HEINI LUOSTARINEN AURINKOENERGIAN HYÖDYNTÄMINEN SÄHKÖNTUOTAN- NOSSA KESÄASUNNOLLA SELVITYS ASIAKKAALLE. Kandidaatintyö

Transkriptio

1 HEINI LUOSTARINEN AURINKOENERGIAN HYÖDYNTÄMINEN SÄHKÖNTUOTAN- NOSSA KESÄASUNNOLLA SELVITYS ASIAKKAALLE Kandidaatintyö Tarkastaja: lehtori Aki Korpela Tarkastettavaksi jätetty:

2 II TIIVISTELMÄ TAMPEREEN TEKNILLINEN YLIOPISTO Sähkötekniikan koulutusohjelma LUOSTARINEN, HEINI: Aurinkoenergian hyödyntäminen sähköntuotannossa kesäasunnolla selvitys asiakkaalle Kandidaatintyö, 24 sivua, 3 liitesivua Syyskuu 2009 Pääaine: Vaihtoehtoiset sähköenergiateknologiat Tarkastaja: lehtori Aki Korpela Avainsanat: Hajautettu sähköntuotanto, aurinkoenergia, aurinkokenno, aurinkopaneeli, kesäasunnon sähköntuotanto Suomi on uusiutuvan energian hyödyntämisessä yksi Euroopan Unionin kärkimaista mutta aurinkoenergian käyttö maassamme on melko vähäistä. Kuitenkin auringon vuosittaisen säteilyn määrä Suomessa on lähes sama kuin Keski-Euroopassa. Aurinkoenergian käytön maassamme voikin olettaa kasvavan. Siksi myös tämän työn asiakas haluaa selvittää aurinkoenergian hyödyntämisen mahdollisuuksia kesä-asunnollaan. Tämän kandidaatintyön tavoitteena on määrittää asiakkaan tarpeet ja sovittaa ne tarjolla oleviin vaihtoehtoihin sekä selvittää eri vaihtoehtojen kustannukset. Työssä on tarkoitus pohtia myös sitä, millaisia ominaisuuksia asiakkaan aurinkosähköjärjestelmässä tulisi olla. Työssä esitellään sekä aurinkoenergiaa yleisesti että aurinkosähkön teoriaa. Esille tuodaan myös erilaisten aurinkosähköjärjestelmätyyppien eroja ja niiden toteutusta. Asiakkaan tarpeita kartoitettaessa on menetelmänä käytetty kyselyä. Kyselyn tulosten perusteella selvitetään asiakkaan sähkönkulutuksen jakautumista eri kulutuskohteiden kesken. Näin saadaan määritettyä asiakkaalle parhaiten soveltuva aurinkosähköjärjestelmä. Asiakkaan tarpeiden pohjalta tutustutaan eräisiin Suomessa toimiviin yrityksiin, jotka toimittavat aurinkosähköjärjestelmiä. Työssä esitellään tarkemmin kahdeksan yritystä, joiden tuotteita ja hintoja verrataan toisiinsa. Asiakkaan tarpeita ja tarjolla olevia aurinkosähköjärjestelmiä verrattaessa todettiin, ettei koko sähkönkulutuksen kattaminen aurinkosähköllä ole järkevä tavoite. Asiakkaan suuren sähkönkulutuksen vuoksi aurinkosähköjärjestelmän kustannukset eivät ole verrattavissa saavutettavaan hyötyyn. Mikäli asiakas haluaa tutustua aurinkosähkön käyttöön kesäasunnollaan käytännössä, hänelle suositellaan pienempää ja kohteen muusta sähköjärjestelmästä erillistä aurinkosähköjärjestelmää, jolla pyrittäisiin kattamaan muun muassa valaistus kohteen päärakennuksen ulkopuolisissa rakennuksissa. Asiakkaalle on toimitettu selvityksestä raportti, josta käyvät ilmi selvityksessä käytetyt menetelmät, todetut vaihtoehdot ja suositeltavat toimenpiteet.

3 III ALKUSANAT Tämä kandidaatintyö on tehty Tampereen teknillisen yliopiston elektroniikan laitokselle, sähkömagnetiikan yksikölle. Työ on tehty kesän ja alkusyksyn 2009 aikana. Kiitän työni ohjaajaa Aki Korpelaa neuvoista niin itse asiaan kuin tekstin viilaukseenkin liittyen. Kiitän myös Jouni Pylvänäistä ja Esa Tapanaista asiantuntija-avusta liittyen aurinkopaneeleihin ja sähköverkkoon sekä Pekka Luostarista ohjauksesta raportinkirjoituksessa. Lopuksi kiitokset perheelleni ja muille, jotka tukivat minua työn suorituksessa. Tampereella Heini Luostarinen

4 IV SISÄLLYS 1. Johdanto Aurinkoenergia Aurinkokennon toiminta Aurinkokennot ja aurinkopaneelit Aurinkoenergia lämmöntuotannossa Aurinkoenergia sähköntuotannossa Tarkasteltava kohde Yleinen esittely Kohteen ulkoinen kuvaus Asiakkaan aikaisemmat energiaratkaisut Kohteen sähkönkulutus Vaihtoehtojen määrittely Palveluntarjoajat Aurinkosähköjärjestelmien vertailu Sähkötehon määrä Aurinkosähköjärjestelmän liittäminen sähköverkkoon Valitun yrityksen ja järjestelmien esittely sekä kustannusten kartoitus Järjestelmien yleinen esittely Järjestelmien kustannukset ja takaisinmaksuajat Järjestelmien huoltotarve Järjestelmien asennus Suositellut ratkaisut ja jatkokehitysmahdollisuudet Yhteenveto...23 Lähteet...25 Liitteet...27

5 V TERMIT JA NIIDEN MÄÄRITELMÄT a-si CdTe CIS DSSC GaAs Invertteri Wp Amorfinen pii, toisen sukupolven aurinkokennon valmistusmateriaali. Amorfisella aineella ei ole säännöllistä kiderakennetta. Epäpuhdasta amorfista piitä saadaan esimerkiksi kuumentamalla kaliumia piitetrafluoridin kanssa. Kadmiumtelluridi, toisen sukupolven aurinkokennon valmistusmateriaali. Tämä on kadmiumin ja telluurin muodostama yhdiste, joka kuuluu kemiallisilta ominaisuuksiltaan puolijohteisiin. Kupari-indiumdiselenidi, toisen sukupolven aurinkokennon valmistusmateriaali. Tämä on kuparin, indiumin ja seleenin yhdiste, joka kuuluu kemiallisilta ominaisuuksiltaan puolijohteisiin. Yhdisteessä voi olla mukana myös galliumia. Dye-Sensitized Solar Cell, kolmannen sukupolven aurinkokennoihin lukeutuva väriaineaurinkokenno. Väriaineaurinkokennot ovat ohutkalvotekniikalla toteutettuja ja niiden valmistuskustannukset ovat huomattavasti matalammat verrattuna perinteiseen piipohjaiseen aurinkokennoon. Galliumarsenidi, toisen sukupolven aurinkokennon valmistusmateriaali. Tämä on galliumin ja arseenin muodostama yhdiste, joka kuuluu kemiallisilta ominaisuuksiltaan puolijohteisiin. Invertteri, eli vaihtosuuntaaja on elektroninen laite, joka muuttaa tasajännitettä/virtaa vaihtojännitteeksi/virraksi. Watt peak, huipputehon yksikkö, jolla kuvataan aurinkopaneelien tehoa.

6 1 1. JOHDANTO Uusiutuvien energiamuotojen käyttö energianlähteenä on kasvanut voimakkaasti ja sen odotetaan kasvavan jatkossakin. Tähän vaikuttaa niin öljyn nouseva hinta kuin myös huoli ympäristömme tilasta. Kokonaisenergiankulutuksesta Suomessa vuonna 2005 uusiutuvien energiamuotojen osuus oli 23,2%, kun vuonna 2007 osuus oli jo 25%. Suomessa käytetyin uusiutuvan energian muoto on bioenergia, jota saadaan tyypillisesti puusta ja puuperäisistä jätepolttoaineista. Bioenergian osuus vuonna 2007 oli noin 83% uusiutuvan energian kokonaistuotannosta. Vesivoimaa käytetään toiseksi eniten, sen osuuden ollessa noin 14%. Jäljelle jäävään, hieman alle neljään prosenttiin, lukeutuvat tuuli- ja aurinkoenergia, lämpöpumput, biokaasu sekä kierrätyspolttoaineet. [1; 2] Vaikka Suomi kuuluukin uusiutuvan energian hyödyntämisessä Euroopan Unionin kärkimaihin, on aurinkoenergian hyödyntäminen maassamme vähäistä. Mielenkiintoa aurinkoenergiaan laskee muun muassa järjestelmien korkea hinta ja aurinkosäteilyn kausiluonteisuus. Auringon vuosittaisen säteilyn määrä Suomessa on kuitenkin lähes sama kuin Keski-Euroopassa ja kesällä pitkät päivät sopivat erinomaisesti aurinkoenergian hyödyntämiseen. [3] Suomessa aurinkoenergian hyödyntäminen on keskittynyt pääasiassa kohteisiin, jotka eivät muuten ole yhteydessä sähköverkkoon. Esimerkiksi Saksassa aurinkoenergian käyttöön on panostettu huomattavasti enemmän ja aurinkosähköjärjestelmiä on asennettu yli tuhatkertainen määrä (yli 5500 kw) [4]. Keski-Euroopan runsaampi aurinkoenergian hyödyntäminen Suomeen verrattuna selittyy muun muassa valtioiden tukitoimilla. Esimerkiksi Italiassa ja Saksassa sähköyhtiöt ovat velvollisia ostamaan kuluttajan aurinkopaneeleilla tuottaman sähkön, joka jää kuluttajalta yli. Kuluttajan on siis taloudellisesti kannattavaa sijoittaa aurinkosähköjärjestelmään ja mitoittaa se siten, että sähköä tulee tuotetuksi enemmän kuin kohteessa on kulutusta. Näin järjestelmä tuottaa kuluttajalle voittoa. Tilastokeskuksen mukaan Suomessa oli vuoden 2007 lopussa kesäasuntoa [5]. Näistä sähköverkkoon yhteydessä vuoden 2003 lopussa on ollut noin 70% mutta sähköä tuotettiin myös aurinkopaneeleilla ja generaattoreilla, joten todellisuudessa sähköistettyjä kesäasuntoja oli yli 80% [6]. Aurinkoenergian hyödyntäminen lisääntyy niin yritysten panostaessa suurempiin aurinkovoimalayksiköihin kuin myös pienasiakkaiden kasvavan kiinnostuksen ansiosta. Siksi myös tämän kandidaatintyön asiakas halusi kartoittaa mahdollisuudet aurinkosähkön hyödyntämiseksi myös heidän kesäasunnollaan.

7 2 Tämän kandidaatintyön aiheena on aurinkosähkön hyödyntäminen energiantuotannossa asiakkaan kesäasunnolla. Tavoitteena on määrittää asiakkaan tarpeet ja sovittaa ne tarjolla oleviin vaihtoehtoihin. Näin ollen tulisi löytää asiakkaalle parhaiten sopiva ratkaisu ja määrittää ratkaisun kustannukset. Työssä on tarkoitus pohtia myös sitä, onko aurinkosähköjärjestelmä paras mahdollinen uusiutuvan energian hyödyntämismenetelmä asiakkaalle. Asiakkaalle tullaan esittämään ratkaisuehdotuksen lisäksi myös mahdollisia jatkokehitysvaihtoehtoja, joita käsitellään tämän dokumentin luvussa 5.5. Tässä dokumentissa käsitellään myös aurinkoenergiaa yleisesti. Tarkoituksena on esittää aurinkoenergian toimintaperiaatteita sekä selvittää hyödyntämismahdollisuuksia pienasiakkaan näkökulmasta. Luvussa 2 esitellään aurinkoenergian teoriaa ja aurinkoenergiaa sähköntuotannon näkökulmasta. Luku 3 esittelee tarkasteltavan kohteen ja asiakkaan tarpeet tarkemmin. Luvussa 4 selvitetään, mistä aurinkosähköjärjestelmiä on mahdollista hankkia ja millaisia järjestelmiä on tarjolla. Luvussa 5 perehdytään tarkemmin valitun järjestelmän ominaisuuksiin sekä suunnitelman toteutukseen.

8 3 2. AURINKOENERGIA Aurinkoenergialla tarkoitetaan auringon säteilyyn sitoutunutta energiaa. Auringon säteily mahdollistaa elämän maapallolla ja antaa energian luonnon prosesseille. Se on uusiutuva energianlähde eikä siitä suoraan synny päästöjä. Päästöttömyyttä arvioidessa tulee kuitenkin ottaa huomioon laitteiden valmistuksesta ja järjestelmien kuljetuksesta ja asennuksesta syntyvät päästöt. Epäsuoralla aurinkoenergialla tarkoitetaan käytännössä kaikkia muita energiamuotoja, paitsi suoraa aurinkoenergiaa ja ydinenergiaa. Myös maahan lämpönä sitoutunut energia luetaan aurinkoenergiaksi, kun ollaan tarpeeksi lähellä maan pintaa. Satojen kilometrien syvyydessä puhutaan jo geotermisestä energiasta, joka on lähtöisin maan sisuksen reaktioiden tuottamasta lämmöstä eikä auringosta. Arvioidaan, että jos maahan tuleva aurinkoenergia saataisiin kokonaisuudessaan hyödynnetyksi, riittäisi kahden tunnin säteilymäärä kattamaan koko maapallon vuotuisen energiantarpeen [3] Aurinkokennon toiminta Aurinkokennon toiminta perustuu valosähköiseen ilmiöön. Valosähköinen ilmiö tarkoittaa sähkömagneettisen säteilyn, eli tässä tapauksessa auringon säteilyn, fotonien ja aineen elektronien välistä vuorovaikutusta. Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että aineessa oleva elektroni voi saada fotonista niin paljon energiaa, että sen on mahdollista irrottautua atomiytimen vetovoimasta. Tämä siirtynyt energia saadaan aurinkokennon rakenteen ansiosta hyödynnettyä jännitteenä ja sähkövirtana. [7] Sähkövirran merkittävä tuotanto alkaa, kun aurinko nousee horisontin yläpuolelle. Kun yhdistetään tämä ominaisuus ja Suomen kesän pitkät päivät, on aurinkoenergian hyödyntämiseen panostaminen kesäasunnoilla perusteltua. Olosuhteilla onkin huomattava merkitys aurinkokennojen toimintaan. Pilvet taittavat auringon säteilyä ja tummat sadepilvet vähentävätkin maahan saapuvaa auringon säteilytehoa noin 75%. Havainnollistuksena voidaan todeta, että aurinkoisena päivänä esimerkiksi 125 watin (W) aurinkopaneelin tuottama sähköenergia on noin 0,8 1 kilowattituntia (kwh), kun puolipilvisenä päivänä se on noin 0,4 0,6 kwh. Säteilytehon lisäksi aurinkokennon toimintaan vaikuttaa alentavasti myös sen lämpötila. Aurinkokennon lämpötilaa nostaa se, että osa auringon säteilyn fotonien energiasta muuttuu lämpöenergiaksi. Myös osa aurinkokennolla syntyvästä sähköenergiasta muuttuu aurinkokennon fyysisten ominaisuuksien takia lämpöenergiaksi. [7]

9 Aurinkokennot ja aurinkopaneelit Markkinoilla myytävät aurinkokennot ovat yleisimmin, noin 90% myydyistä, niin kutsuttuja ensimmäisen sukupolven aurinkokennoja, jotka on valmistettu yksikiteisestä tai monikiteisestä piistä. Yksikiteisen piin valmistusprosessiin kuuluu monia vaiheita, mikä nostaa kustannuksia. Monikiteisen piin hyötynä on se, että sitä voidaan käyttää aurinkokennoissa epäpuhtaampana, jolloin kustannukset laskevat. Huonona puolena monikiteisesessä piissä voidaan pitää sitä, että sähkövirran kulkua voivat häiritä kiteiden väliset rajat. Piin työstämiseen aurinkokennoiksi ei tämän työn puitteissa perehdytä tämän yksityiskohtaisemmin. [7] Näiden ensimmäisen sukupolven piiaurinkokennojen vahvuutena on niiden toiminnallinen luotettavuus ja pitkälle kehitetyt valmistusmenetelmät. Heikkoutena voidaan pitää korkeita valmistuskustannuksia ja aurinkokennojen paksuutta. Piistä valmistetut aurinkokennot vaativat auringon säteilyn fotonien absorboitumiseen noin 100 mikrometrin (µm) paksuuden. Käytännössä nämä ovat kuitenkin paksuudeltaan µm. [7] Piistä valmistettujen aurinkokennojen lisäksi saatavilla on myös ohutkalvotekniikalla toteutettuja aurinkokennoja. Näitä kutsutaan myös toisen sukupolven aurinkokennoiksi. Ne poikkeavat ensimmäisen sukupolven aurinkokennoista siten, että ne ovat huomattavasti ohuempia ja elastisempia rakenteeltaan. Fotonien absorboitumiseen tarvittava paksuus on yhden mikrometrin luokkaa. Valmistusaineina toisen sukupolven aurinkokennoissa ovat muun muassa galliumarsenidi (GaAs), kadmiumtelluridi (CdTe), kupariindiumdiselenidi (CIS) sekä amorfinen pii (a-si). [7] Lisäksi paljon kehitystyötä tehdään niin kutsuttujen kolmannen sukupolven aurinkokennojen parissa, jotka pohjautuvat nanotekniikkaan. Näistä tällä hetkellä tutkituin on väriaineaurinkokenno (DSSC), jossa auringon säteilyn fotonit absorboituvat puolijohdemateriaalin pintaan kiinnittyneissä väriainemolekyyleissä. Väriainemolekyyleistä siirtyy elektroneja puolijohteeseen. Aurinkokennojen kehityksessä pitkän aikavälin tavoitteena on kehittää aurinkokenno, jolla olisi mahdollisimman hyvä hyötysuhde ja silti mahdollisimman edullinen hinta. [7] Aurinkopaneeli koostuu yleensä sarjaankytketyistä aurinkokennoista, joita esimerkiksi 12 voltin (V) akun lataamiseen soveltuvassa aurinkopaneelissa on 36 kappaletta. Aurinkokennot on koteloitu. Kotelointi suojaa niitä esimerkiksi linnuilta ja muilta pieneläimiltä sekä puista putoavilta oksilta. Yksi koteloinnin tärkeimmistä tehtävistä on suojata aurinkokennon metalliosia ja liitoksia kosteudelta sekä toimia niin sähkö- kuin lämpöeristeenäkin. [7]

10 Aurinkoenergia lämmöntuotannossa Aurinkoenergiaa hyödynnetään yleensä käyttöveden lämmitykseen niin sanottujen aurinkokeräinten avulla. Maahan tulevasta auringon säteilystä saadaan lämpöenergiana hyödynnettyä noin 25 35%. Aurinkokeräimet voidaan myös liittää vesikiertoiseen lämmitysjärjestelmään. Oikein mitoitetulla aurinkolämpöjärjestelmällä voidaan kattaa jopa puolet omakotitalon vuosittaisesta lämmitystarpeesta Suomen oloissa. [1] Aurinkolämpöjärjestelmä koostuu yleensä aurinkokeräimistä, varaajasta, pumppu- ja ohjausyksiköstä sekä putkistosta. Järjestelmän toiminta perustuu siihen, että putkistossa kiertää jäätymätön vesi glykoliseos, joka absorboi aurinkokeräimen pinnalta auringon lämpösäteilyn. Lämmitetty seos siirretään varaajaan, jossa se lämmittää käyttöveden. Putkisto on hyvin eristetty lämpökadon minimoimiseksi. Aurinkokeräimen materiaalina on yleensä tummapinnotteinen kuparipelti, joka toimii selektiivisesti absorboiden auringon lämmön tehokkaasti mutta päästäen vain hyvin vähän energiaa takaisin ympäristöön. Tämä ominaisuus perustuu siihen, että kuparipellin päällä on lasilevy, joka päästää auringon säteilyn hyvin lävitseen mutta ei kuparipellistä lähtevää lämpösäteilyä. Selektiivisyys on loistava ominaisuus vuodenaikavaihtelut ja matalat ulkolämpötilat huomioiden. [1; 8] 2.4. Aurinkoenergia sähköntuotannossa Naps Systems Oy:n internetsivuilla kerrotaan aurinkosähköjärjestelmän yleensä koostuvan aurinkopaneelista, akuista sekä ohjausyksiköstä, jota voidaan nimittää myös lataussäätimeksi. Se on laite, joka valvoo järjestelmän toimintaa ja muun muassa estää akkujen ylilatausta. Aurinkosähköjärjestelmissä aurinkopaneelit mitoitetaan yleensä 12 V käyttöjännitteelle. Tämä on tasajännitettä. Kodin normaaliin 230 V vaihtojännitteeseen päästään, kun järjestelmään kytketään invertteri eli vaihtosuuntaaja. Paneelin tuottama sähkö voidaan johtaa suoraan kulutuslaitteille pistorasioiden kautta tai varastoida akkuihin. Aurinkosähköä käytettäessä tulee huomioida myös se, että tuotanto voi vaihdella hetkittäin. Tämä ilmenee valojen välkkymisenä ja sähkölaitteiden häiriöinä [10]. [9] Aurinkopaneelien tehoa kuvataan huipputehon yksiköllä Wp. Ympäristöenergian internetsivulla esitetään esimerkki aurinkopaneelista, jonka huipputeho on 80 Wp [8]. Paneeli tuottaa kesäpäivänä keskimäärin wattituntia (Wh) päivässä, josta noin 220 Wh saadaan hyödynnettyä. Tämä mahdollistaa esimerkiksi television ja digitaalisen vastaanottimen yhdistetyn käytön noin kolmeksi tunniksi päivässä. Karkeasti voidaan olettaa, että yksi watti paneelin ilmoitetussa huipputehossa vastaa noin tuhannen wattitunnin tuottoa vuodessa.

11 Aurinkopaneeleita hyödynnetään jo monien pienten sähkölaitteiden energianlähteenä. Saksassa on muun muassa pysäköintimittareihin usein liitetty aurinkopaneeli, joka tuottaa laitteen kuluttaman sähkön. Suomessakin voi hankkia esimerkiksi asunnon katuosoitteen numeroa kuvaavan ulkovalon pienellä aurinkopaneelilla varustettuna. Tällaisten sovellusten voi odottaa lisääntyvän aurinkokennojen tuotannon kustannusten laskiessa. Näissä esimerkeissä on kyse verrattain pienitehoisista aurinkopaneeleista. Oikein mitoitetulla aurinkosähköjärjestelmällä on kuitenkin mahdollista kattaa jopa koko kesäasunnon sähköntarve kesäkuukausina, jos kesäasuntoa käytetään vain ajoittain eikä kulutuslaitteita ole runsaasti. Aurinkosähköjärjestelmän hankinta voi siis olla hyvinkin perusteltua, vaikka kesäasunto kuuluisi sähköverkon jakelualueelle. 6

12 7 3. TARKASTELTAVA KOHDE Tämän kandidaatintyön asiakaspuolena toimii yksityishenkilö, joka haluaa tietää aurinkoenergian hyödyntämismahdollisuuksista kesäasunnollaan. Asiakkaan mielenkiinnon kohteena on erityisesti selvittää, kuinka paljon sähkönkulutuksesta olisi mahdollista kattaa omalla tuotannolla. Asiakas ei ole vielä tehnyt varsinaista ostopäätöstä vaan haluaa ensin selvityksen, joka kattaa myös sen, onko aurinkoenergian käyttö ylipäänsä kannattava ratkaisu kyseiselle kesäasunnolle. Asiakkaan tarpeita lähdettiin määrittämään kyselyn avulla. Kyselyllä saatiin tietoja kohteesta sekä asiakkaan sähkönkulutustottumuksista. Asiakkaan sähkönkäyttöä kuvasivat vastaukset esimerkiksi siihen, millaisia sähkölaitteita kohteessa on, kuinka usein ja kuinka pitkiä aikoja niitä käytetään. On huomioitava, että asiakkaan kesäasunto on käytössä ympäri vuoden mutta tarkasteltava ajanjakso rajataan kesäkuukausiin (kesäkuusta elokuuhun), jolloin mahdollisesta järjestelmästä saatava hyöty on suurimmillaan. On kuitenkin mahdollista, että kulutustottumuksissa esiintyy merkittäviäkin eroja eri vuodenaikojen välillä Yleinen esittely Tarkasteltava kohde, eli asiakkaan kesäasunto, sijaitsee Hämeenlinnan seudulla. Tontilla on varsinaisen asuinrakennuksen lisäksi aitta, saunarakennus sekä huvimaja. Tonttia rajaavat metsä ja järvi, kuten kuva 1 osoittaa. Kuvasta käy ilmi puuston sijoittuminen tontille. Kuvasta havaitaan myös rakennusten sijainti toisiinsa nähden, sekä tontin sijoittuminen ilmansuuntiin. Asuinrakennuksen pääsisäänkäynnin sivu on pohjoisen puolella ja katon harja on lähes yhdensuuntainen itä-länsi linjan kanssa.

13 8 Kuva 1. Asiakkaan tontilla sijaitsevat rakennukset ja niiden sijainti toistensa suhteen. Kuva on muodostettu pohjautuen karttakuvaan [11]. Asuinrakennus on rakennettu vuonna 1999 ja sen kokonaispinta-ala on 96,1 neliömetriä (m²). Taulukosta 1 nähdään, kuinka kokonaispinta-ala on jakautunut asuinrakennuksen eri huoneiden kesken. Taulukko 1. Asuinrakennuksen kokonaispinta-alan jakautuminen eri huoneiden kesken. Tupa 46,5 m² Makuuhuoneet 19,3 m² Kylpy- ja eteistilat 22,4 m² Kodinhoitohuone 7,9 m² Kohde on sähköverkossa ja rakennuksista kaikki muut paitsi huvimaja ovat sähköistetyt. Myös huvimajalle on tarkoituksena saada sähköt mutta tätä ei ole vielä toteutettu. Kohteessa on suora sähkölämmitys ja se kuuluu Vattenfall Oy:n jakeluverkkoon. Sekä sähkön myynti että toimitus ovat siis Vattenfall Oy:ltä. Asiakkaalla on kiinteähintainen, kahden vuoden määräaikainen sähkösopimus, jossa sähkön hinta on 5,25 senttiä/kwh Kohteen ulkoinen kuvaus Asuinrakennuksessa on yksi kerros, joka muodostuu tuvasta, kahdesta makuuhuoneesta, kodinhoitohuoneesta sekä eteis- ja kylpytiloista. Rakennukseen on kolme sisäänkäyntiä, joista kaksi johtavat terassille ja ovat katetut. Terassi sijaitsee rakennuksen kahdella sivulla. Rakennuksessa on harjakatto, jonka materiaalina on käytetty palahuopakatetta ja joka on pinta-alaltaan noin 125 m². Kuvissa 2 6 on päärakennus kuvattu jokaiselta sivultaan hahmotuksen helpottamiseksi.

14 9 Kuva 2. Asuinrakennus suoraan edestä, eli pohjoisen suunnasta kuvattuna. Kuva 3. Asuinrakennus lännenpuoleisesta päädystä kuvattuna.

15 10 Kuva 4. Asuinrakennuksen takaseinusta, eli etelään antava sivu. Kuva 5. Asuinrakennuksen idänpuoleinen pääty.

16 11 Kuva 6. Kuvassa nähdään näkymä asuinrakennuksen pääsisäänkäynniltä tontille päin. Kuvasta 4 nähdään myös ilmalämpöpumpun sijoitus tuvan takaseinustalla sekä katolla sijaitsevat savupiiput. Kuva 6 hahmottaa tontin puustoa pohjoiseen päin katsottaessa. Kuvat on otettu elokuun puolessavälissä noin viiden aikaan iltapäivällä Asiakkaan aikaisemmat energiaratkaisut Asiakas on hankkinut aikaisemmin kohteeseen ilmalämpöpumpun. Ilmalämpöpumppu on ollut käytössä vuodesta 2004 ja sitä käytetään lähinnä talviaikaan sisäilman lämmittämiseen. Ilmalämpöpumppu on päällä jatkuvasti lokakuun alusta maaliskuun loppuun. Asiakas kertoo, että ilmalämpöpumpun hankinta on näkynyt sähkönkulutuksessa talvikuukausina mutta tästä ei ole esittää tarkkoja lukuarvoja. Kesäisin ilmalämpöpumppua käytetään ilmastointiin kuumimpina päivinä mutta kuitenkin hyvin satunnaisesti eikä pitkiä aikoja kerrallaan. Tyypillinen käyttö kesäisin on noin kaksi tuntia viikossa.

17 Kohteen sähkönkulutus Kohteen sähkönkulutusta tarkasteltiin aiemmin mainitun kyselyn avulla. Asiakas ilmoitti sähkölaskunsa perusteella kolmen kuukauden arvioiduksi sähkönkulutukseksi 5100 kwh. Tästä noin 200 kwh kuluu aitan lämmitykseen ja valaistukseen. Arvion mukaan sähkönkulutus kuukautta kohden olisi 1700 kwh. Kesäkuukausien todellinen sähkönkulutus voi olla hiukan arviota pienempi, koska arvio on laskettu toteutuneesta vuosikulutuksesta. Tässä on huomioitava, että kohteen ollessa käytössä ympäri vuoden lämmitystarve ja näin ollen myös siitä aiheutuvat kustannukset vaihtelevat suuresti eri vuodenaikojen välillä. Täten osa talviajan lämmityskustannuksista sisältyy arvioituun kesäkuukausien sähkönkulutukseen. Fortum Oyj tarjoaa internetsivuillaan kuluttajalle mahdollisuuden tarkastella kotinsa sähkönkulutusta niin kutsutun energialaskurin avulla [12]. Laskuri osoittaa eri osaalueiden, kuten lämmityksen tai viihde-elektroniikan, osuudet sähkönkulutuksesta. Laskuri myös vertaa syötettyä sähkönkulutusta esimerkkitalouksiin. Energialaskurin toiminta perustuu Adato Energia Oy:n toteuttamaan valtakunnallisen sähkönkäyttötutkimuksen tuloksiin [13]. Asiakas kertoi kyselyn vastauksissa, että kohteen varustelutasoon kuuluu muun muassa pakastin, astianpesukone lämminvesiliitännällä, pyykinpesukone, jääkaappi, liesi sekä liesituuletin, taulutelevisio digitaalisella vastaanottimella ja kannettava tietokone. Laitteiden käytöstä asiakas kertoi, että astianpesukonetta käytetään tyypillisesti viisi kertaa viikossa ja pyykinpesukonetta kaksi kertaa päivässä 40 C -ohjelmalla. Ruokaa asiakas kertoi valmistavansa tyypillisesti kaksi kertaa viikossa uunissa ja seitsemän kertaa viikossa liedellä. Televisio on päällä noin kolme tuntia päivässä ja tietokone noin tunnin. Kesäkuukausina asiakas kertoo valaistuksen olevan päällä noin kaksi tuntia päivässä. Asuinrakennuksen valaistukseen on käytetty sekä energiansäästölamppuja, halogeenivalaisimia että 60 W hehkulamppuja. Energialaskuriin syötetään arvioitu vuosikulutus (20400 kwh) sekä asiakkaan antamat sähkönkäyttöä kuvaavat vastaukset. Laskuri tuottaa seuraavanlaisen kuvaajan (Kuva 7), joka osoittaa, kuinka vuosikulutus jakaantuu eri käyttökohteiden kesken.

18 13 Vuosikulutuksen jakautuminen käyttökohteille 1 % 1 % 2 % 2 % 5 % 9 % 45 % 35 % Astianpesu 200 kwh Ruoanvalmistus 427 kwh Valaistus ja pienlaitteet 1101 kwh Muu kulutus 7155 kwh Viihdelaitteet 222 kwh Pyykinpesu ja -kuivaus 500 kwh Vedenlämmitys 1900 kwh Lämmitys 8986 kwh Kuva 7. Kaaviossa esitetään sähkönkulutuksen jakautuminen eri käyttökohteiden kesken. Kuvaajassa (Kuva 7) muu kulutus kuvaa kodin pienempien sähkölaitteiden kulutusta. Näihin lukeutuvat esimerkiksi hiustenkuivaaja, mikroaaltouuni sekä erilaiset latauslaitteet. Esimerkiksi kahvinkeitin kuluttaa kymmenen minuutin käytöllä noin 0,1 kwh ja mikroaaltouuni viiden minuutin käytöllä saman verran. Höyrysilitysrauta, jota asiakas myös käyttää, kuluttaa tunnissa noin 1 kwh [14]. Muuhun kulutukseen sisältyy myös kohteessa oleva keskuspölynimuri.

19 Muun kulutuksen suuri osuus selittyy myös osittain sillä, että laskuri huomioi vain pesutiloissa mahdollisesti olevan lattialämmityksen. Kohteessa on lattialämmitys, joka kattaa koko asuinrakennuksen. Vaikka kesäkuukausina lattialämmitys on päällä vain kylpy- ja eteistiloissa, vaikuttaa vuosikulutukseen se, että kylmempinä vuodenaikoina on lattialämmitys päällä koko asuinrakennuksessa. Jo 5 m² lattialämmitystä kuluttaa vuodessa noin 3300 kwh, kun käyttöajaksi oletetaan 6600 tuntia eli 275 päivää vuodessa [14]. 14

20 15 4. VAIHTOEHTOJEN MÄÄRITTELY 4.1. Palveluntarjoajat Palveluntarjoajia etsittiin pääasiassa internetistä. Suomessa on lukuisia yrityksiä, joiden kautta voi hankkia niin aurinkopaneeleita ja oheislaitteita yksittäin kuin myös valmiita aurinkosähköjärjestelmiä. Yrityksiä kannattaa kuitenkin verrata toisiinsa ja huomioida hintaerojen lisäksi myös esimerkiksi yrityksen sijainti, varsinkin jos toimitus tapahtuu postitse tai kuljetuspalvelulla. Myös tuotteiden takuisiin kannattaa kiinnittää huomiota. Aurinkopaneeleilla on lähes poikkeuksetta 25 vuoden toiminnallinen takuu, jolla tarkoitetaan, ettei niiden tuottokyky putoa juuri lainkaan annetussa ajassa. Oheislaitteiston takuuehdot voivat kuitenkin vaihdella. Palveluntarjoajista valittiin kahdeksan yritystä, joihin tutustuttiin tarkemmin. Yritykset ovat Naps Systems Oy, St1 Oy, Suntekno/Varkauden huoltopalvelu Oy, SolarShop Bergman Oy, ThermoSun (Keski-Uudenmaan Lämpökuvauspalvelu), Aurinkosähkötalo Eurosolar Oy, Solarpoint ja Mökille.fi -verkkokauppa (Mökkimaailma Oy). Joukossa on mukana niin pienempiä kuin suurempiakin yrityksiä. Alkutietoja yrityksistä ei ollut vaan yrityksiin tutustuminen oli osa selvitysprosessia. Yrityksiin tutustuttiin yritysten internet-sivujen kautta ja yhteydenotoin sekä sähköpostilla että puhelimitse Aurinkosähköjärjestelmien vertailu Suurimmasta osasta yrityksiä on mahdollista kasata itse omiin tarpeisiin sopiva aurinkosähköjärjestelmä eli hankkia erikseen kaikki oheislaiteet. Poikkeuksena valituissa yrityksissä ovat St1 Oy ja SolarShop Bergman Oy, jotka myyvät Naps Systems Oy:n valmiita aurinkosähköjärjestelmiä. Näihin paketteihin sisältyy aurinkopaneelit, ohjausyksiköt, akut, asennustelineet, johdotukset sekä asennustarvikepaketit. Naps Systems Oy itsekin tarjoaa vain kokonaisia aurinkosähköjärjestelmiä mutta yrityksen internetsivuilla ei ole esitetty hintatietoja, sillä yrityksen toiminta perustuu asiakaskohtaisesti räätälöityjen aurinkosähköjärjestelmien toimittamiseen. Vertailuun otettiin eri yritysten aurinkopaneelit teholuokassa 85 Wp. Tämä on yritysten yleisin tarjoama aurinkopaneelin teholuokka. Taulukossa 2 esitetään yritysten tarjolla olevat aurinkopaneelit, niiden valmistusmateriaali ja hinta. Näihin hintoihin ei sisälly asennustelinettä eikä muita lisälaitteita.

21 16 Taulukko 2. Yksittäisten 85 Wp teholuokan aurinkopaneelien hintoja eri yrityksillä [15; 16; 3; 17; 18]. Yritys Paneelin teho (Wp) Yksikidepaneelin hinta ( ) Monikidepaneelin hinta ( ) Suntekno/Varkauden ,00 595,00 huoltopalvelu ThermoSun ,00 590,00 Aurinkosähkötalo ,00 Eurosolar Solarpoint ,00 595,00 Mökille.fi ,00 Aurinkopaneelien hinnan perusteella voidaan todeta, että hinnat ovat eri yritysten välillä suhteellisen yhteneväiset. Selkeästi joukosta poikkeavat hinnoittelultaan Mökille.fi - verkkokauppa ja Aurinkosähkötalo Eurosolar Oy. Hinnoittelun eroa selittää Mökille.fi - verkkokaupan tapauksessa se, että aurinkopaneelit ovat vain pieni osa yrityksen tarjontaa. Asiaa voidaan myös lähestyä niin, että halutaan nimenomaan kokonainen aurinkosähköjärjestelmä. Valituista yrityksistä ThermoSun ja Suntekno/Varkauden huoltopalvelu Oy eivät tarjoa ollenkaan valmiita paketteja. Mökille.fi -verkkokauppa tarjoaa pakettia, jossa ei ole mukana akkua mutta sen sijaan sarja erilaisia valaisimia. Yritys jätetään tässä vertailun ulkopuolelle paketin poikkeavan sisällön takia. Taulukossa 3 on esitetty eri yritysten tarjoamat toisiinsa verrattavissa olevat paketit ja niiden hinnat teholuokassa 85 Wp. Taulukko 3. Kokonaiset aurinkosähköjärjestelmät ja niiden hintoja eri yrityksillä [3; 19; 17; 20]. Yritys Paneelin teho (Wp) Akun kapasiteetti ampeeritunteina ja tyyppinumero Valmiin paketin hinta ( ) Aurinkosähkötalo Eurosolar 80 AGM ,00 St1 (Naps Systems - jälleenmyyjä) 85 NAPS ,00 Solarpoint 85 AGM ,00 SolarShop (Naps Systems - jälleenmyyjä) 85 NAPS ,00 SolarShop:in alhainen hinta on voimassa rajoitetulle erälle eikä sen normaalihinta ilmene internetsivuilta. Pakettien hintoihin vaikuttaa myös akkujen kapasiteetti. Esimerkkinä olleet valmiit aurinkosähköjärjestelmät ovat tarkoitettu siihen, että aurinkopaneeleiden tuottama sähkö varastoidaan akkuihin. Näissä ei siis ole mukana invertteriä, joka mah-

22 17 dollistaisi 230 V laitteiden käyttämisen. Yleensä 230 V paketit kootaan yhteistyössä asiakkaan kanssa Sähkötehon määrä Edellisessä luvussa esiteltiin toisiinsa vertailtavissa olevia tuotteita eri yrityksiltä. Käytännössä kuitenkin aurinkopaneelin teholuokka valitaan sen mukaan, mille kohteessa on tarvetta. Aurinkopaneeleita on tarjolla aina 5 Wp teholuokasta lähtien ja suurempitehoisia aurinkopaneeleita yhdistämällä voidaan rakentaa käytännössä kuinka suuria aurinkosähkövoimaloita tahansa. Asiakkaan ilmoittamasta kolmen kuukauden kulutusarviosta (5100 kwh) saadaan laskettua arvioiduksi päiväkohtaiseksi kulutukseksi noin 57 kwh. Edelleen tulee huomioida, että todellinen kulutus on pienempi, sillä kulutusarvio on laskettu vuoden toteutuneesta kokonaiskulutuksesta. Esimerkiksi Naps Systems Oy:n tarjoama suurin Big- Pack -tuotenimellä kulkeva aurinkosähköjärjestelmä invertterillä on huipputeholtaan 1,04 kw ja tuottaa noin 6,5 kwh vuorokaudessa [9]. Vertailtuna asiakkaan päiväkohtaiseen kulutukseen, tämä järjestelmä kattaisi siitä hiukan yli 11%. Aurinkosähköjärjestelmän hintaan vaikuttaa itse aurinkopaneelit sekä oheislaitteet, kuten esimerkiksi akkujen kapasiteetti. Kun jaetaan investointikustannukset hankitulla wattimäärällä, saadaan kustannukset yhtä wattia kohden. Tätä voidaan lopulta verrata asiakkaan nykyisin wattia kohden maksamaan sähkönhintaan. Kustannuksiksi muodostuu yleensä noin 6 6,5 /W mutta tähän vaikuttaa se, kuinka suurta aurinkosähköjärjestelmää ollaan hankkimassa ja mitä lisälaitteita järjestelmään valitaan Aurinkosähköjärjestelmän liittäminen sähköverkkoon Pienasiakkaiden aurinkosähkövoimaloista puhuttaessa on kyse hajautetusta sähköntuotannosta. Hajautetulla sähköntuotannolla tarkoitetaan sähköverkkoon sijoittuvaa pienimuotoista, keski- tai pienjännitetasoilla toteutuvaa sähköntuotantoa. Hajautetulle sähköntuotannolle on tyypillistä, ettei sitä ole keskitetysti suunniteltu eikä ohjattu. Hajautetun sähköntuotannon muotoja ovat esimerkiksi aurinko- ja tuulienergia. [10] Tyypillisesti aurinkosähköjärjestelmä rakennetaan erilliseksi kokonaisuudeksi, jolloin se tuottaa kohteessa energiaa, joka käytetään joko suoraan tai varastoidaan akkuihin. Tällainen ratkaisu sopii kohteisiin, jotka eivät ole yhteydessä sähköverkkoon. Sähköverkkoon yhteydessä olevassa kohteessa ratkaisu mahdollistaa sen, ettei kohde ole riippuvainen sähköverkosta tulevasta sähköstä. Esimerkiksi, jos sähköverkossa on vikatilanne, on kohteessa edelleen toiminnassa oma erillinen sähköntuotanto. [10]