtar bockade eller falsade Anliggning för glasen vid gavlar och stödspant säkrar mot glidning. Reflektorplåtens profil och tjocklek gör att stödrör längs reflektorplåtens långsidor kan uteslutas, utom korta sådana i betongstöd. Ingen materialbearbetning i fält Flexibel röranslutning mellan modulerna förenklar markplaneringsarbetet. Rördimensionen i absorbatorn medger 13 moduler i rad 4.7 Fördelar De viktigaste fördelarna med konstruktion enligt figur 4.5 jämfört med den nuvarande konstruktionen enligt figur 2.1 och aviserat förslag enligt figur 3.1 är: Färre komponenter förenklar fältarbetet Mindre materialåtgång och lägre specifik vikt (exkl. betongstöden). Större andel prefabricering ger högre precision, endast montage i fält. 4.8 Prestandaprovning av solfångaren Två moduler med arean 4 m² testades utomhus på Vattenfall Utvecklings soltak under sommaren 2003.Solfångarna har 4 mm vanligt fönsterglas och ej teflon. Verkningsgraden mättes enligt figurerna 4.6 och 4.7. Dessutom visas utbytet en enstaka solig dag i september då solen står lågt, figur 4.8. Verkningsgraden i figur 4.6 jämföres med verkningsgraden för en stor plan solfångare. Jämförelsen visar att MaReCo blir relativt sett bättre ju högre drifttemperaturen blir. Vid 50 övertemperatur och instrålningen 1000 W/m² är verkningsgraden jämförbar. Sida 16 (23)

1.0 Verk MaReCo-Plan Solfångare 0.9 0.8 Stor LGB m teflon juli 03 0.7 0.6 0.5 0.4 MaReCo, aug 03 0.3 0.2 0.1 0.0 0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 0.030 0.035 0.040 0.045 0.050 delta/i Figur 4.6 Uppmätt verkningsgrad under juli och augusti 2003 för en ny MaReCo utan teflon i jämförelse med en stor plan teflonförsedd LGB-solfångare. 1.0 Verk 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 MaReCo-smal, aug 03 0.1 0.0 0.000 0.005 0.010 0.015 0.020 0.025 0.030 0.035 0.040 0.045 0.050 delta/i Figur 4.7 Uppmätt verkningsgrad under augusti 2003 för en ny MaReCo med två smala absorbatorer och utan teflon. Sida 17 (23)

Figur 4.7 visar verkningsgraden för en solfångare med 2 smala absorbatorer. Teoretiska beräkningar visar att den förbättrade effektivitetsfaktorn bör öka den optiska verkningsgraden med en faktor 1.1. Denna förbättring tycks dock inte erhållas enligt figur 4.7. Verkningsgraden för solfångaren med 2 smala absorbatorer visar stor spridning. Det förklaras med att en springa finns mellan absorbatorerna. När ljuset faller på denna minskar verkningsgsgraden. Vidare tycks det finnas mätdata från perioder då strålningen faller gynnsamt på absorbatorerna. Då visar solfångaren med smala absorbatorer högre verkningsgrad än solfångaren med en bred absorbator. Denna effekt illustreras också i figur 4.8, som jämför solfångarna under en dag då ljuset huvudsakligen hamnar på den undre smala absorbatorn eller på undre delen av den breda absorbatorn. vilket innebär att den smala absorbatorn fås högre flänsverkningsgrad. Detta indikerar att svårigheterna att linjera upp två absorbatorer motverkar den förväntade förbättrade verkningsgraden. 500 W/m² Jämförelse bred & smal absorbator 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 08:00 09:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 030924 Pmätt MaReCo bred Pmätt8 MaReCo smal Figur 4.8 Uppmätt utbyte under en dag i september 2003 för en ny MaReCo med en bred respektive två smala absortbator. Under denna dag hamnar ljuset huvudsakligen på den undre smala absorbatorn eller på undre delen av den breda absorbatorn, vilket innebär att den smala absorbatorn fås högre flänsverkningsgrad. Tabell 4.1 visar det uppskattat årsutbyte för olika versioner av MaReCo solfångare i jämförelse med en plan solfångare. Jämförelsen är svår att göra eftersom den provade nya solfångaren har 4 mm glas av relativt hög absoptans och ej teflon runt absorbatorn. Figur 4.6 indikerar att den nyutvecklade laminerade SSAB reflektorn har något lägre optisk verkningsgrad än det bästa tillgängliga reflektormaterialet, men Sida 18 (23)

samtidigt något lägre termisk förlustfaktor. Den sistnämnda egenskapen är dock svår att förklara. I jämförelsen har vi utgått ifrån att den nya solfångaren har samma U- värde och något lägre optisk verkningsgrad än MaReCo solfångaren med alumiumreflektor. Tabell 4.1 Solfångarparametrar och energiutbyte vid drifttemperaturen 60 C. η 0b η 0d F U L [W/m²,K] E 60 [kwh/m²,år] Plan solfångare 0,80 0,73 4,0 317 Al-MaReCo 0,63 0,40 2,5 250 Al-MaReCo med Teflon 0,63 0,40 1,6 250-290 Stål-MaReCo med 0,60 0,39 1,6 240-280 Teflon Kostnadseffektiviteten för solfångarna är stark beroende på utbytet. En detaljerad jämförelse kräver att en noggrann samtidig jämförande mätning genomföres. Den försämrade optiska verkningsgraden hos den nya solfångaren beror sannolikt på att alumiumfolien påverkas vid lamineringen. Laminering har dock genomförts av SSAB endast en gång, vilket torde innebära att processen kan förbättras. Sida 19 (23)

5 Kalkylpresentation nyutvecklad konstruktion Material Arbete Färdig produkt Reflektor 143 kr/m 2 Absorbator m fästelement 2 100 kr/m Glas+tätning 62 kr/m 2 Montering 250 kr/m 2 Gavlar och spant 70 kr/m 2 Teflontape 50 kr/m 2 Transport 25 kr/m 2 Solfångare 790 kr/m 2 (VUAB 11/3) Betongstöd 90 kr/m 2 Rör, inklusive schakt och montage 173 kr/m 2 Solvärmeanläggning på Ca.500 m 2 990 kr/m 2 Ovanstående matris visar en uppskattning av materiel och arbetskostnaderna för den nya konstruktionen. P.g.a. de olika arbetsmomenten är en jämförelse realivt svår att göra. Jämförelsen indikerar dock att den nya solfångaren kan uppföras med färre arbetsmoment, mindre tidsåtgång och färre komponenter. Totalkostnaden för solfångaren uppskattas minska omkring 10%. Sida 20 (23)

6 Planering för ett demonstrationssystem Styrgruppsbeslut 2002-12-05 lade planering för ett demonstrationssystem utanför detta projekt. Prospekterade solvärmesystem i andra projekt bedömdes utgöra väl så god demonstration. Ett nu aktuellt projekt är Utveckling av Solvärmesystem för Pilängens Vårdhem i Malmö. Projektets huvudsakliga syfte är att demonstrera och prova de utvecklingssteg som genomförts inom pågående solvärmeprogram för att minska MaReCo solfångarens tillverkningskostnaderna. Uppförandet av verkliga system utgör vidare en viktig del i processen för att kommersialisera och industrialisera en nyutvecklad prisbillig konstruktion. Utan att ett antal större system har uppförts är det svårt att ange ett realistiskt pris på solfångaren. Figur 6.1 Utveckling av Solvärmesystem för Pilängens Vårdhem i Malmö. Figur 6.1 visar en animerad bild på hur det var tänkt ett fält med MaReCo solfångare kan ställas upp på mark intill Pilängens vårdhem i Malmö. I Pilängen har både uppställning på tak och mark övervägts. Både vid uppställning på mark och på plana tak kan MaReCo solfångarens låga bygghöjd vara en fördel. Solfångaren har helt enkelt inte så stark inverkan på omgivningen. Sida 21 (23)

7 Diskussion Projektets resultat visar att solfångarens konstruktion bör vara enkel imed ett minimum av komponenter. Det är lätt att underskatta den kostnadsökning som blir konsekvensen av extra detaljer och fästelement i konstruktionen. Under projektets gång identifierades tre huvudområden där konstruktionen har förbättrats och kan förbättras ytterligare och där tillverkningsmetodiken kan förändras: Antalet komponenter skall reduceras tack vare användning av kombinerade funktioner. Idagens solfångare har t.ex. reflektorn och gavlar många funktioner. Prefabricerade komponenter nyttjas konsekvent i alla delar av solfångaren Transportkostnaden reduceras genom att reflektorn levereras i platta paket för uppsättning på plats. Den kan vara färdigbearbetad men inte formad till den reflektorgeometri som används, då den isåfall blir skrymmande med låg vikt i relation till transporterad volym. En sådan metodik kräver dock att ett större system skall sättas upp. Inom tidigare använd tillverkningsmetodik för Marecon har detaljer i solfångaren bearbetats på plats vid i solfångarfältets uppförande. Om bearbetning genomföres vid komponentframställningen med sådan precision att efterbearbetning ute på plats kan uteslutas så reduceras behovet av verktyg och arbetstid. Kostnaden för den ursprungliga Mareco solfångaren var enligt offert av Finsun 1187 kr/m² och ett uppskattat temperaturberoende solutbyte om 250-290 kwh/m², år, vilket ger en specifik energikostnad om 4,10-4,70 kr/kwh, år. För den förbättrade konstruktionen beräknas uppförandekostnaden till 1000-1050 kr/m² med ett solutbyte på 240-280 kwh/m², år, vilket ger en specifik energikostnad om 3,60-4,20 kr/kwh, år, vilket i nivå med projektets mål. Exakta kostnadsuppskattningar är dock svåra att ange innan stora anläggningar har uppförts. Kostnadseffektiviteten för solfångarna är stark beroende på utbytet. En detaljerad jämförelse kräver att en noggrann samtidig jämförande mätning genomföres. Den försämrade optiska verkningsgraden hos den nya solfångaren beror sannolikt på att alumiumfolien påverkas vid lamineringen. Laminering har dock genomförts av SSAB endast en gång, vilket torde innebära att processen kan förbättras. Uppförandet av verkliga system utgör vidare en viktig del i processen för att kommersialisera och industrialisera en nyutvecklad prisbillig konstruktion. Utan att ett antal större system har uppförts är det svårt att ange ett realistiskt pris på solfångaren. Det är önskvärt att fortsatt utvecklingsarbete kan kopplas till behov som uppstår vid uppförande av relativt stora system. Sida 22 (23)

8 Referenser 1 Helgesson A. & Karlsson B, FUD 01:31 Infallsvinkelberoende, rapport U 02:110, Vattenfall Utveckling AB 2. Rönnelid M, Optimised truncation of a wide acceptance angle CPC collector, ISES Solar world congress 2003 3. Helgesson A. mfl FUD 02:54 Utveckling av en laminerad stålreflektor, rapport U 03:56, Vattenfall Utveckling AB Sida 23 (23)