Geoenergi utgörs i huvudsak av solenergi, som passivt lagras i mark, berg och grundvatten. Solenergin når – tack vare direktinstrålning, nederbörd och vind – några hundra meter i marken. Ner till ett djup av ca 10-15 m, ses årstidsvariationer i marktemperaturen, därefter är temperaturen jämn under året, och ungefär lika hög som luftens årsmedeltemperatur. På större djup fås en gradvis ökning av temperaturen genom värmen som alstras i jordens inre och som strömmar upp mot markytan – så kallad geotermisk värme. I Sverige ökar temperaturen i marken med ca 1-2 grader per hundra meters djup, och det geotermiska värmebidraget är mindre än 5% av det totala värmeinflödet.
Med hjälp av geoenergianläggningar kan vi utvinna geoenergi för att både värma och kyla våra hus. När vi vintertid utvinner värme, kyls jord/berg något för att under sommaren åter värmas upp (återladdas) med hjälp av solvärme (ovanifrån) och en liten del geotermisk värme (underifrån). När vi nyttjar marken för kyluttag, värms marken istället upp.
Det är viktigt att dimensionera ett geoenergisystem så att det råder balans mellan aktivt uttag och omgivningens passiva återladdning. Om uttaget är större än den passiva återladdningen från omgivningen kan man aktivt återladda marken. Baserat på detta skiljer vi mellan passiva och aktiva geoenergisystem
Bergvärme är det vanligast förekommande geoenergisystemet, och används företrädelsevis till villor men även fastigheter med flera hundra lägenheter. Bergvärme är ett passivt system där värme tas upp ur marken och nyttjas som värmekälla till en värmepump. Marken återladdas passiv från omgivningen. För villor borras en slangförsedd energibrunn till 100-200 meters djup på den egna fastigheten, och för större anläggningar borras ett större antal borrhål som förläggs glest. En köldbärarvätska cirkuleras i slangen och hämtar värme från berget. Systemet är slutet och kräver minimalt med underhåll. Systemet kan även användas för komfortkylning vilket i så fall genererar ett gynnsamt tillskott till värmesäsongen genom den aktiva återladdningen.
Bergkyla bygger på samma princip som bergvärme men nyttjar istället bergets temperatur för kylning. Marken värms då upp, och värmen leds passivt bort till omgivningen. Kylningen kan ske både med och utan kylmaskin.
Ytjordvärme är en passiv geoenergiform som kan användas då man har en större plan tomt. Slangar plöjs eller grävs ned på ett djup av ca 1 m. Systemet bygger oftast på att frysa en del av markens fuktighet. Vid frysningsprocessen frigörs stora värmemängder (isbildningsvärme) som förs över till köldbäraren i slangsystemet. Ytjordvärme kan inte användas för komfortkylning eftersom temperaturen i marken blir för hög.
Grundvattenvärme är det effektivaste sättet att nyttja geoenergi. Grundvattnet som energibärare pumpas ur en eller flera brunnar och återförs till grundvattenmagasinet igen efter värmeuttaget. Systemet förutsätter att det finns uttagbart grundvatten inom eller i närheten av fastighetens gränser.
Grundvatten kan med fördel också användas för komfort- och processkylning. Systemen är oftast storskaliga, och kan vara både passiva och aktiva.
De storskaliga systemen benämns akviferlager och lagrar både värme och kyla på olika ställen i grundvattenmagasinet (akviferen), som då får en varm och en kall sida. Systemen är mycket effektiva och kylbehovet klaras vanligtvis med frikyla utan behov av kylmaskin. För grundvattenvärme krävs vattendom, och tillståndsprocessen kan ibland vara både tidskrävande och komplicerad.
Sjövärme räknas till passiv geoenergi och nyttjar värme från botten av sjöar och vattendrag. Slangar förläggs i slutna slingor och förankras på botten av sjön eller vattendraget, och värmen används som värmekälla till en värmepump. Systemet förutsätter att det finns en lämplig sjö eller vattendrag inom eller i närheten av fastigheten.
Borrhålslager är aktiva geoenergisystem i större skala och används till större fastigheter och industrier som både behöver värme och kyla. Principen är huvudsakligen densamma som för bergvärmen, men med tätare placerade borrhål vilket skapar förutsättningar för aktiv säsongslagring av värme och kyla genom att en större bergsvolym värms eller kyls. Under vintern tas värme ur berget som då kyls ned. Det nedkylda berget används sedan under sommaren för produktion av komfortkyla. Vid uttag av kyla återvärms berget till ursprunglig temperatur. På så sätt utnyttjas energin mer än en gång. Lagret blir effektivare ju större det är. I de flesta fall är lagervolymen större än 100 000 kubikmeter med ett 30-tal borrhål. Det finns flera svenska exempel på borrhålslager med fler än 100 borrhål. Avståndet mellan borrhålen i är oftast 4-6 m. Antalet hål, håldjup och avstånd beror, förutom energilastens storlek, främst på geologin och bergets termiska egenskaper.
Borrhålslagren innehåller inga rörliga delar och kräver därför ett minimum av tillsyn och underhåll. Dessa lager har dessutom en mycket lång livslängd och kan i princip avskrivas i samma takt som de fastigheter de betjänar. Tillståndsprocessen är vanligen enkel. Borrhålslagren kräver förhållandevis liten yta och oftast går det att utnyttja parkeringsplatser, grönområden och liknande. Det finns också exempel på lager som ligger under byggnader.
Grop- och bergrumslager är en ovanligare form av geoenergi, där varmt eller kallt vatten lagras i bergrum under marken. Det finns ett fåtal exempel på denna teknik i Sverige och systemen är storskaliga. Tekniken kan även användas för att lagra snö i gropar eller bergrum för att nyttja som direktkyla eller fjärrkyla. Sundsvalls Sjukhus snölager är ett sådant system.
