Bred forskning om solenergi

Några mil söder om Orlando, Florida, finns ett av USA:s två forskningscentrum för solenergi. Men verksamheten är bredare än så, här finns bland annat ett kontorshus för simulering av luftläckage och en villa med en helautomatisk barnfamilj.

FSEC är ett av USA:s två centrum för solenergiforskning, och besöktes av tre hela busslaster från Ashraes vintermöte i Orlando i januari i år.

Inne i den amerikanska typvillan slår ugnen plötsligt på.
– Det måste vara eftermiddagens bullbak, innan barnen kommer hem från skolan, förklarar vår värd.
Villan är helt automatiserad och simulerar på egen hand en vanlig, amerikansk familj med hemmafru och två barn.  Ugnen slår till och från liksom lampor och hemelektronik. Duschen duschar för sig själv varje morgon och kväll. Luftfuktare simulerar utandningsluft från individerna.
I villan provas framför allt luftkonditionering av olika slag. Huset står på gräsmattan utanför FSEC, Florida Solar Energy Center, beläget några mil söder om Orlando i Florida, USA. Centret startades av staten Florida mitt i 1970-talets oljekris och är i dag ett av USA:s två forskningscentrum för solenergi. Sedan starten har forskningen breddats och omfattar nu mycket mer än så.

Exakt schema
Faktum är att FSEC är svårt att få grepp om på kort tid. Detta har även arrangörerna av detta besök insett. Energi & Miljö är här som en del av en stor grupp, tre fullastade bussar har gått från Ashraes (den amerikanska motsvarigheten till Energi- och Miljötekniska Föreningen) vintermöte för ett studiebesök. Alla delas in i mindre grupper, som med militärisk precision tilldelas en värd och får ett schema att följa ner på minuten. FSEC är extra stolta över sitt alldeles nya kontorshus, och först tågar vi genom korridorer med takfönstren riktade mot norr och andra detaljer, som är betydelsefulla i ett varmt och fuktigt klimat som Floridas.
I serverrummet är det svalt och skönt, men det brummar och dunkar som i maskinrummet på ett fartyg. Här har centrets forskare utvecklat energiberäkningsprogrammet Energy+  och mjukvaran Information Monitors för realtidsövervakning och analys av energianvändning i byggnader. Utvecklingen pågår fortfarande och forskarna har inga problem att få in forskningsmedel enligt forskningschefen, som passar på att försöka sälja programvaran till gästerna.

Många tester
Byggnaden bredvid består av laboratorier, här pågår experiment med bland annat biobränsle. Teknik för att omvandla rester från apelsinindustrin till biogas är ett av projekten, biodiesel från alger ett annat och energilagring i saltvatten ett tredje. Forskarassistenten Vincent Storhaug gör sitt bästa för att förklara allt detta inom loppet av tio minuter, men får ge upp när gruppen vallas vidare.
Men även om FSEC breddat sin verksamhet till forskning om biobränslen och byggnaden som system, så är solenergin fortfarande central. Det syns bland annat på gräsmattan framför kontorsbyggnaden, där solfångare står uppställda på släpvagnar. Varje dag körs solfångarna ut och ställs på plats för att testas.  I dag finns här bland annat en typisk ”pool-collector”, alltså en solfångare utvecklad för att värma vattnet i en utomhuspool.
– Vi mäter bland annat vindhastighet, vindriktning och solinstrålning. All information vi får fram publiceras på FSEC:s hemsida till glädje för konsumenterna, säger Caleb Reninger, assistent på avdelningen för forskning om solenergi.

Hur bra är solfångaren? De tre ”cd-skivorna” på sidan av solfångaren mäter olika typer av solinstrålning. Alla testresultat publiceras på forskningsinstitutets hemsida.

Kan ta månader att utvärdera
En vanlig plansolfångare tar tre till sju dagar att utvärdera, om vädret är det rätta. Under sommaren är det ofta moln och regn i Florida, då kan teknikerna få vänta i flera månader på att få ihop tillräckligt många soltimmar med rätt förhållanden.
– Vi testar solfångarna vid olika temperaturer, och vid olika vindhastighet vid dessa temperaturer, berättar Caleb Reninger.
För att hjälpa naturen lite på traven har testriggarna en fläkt längs ena kanten, som kan simulera vind vid behov.
Förutom dessa tester utförs långtidsprov av åtta större system åt gången, som är fast monterade under hela perioden . Ännu har FSEC inte utfört något sådant test på solfångare avsedda för kallt klimat.
När det gäller solel sker testerna huvudsakligen inomhus i en solsimulator, efter standardiserade metoder. Ett typiskt småhussystem i Florida ger omkring 5 kW, eller 25 kWh per dag, vilket enligt FSEC är ungefär hälften av den el som ett hushåll behöver. Här bedrivs också en utbildning i montering och inkoppling av den del av elektroniken som inte kräver elektriker.

Flera experimenthus
Ute på gräsmattan finns flera experimenthus, bland annat två bodar för att prova nattkyla och ett litet, modernt kontorshus med något udda utseende. Här testas lufttäthetens betydelse. Byggnaden kan fås att läcka kontrollerat på olika sätt, dels internt mellan utrymmet ovan undertak och rummen, dels från kanalerna och dels genom ytterväggarna. På så sätt testas läckagets inverkan på energianvändningen. Ett läckage på 30 procent från kanalerna ökar till exempel energianvändningen för kyla med 57 procent. Om man då istället för att täta kanalerna tätar undertaket sjunker de 57 procenten till 35 procents ökad energianvändning. ”Vilket fortfarande är mycket” muttrar den ansvarige forskaren, som inte har höga tankar om Floridas ventilationsanläggningar.
– Staten ställer inga krav på täthetsprovning i kommersiella byggnader. Kalifornien har precis börjat kräva det. Däremot finns krav på trycktestning av kanalsystem i större kommersiella byggnader, och den som har ett bra system kan tjäna på det. Men felen är oftast fabrikationsfel, säger han.
Men hur var det med den automatiserade familjen? Jo i typvillan, bakom vardagsrumsväggen med den öppna spisen, sitter en tekniker och granskar data på en skärm. Här syns också ett av de system som testas för tillfället, en värmepump monterad på toppen av en varmvattenberedare. På så sätt vill forskarna undersöka den eventuella förtjänsten med att kombinera luftkonditionering och varmvatten. Slutsatserna hittills är att ett sådant system har en återbetalningstid på ungefär 2,5 år i Floridas klimat, och gör sig bäst i tropiska områden.

Dagsljusstyrd belysning
FSEC avslutar med att ta oss alla tillbaka in i den egna byggnaden, som förstås ska uppfylla alla önskemål på bra arbetsmiljö och låg energianvändning. Penny Hall får finna sig i att få sin arbetsplats invaderad när grupp efter grupp kikar in på kontoret. Arkitekten har arbetat med solavskärmning inte bara utvändigt. Inne i kontorsrummet sitter en ”hylla” som reflekterar solljuset från övre delen av fönstret upp i taket, och armaturen är både energisnål och dagsljusstyrd.
– Det fungerar mycket bra, och jag trivs, försäkrar hon.
Det en gång så specialiserade solenergicentrumet har därmed tagit steget att också arbeta med god innemiljö.

Ingar Lindholm, Energi & Miljö 3/10