DEE Aurinkosähkön perusteet

Transkriptio

1 DEE Aurinkosähkön perusteet Seitsemännen luennon aihepiirit Aurinkosähkön energiantuotanto-odotukset Etelä-Suomessa Mittaustuloksia Sähkömagnetiikan mittauspaneelista ja Kiilto Oy:n 66 kw:n aurinkosähkövoimalasta 1 KERTAUSTA: AURINGOSTA MAAN ILMAKEHÄÄN TULEVA SÄTEILY Aurinkovakio S on auringon säteilyintensiteetti maan kiertoradalla: W S» m 2 1

2 VUODENAJAN VAIKUTUS AURINKOSÄHKÖÖN: KEVÄT JA KESÄ Jos aurinkosähkövoimalan nimellisteho on P nim W: Aurinkoisina kevät- ja kesäpäivinä tuotannon yläraja on noin 6.5P nim Wh. Puolipilvisinä kevät- ja kesäpäivinä tuotannon yläraja on noin 4.0P nim Wh. Sana yläraja liittyy siihen, ettei tuotantolukemissa ole otettu huomioon tehoelektroniikkakomponenttien häviöitä, ja lisäksi voimalan on oletettu toimivan koko ajan maksimitehopisteessään. 6.48P nim Wh 4.00P nim Wh 3 VUODENAJAN VAIKUTUS AURINKOSÄHKÖÖN: KEVÄT JA KESÄ Þ 6.90P nim Wh 4 2

3 VUODENAJAN VAIKUTUS AURINKOSÄHKÖÖN: SYKSY JA TALVI Syys- ja talvipäivinä, joina aurinko välillä näyttäytyy, tuotantoarvio on noin 1.1P nim Wh. Pilvisinä syys- ja talvipäivinä aurinkosähkön tuotanto jää hyvin vähäiseksi. Tuotantoarvio on noin 0.15P nim Wh. 1.12P nim Wh 0.16P nim Wh 5 VUOTUINEN AURINKOSÄHKÖENERGIA ETELÄ-SUOMESSA Kuva esittää yhden vuorokauden keskimääräistä tuotantoa vuoden jokaisena kuukautena, kun aurinkosähkövoimalan nimellisteho on 1 W. Näytillä on yhden vuoden (2007) mittausdata ja pitkän aikavälin keskiarvo. Esimerkiksi kesäkuussa keskimääräinen vuorokauden tuotanto on noin 4.8P nim Wh. Pitkän aikavälin keskiarvoon perustuvaksi vuosituotannoksi saadaan noin 920P nim Wh. Kun tehoelektroniikan ja maksimitehopisteen seurannan häviöiksi oletetaan yhteensä noin 10%, verkkoon syötettävää energiaa jää jäljelle noin 800P nim Wh. Hyvin toimiva aurinkosähkövoimala tuottaa Etelä-Suomen olosuhteissa vuoden aikana sähköenergiaa noin 800P nim Wh. 6 3

4 LÄMPÖTILAN JA SÄTEILYINTENSITEETIN VAIKUTUKSET Aiemmilla luennoilla on käsitelty säteilyintensiteetin ja kennolämpötilan muutosten vaikutukset tyhjäkäyntijännitteeseen ja oikosulkuvirtaan. Säteilyintensiteetti on hallitseva olosuhdemuuttuja, ja koska se vaikuttaa merkittävästi vain voimalan tuottamaan virtaan, tehon riippuvuus säteilyintensiteetistä on likimain lineaarinen. Kennolämpötila vaikuttaa merkittävästi vain jännitteeseen. Käytännössä vaikutus näkyy oheisessa P(G)-kuvaajassa kulmakertoimen muutoksena. 7 HUIPUNKÄYTTÖAIKA Huipunkäyttöaika on tuntimäärä, joka voimalan tulisi toimia nimellistehollaan P nim tuottaakseen vuoden aikana toteutuneen tuotannon W a. Huipunkäyttöajan teoreettinen yläraja t hmax on t W P 8760 h a nim hmax = = = 8760 h. Ydinvoimala on esimerkki korkean huipunkäyttöajan (> 8000 h) voimalasta. Aurinkosähkövoimalan huipunkäyttöajan arvioksi Etelä-Suomessa saadaan t W P a nim h = = = W t = Û W = P t = W 800 h = 52.7 MWh. a h a nim h 800 h 800 h. Täten arvio Kiillon voimalan (P nim = kw) vuosituotannoksi on 8 4

5 9 NUMEROTIETOA KIILLON VOIMALAN PANEELEISTA Voimala ollut käytössä marraskuusta 2008 lähtien paneeli NP195GK NP200GK P max (W) I pmax (A) V pmax (V) I sc (A) V oc (V) f kennojen lkm kennojen tyyppi monikiteinen monikiteinen paneelin mitat (mm) paneelin massa (kg) NOCT ( o C)

6 KIILLON VOIMALAN TUOTANTO: Esimerkki heinäkuun 2010 parhaasta päivästä Tuotettu energia vastaa likimain arvoa 6.26P nim Wh. 11 KIILLON VOIMALAN TUOTANTO: Esimerkki heinäkuun 2010 huonoimmasta päivästä Tuotettu energia vastaa likimain arvoa 2.44P nim Wh. Heinäkuun 2010 kokonaistuotanto oli 8405 kwh. Keskimäärin noin 271 kwh/vrk Þ 4.11P nim Wh. 12 6

7 KIILLON VOIMALAN TUOTANTO: energiantuotanto syyskuusta 2009 syyskuuhun 2010 Huipunkäyttöajaksi tulee noin 694 h. 13 KIILLON VOIMALAN TUOTANTO: energiantuotanto huhtikuusta 2010 huhtikuuhun 2011 Huipunkäyttöajaksi tulee noin 700 h. 14 7

8 AURINKOSÄHKÖN TULEVAISUUDENNÄKYMÄT Aurinkosähköstä on 2000-luvulla tullut maailmanlaajuisesti merkittävä energiantuotantomuoto. Vuoden 2012 lopussa maailmanlaajuinen asennettu aurinkosähkökapasiteetti oli noin 102 GW, josta noin 31 GW rakennettiin vuonna Euroopassa vastaavat lukemat ovat 70 GW ja 17 GW. Ilmastonmuutoksen ehkäiseminen ja siitä johtuva energiapolitiikka ovat tärkeimmät syyt uusiutuvien energiantuotantomuotojen suosion kasvulle. Käytännössä kyse on siitä, että aurinkosähkö- ja tuulivoimaloista on tehty sijoittajien kannalta houkuttelevia kohteita taloudellisten tukitoimien avulla. Näin on tehty esimerkiksi Saksassa, joka on Euroopan johtava aurinkosähkövaltio, vaikka säteilyintensiteettilukemat ovatkin likimain Suomen tasoa. Suomeen on lähivuosina nousemassa sadoittain tuulivoimaloita käytännössä siksi, että tuulivoimaa tuetaan syöttötariffin avulla. Aurinkosähkön yleistyminen Suomessa edellyttää poliittista tahtoa. Joka tapauksessa näyttää väistämättömästi siltä, että jossain vaiheessa aurinkosähköstä tulee merkittävä energiantuotantomuoto myös Suomessa. 15 8