Aurinkoenergia Suomessa

Transkriptio

1 Aurinkoenergia Suomessa Biobisnestä Pirkanmaalle Aurinkoenergiaseminaari Markku Tahkokorpi, Utuapu Oy

2 Esityksen rakenne Yleistä aurinkoenergiasta Energiapotentiaali Suomessa Aurinkosähkö Yleistä Talous Suomessa Aurinkolämpö Yleistä Talous Suomessa Aurinkoenergia ja (maa)lämpöpumput Teknisiä ratkaisuja Yhdistelmän etuja Linkkejä Markku Tahkokorpi 2

3 Yleistä aurinkoenergiasta Markku Tahkokorpi 3

4 Yleistä aurinkotekniikasta Auringon säteilymäärä maapallolle: Joka tunti maapallolle tulee aurinkoenergiaa enemmän kuin ihmiskunta käyttää energiaa vuodessa Suomessa aurinkoenergiaa saadaan noin 2400 kertaa kokonaisenergiankulutus vuositasolla Aurinkovakio 1367 W/m 2 Käytännössä ehtymätön Käyttökustannus lähellä nollaa Saatavuus vaihtelee vuosi- ja vuorokausitasolla Markku Tahkokorpi 4

5 Aurinkolämmön hyödyntämistapoja Passiivinen aurinkolämpö Aurinkolämpö Keskittävä aurinkolämpösähkö (CSP Concentrating solar power) Optisia toimintaperiaatteita Keskittävät / ei-keskittävät järjestelmät Kiinteät / seurantajärjestelmät (eli heliostaatit)

6 Auringon säteily Suomessa Kokonaissäteilyn määrä Suomessa on kwh/vuosi/m 2 optimiasennossa olevalle tasolle Suomessa säteilystä merkittävä osa on epäsuoraa Keskittävien järjestelmien hyöty jää melko pieneksi Keräinten suuntaus (atsimuutti) ja kallistuskulma (deklinaatio) tärkeitä erityisesti tuotannon ajallisen jakautuman suhteen markku.tahkokorpi@utuapu.com 6

7 Markku Tahkokorpi 7

8 Auringon säteilyn vaihtelu 600,0 Auringon säteily kolmena mallivuoden päivänä Helsingissä 1S 1D 91S 91D 182S 182D 500,0 400,0 300,0 200,0 100,0 0, Markku Tahkokorpi 8

9 Keräinkulman vaikutus säteilyn määrään Seinäjoella Kuukausittainen auringon säteilyn määrä Seinäjoella eri kallistuskulmassa oleville pinnoille [kwh/m 2 ] Tammi Helmi Maalis Huhti Touko Kesä Heinä Elo Syys Loka Marras Joulu Markku Tahkokorpi 9

10 Kertausta yleisosasta Säteilyn kokonaismäärä Suomessa noin on 1000 kwh/v/m2 optimaalisesti suunnatulla kiinteällä tasolla Keräinten kohteen mukainen suuntaus ja varjostusten välttäminen tärkeää Tuotto keskittyy kesäkauteen ja keskipäivään Over the last five years, the price of solar energy dropped by 80%, while wind power s costs dropped by a third overall. Fatih Birol, ED, IEA Markku Tahkokorpi 11

11 Aurinkosähkö Markku Tahkokorpi 12

12 Aurinkosähkötekniikkaa Aurinkosähkötekniikka perustuu puolijohde- ym. materiaalissa tapahtuvaan fotonin aiheuttamaan elektronin irtoamiseen atomirakenteesta Parhaimmilla kaupallisilla aurinkopaneeleilla saavutetaan reilun 20 % hyötysuhde säteilytehosta tasavirtaan Paneelien tuottama tasavirta joko varastoidaan akkuihin tai muunnetaan invertterillä verkkovirraksi paikalliseen tai muualla verkossa tapahtuvaan kulutukseen Markku Tahkokorpi 13

13 Aurinkosähkön tuotantotapoja Kiinteät aurinkopaneelit (Yleisin tapa) Seurantajärjestelmät, yksi- ja kaksiakseliset Keskittävät/ei-keskittävät järjestelmät Keskittävillä voidaan päästä suurempiin hyötysuhteisiin mutta suuremmilla kustannuksilla ja mutkikkuudella Liiketoimintamalleja Teolliset aurinkosähkövoimalat ( aurinkopuistot ) Hajautettu pientuotanto erilaisilla liiketoimintamalleilla Leasing ja sähkönostosopimukset Mahdolliset yhteisomistukset/osuuskunnat Markku Tahkokorpi 14

14 Aurinkosähkötekniikasta Paneeleja voidaan valmistaa eri materiaaleista Yksikiteinen pii Monikiteinen pii Muut epäorgaaniset ohutkalvomateriaalit Orgaaniset materiaalit Perovskiitti Paneelit hinnoitellaan nimellistehon mukaisesti (Mitattuna säteilyteholla 1000 W/ m 2, 25 asteen lämpötilassa) Skaalattavuus parempi kuin useimpien muiden sähköntuotantotapojen, erityisesti pieneen mittaluokkaan Markku Tahkokorpi 15

15 Aurinkokennojen hyötysuhteita NREL, Markku Tahkokorpi 16

16 Sähkön tuotantokustannuksista Lähde: Seeking Alfa Markku Tahkokorpi 17

17 Verkkoon kytkettävä järjestelmä Markku Tahkokorpi 18

18 Aurinkosähköjärjestelmissä huomioitavaa Piipohjaisten paneelien hyötysuhde laskee lämpötilan noustessa => paras tuotto Suomessa kevättalvella kun ilma on kirkas ja ulkolämpötila alhainen, (ja heijastukset lumesta) Varsinkin vanhemmat aurinkopaneelit olivat hyvin herkkiä osittaisvarjoille Aurinkosähkö- ja lämpöasentajille tullut sertifiointijärjestelmä alkaen, samoin muille uusiutuvan energian asennuksille Markku Tahkokorpi 19

19 Aurinkosähkömarkkinasta Maailmanlaajuisesti on verkkoon kytkettyä aurinkosähkökapasiteettia reilut 200 GW p Ei-verkkoon kytkettyjen järjestelmien markkina paljon pienempi, mutta sekin kasvaa erityisesti Afrikassa Kasvu on siirtynyt Aasiaan ja Amerikoihin, joissa aurinkosähkö on monissa maissa hintakilpailukykyinen muihin tuotantomuotoihin verrattuna Markku Tahkokorpi 21

20 Aurinkosähkötaloudesta Suomessa 10 kw:n järjestelmä maksaa tällä hetkellä noin tuhatta euroa asennettuna veroineen Yritykset ja kunnat voivat saada tähän investointitukea (ja vähentää alv:n) Hintojen lasku jatkuu edelleen Tällä hetkellä ym. kokoluokassa aurinkosähkö on Suomessa kannattavaa (eli halvempaa kuin verkosta ostettu) kun sen kuluttaa itse Mahdolliset tulevat tukimekanismit voivat parantaa tilannetta myös verkkoon syötetyn sähkön suhteen Markku Tahkokorpi 22

21 Aurinkosähkövoimaloiden hintataso Suomessa ,00 Toteutuneita nimellishintoja Suomessa 2014 ( /Wp, sis alv) 2,50 2,00 2,27 1,92 2,18 2,07 2,00 1,89 1,50 1,63 1,00 0,50 0, Markku Tahkokorpi 23

22 Case koy Aurinkopaja, Pori Aurinkosähkö- (49,5 kw p ) ja maalämpöjärjestelmä (60 kw) SIPO 9% Takaisinmaksuaika 11 vuotta, käyttöikäoletus 30 vuotta Tuotetun sähkön omakustannushinta 6 senttiä/kwh 25 vuoden laskenta-ajalla Markku Tahkokorpi/ markku.tahkokorpi@lahienergia.org 24

23 Aurinkolämpö Markku Tahkokorpi 26

24 Määrittelyjä Kiinteistökohtainen aurinkolämpö: < 50 m 2 keräinpinta-alaa Lämmin käyttövesi ja mahdollisesti lämmitys Teollinen aurinkolämpö m 2 keräinpinta-alaa Prosessilämpö, käyttövesi tms. Aurinkokaukolämpö > 500 m 2 keräinpinta-alaa Lämmitys kaukolämpöjärjestelmissä, usein mukana lämmön kausivarastointi Markku Tahkokorpi 27

25 Aurinkolämpökeräimet Nestekiertoiset päätyypit: Tasokeräimet Tyhjöputkikeräimet (Lasittamattomat keräimet) Ilmakeräimet Markku Tahkokorpi 28

26 Pääasialliset nestekeräintyypit Tyhjöputkikeräimiä katolla Tasokeräimiä katolla Markku Tahkokorpi 29

27 Tasokeräimen lämmöntuotto Helsingissä kwh/m 2 vuodessa Keräimen lämpötila, C Markku Tahkokorpi/ markku.tahkokorpi@utuapu.com 31

28 Ominaisuuksista seuraa Aurinkolämpöjärjestelmän tuotto on sitä parempi mitä lähempänä keräimen lämpötila voidaan pitää ympäristön lämpötilaa Tämä toteutuu hyvin esilämmitettäessä pienitehoisella aurinkolämpöjärjestelmällä kylmää käyttövettä Lämmitettäessä varaajaa matalalämpöisessä kiertovesijärjestelmässä, esimerkiksi lattialämmityksessä Periaatteessa aurinkokeräimellä voidaan siis erittäin tehokkaasti lämmittää maaperää maalämpöä varten Markku Tahkokorpi 32

29 Aurinkolämpöjärjestelmät Termosifoni Suljettu järjestelmä Markku Tahkokorpi 33

30 Aurinkolämmön mitoitus Tavanomaisissa asuinkiinteistöjen järjestelmissä pyritään tuottamaan lämpimän käyttöveden tarpeesta noin 50 % Rajoittavana tekijänä on yleensä kesänaikainen kulutus, minkä pitää likimain vastata maksimituottoa Tästä seuraa että aurinkolämmöllä voidaan tuottaa % vuotuisesta lämmöntarpeesta Aurinkolämmön lisääminen olemassa olevaan järjestemään: Vesikiertoisessa puulämmityksessä on jo luonnoistaan suuret varaajat. Lisättäessä öljylämmitykseen aurinkolämpö, joudutaan usein lisäämään varaajakapasiteettia Markku Tahkokorpi 34

31 Aurinkolämmön kustannustaso Suomessa 2014 Järjestelmän koko keräin-m 2 Laitteiston ja asennuksen hankintahinta /keräin-m 2 Ylläpitokulut % alkuinvestoinnist a /keräin-m 2 Aurinkolämmön tuotantohinta / MWh, kun tuotto 0,4 MWh/m 2 Aurinkolämmön tuotantohinta / MWh, kun tuotto 0,5 MWh/m 2 Pienet järjestelmät 4 20 keräinneliötä / keräinneliö 10 %, / keräinneliö /MWh /MWh Keskikokoiset järjestelmät keräinneliötä / keräinneliö 8 %, / keräinneliö /MWh /MWh Suuret järjestelmät keräinneliötä / keräinneliö 5 %, noin / keräinneliö /MWh /MWh Lähde: Finsolar-hanke/Aalto-yliopisto Markku Tahkokorpi/ markku.tahkokorpi@utuapu.com 35

32 Aurinkolämmön ja maalämmön yhdistäminen Yhteisiä ominaisuuksia Molemmat pitävät alhaisesta kulutuslämpötilasta Molemman hyödyntävät aurinkoenergiaa Eroavaisuuksia Maalämpö tuottaa parhaiten syksyllä Aurinkolämpö tuottaa parhaiten keväällä ja kesällä Yhdistelmän etuja Aurinkolämmöllä tuotetaan kesän aikainen lämmöntarve Lämmitetään ylijäämälämmöllä maapiiriä = kausivarastointi Saadaan aurinkolämmön osuus suuremmaksi ja maalämmön sähköntarve pienemmäksi (Käyttöaika, parempi COP) Markku Tahkokorpi 36

33 Aurinkolämpö käyttöön ja viileävaraajan kautta maapiiriin Auringolla lämmitetään käyttövettä Vain yli-/alituotto syötetään maaperään Käytettäessä erillistä viileävaraajaa voidaan ottaa talteen myös muuta hukkalämpöä Kuva: Polarsol Markku Tahkokorpi 40

34 Maatila uusiutuvan energian käyttäjänä Yleensä melko suuria energian käyttäjiä Paljon käytettävissä olevaa kattopinta-alaa tai muuta soveltuvaa tilaa Erityisesti lypsykarjatilat kuluttavat paljon lämpöä, pääosin alhaisessa lämpötilassa (Juomavesi) Mm. sika- ja kanatiloilla ilmastointi vaatii paljon sähköä erityisesti kesällä => Aurinkosähkö erityisen kannattavaa Sähkön saannin varmistamiseksi kannattaa maatiloilla harkita aurinkosähkö + akusto kokoonpanoa Markku Tahkokorpi 42

35 Yhteenveto Aurinkoenergia on puhdasta, lähes ilmaista energiaa Ajallinen saatavuusvaihtelu vaatii yleensä erilaisia varastointiratkaisuja tai kulutuksen ohjausta Aurinkolämpö on kannattava vaihtoehto sähkö- ja öljylämmitykselle Itse tuotettu aurinkosähkö on halvempaa kuin verkkosähkö Maalämmön ja aurinkolämmön tai aurinkosähkön yhdistelmä voi olla hyvin kannattava, erityisesti suuremmissa järjestelmissä ja käytettäessä viilennytä Yhdistämällä aurinkolämpö sopivasti uusiutuvaa polttoainetta polttaviin järjestelmiin säästytään polttamiselta kesäkaudella Markku Tahkokorpi 43

36 Aurinkolämpölinkkejä Utuapu Oy Finsolar-projekti Motivan aurinkolämpösivut IEA:n Solar Heating and Cooling projekti EU Renewable Heating and Cooling Platform Drake Landing Solar Community Markku Tahkokorpi 45

37 Aurinkosähkölinkkejä Finsolar-hanke Motivan aurinkosähkösivut Aurinkoenergian tuottolaskin Saksan hetkellinen aurinkosähkötuotanto Markku Tahkokorpi 46

38 Yhdistyslinkkejä Aurinkoteknillinen yhdistys ry Suomen Lähienergialiitto ry Solar Power Europe ESTIF (European Solar Thermal Industry Federation) Markku Tahkokorpi 47

39 Kiitos! Markku Tahkokorpi 48