TkT Petri Konttinen puh

Transkriptio

1 Aurinkoenergian trendejä TkT Petri Konttinen Luvata Pori Oy puh

2 World-leader in metal fabrication, component manufacturing and related services 7,500 employees 35 production facilities in 18 countries 65 companies Total sales of EUR 2,488 million (2008) Deliveries of 309 ktonnes (2008) Diverse and visionary i board and owners Significant position in every market we have entered 2 Petri Konttinen Aurinkoenergian trendeistä

3 OECD:n energiajärjestö IEA:n konservatiivinen skenaario vuonna 2008: Maailman energiankulutus kasvaa 45% vuoteen 2030 mennessä- keskimäärin 1,6 % vuodessa josta hiili keskimäärin ki i yli kolmasosan. Aurinko ja tuuli ovat tässä ä skenaariossa käytännössä mitättömiä Mutta: Tämä ei ole ennuste vaan ilmastonmuutoksen herätteeksi tarkoitettu skenaario! IEA arvioi että aurinkosähköllä voitaisiin tuottaa 20-25% sähköstä vuoteen 2050 mennessä. 3 Petri Konttinen Aurinkoenergian trendeistä

4 Maailman kaupallinen energiankulutus kuljetus Kuuma vesi sähkö -Yli 50% maailman 28 % 32 % kaupallisesta energiankulutuksesta käytetään lämpimän veden ja teollisuuden prosessilämmön tuottoon 9 % 31 % Teollisuuden prosessilämpö - Aurinkolämpösovelluksia käytetään kuuman veden tuotantoont t -Aurinkojäähdytys ja prosessilämpö ovat tulossa -Aurinkosähköstä bulkkisähköä Lähde: Sarasin-pankin tutkimus 1999, ei liene juurikaan muuttunut 4 Petri Konttinen Aurinkoenergian trendeistä

5 Primäärienergialähteiden historiallinen kehitys Kuvassa näkyy eri primäärienergialähteiden historiallinen kehitys ja % - osuus kokonaisenergiankulutuksesta. k i k k Tyypillisesti uuden energialähteen käyttöönotto suuressa mittakaavassa kestää yli 50 vuotta perusinnovatioiden kehittämisestä. Uudet uusiutuvat ovat todennäköisesti tipian hyvin suuren kasvun alussa. 5 Petri Konttinen Aurinkoenergian trendeistä

6 Aurinkosähkö (PV): Aurinkoenergiateknologiat Aurinkolämpö yksikidepii monikidepii ohutkalvo tasokeräin tyhjöputkikeräin Aurinkosähkö (PV) Aurinkolämpö Hyötysuhde 8-20% 30-50% Asennettu kapasiteetti ~ MW ~ MW Vuosittainen energiantuotto ~ 8 TWh / v ~ 100 TWh / v Markkinat ~ MW / v ~ MW / v Markkinakasvu % % / v 6 Petri Konttinen Aurinkoenergian trendeistä

7 Aurinkoenergiateknologiat Keskittävät aurinkovoimalat eli Concentrated Solar Power (CSP): -Korkean lämpötilan käyttö sähkön tuottamiseen voimaloissa höyryturbiineilla. Sopii alueille joissa suoran säteilyn osuus korkea. Lineaarisia keskittäjiä, jotka kuumentavat nestettä höyryksi Keskittävillä peileillä toteutettu aurinkolämpövoimala 7 Petri Konttinen Aurinkoenergian trendeistä

8 Aurinkosähkön hintakehitysodotukset Verkkoonkytketyn aurinkosähkön hinta oli 2006 noin 0,25 0,65 /kwh. Hinnan odotetaan olevan /kwh 0,05-0, Etelä-Euroopassa, jolloin PV tulee parhailla alueilla kilpailukykyiseksi verkkosähkön kanssa. Nyt keskusteluun on noussut kaksi uutta asiaa: 1) Energiayhtiöiden ja muiden toimijoiden saaminen mukaan suurmarkkinoiden luomiseksi ja 2) älykkäät sähköverkot aurinkosähkön ja muiden uusiutuvien liittämiseksi verkkoon. Aiheesta on tehty diplomityö: Ina Lehto: Mikrotuotannon liittäminen yleiseen sähköverkkoon, TKK Petri Konttinen Aurinkoenergian trendeistä

9 Aurinkosähkömoduulien ja -järjestelmien hintakehitys 6,00 Global weight average price / W 5,00 4,00 / W 3,00 2,00 1, , system 4,99 4,11 3,74 3,57 3,36 2,80 module (factory gate) 2,66 2,19 1,98 1,85 1,71 0,80 9 Petri Konttinen Aurinkoenergian trendeistä

10 Aurinkopaneelien hinnan oppimiskäyrä Aurinkosähköpaneelien kumulatiivisen tuotannon kaksinkertaistuessa hinta putoaa noin 20% alaspäin. Lähde: EPIA, 25. EU PVSEC- konferenssi, Valencia Petri Konttinen Aurinkoenergian trendeistä

11 Teknologioiden markkinaosuuden kasvun diffuusiomalli A = perustapaus B = kuten A mutta 2x käyttöönottonopeus C = kuten A mutta 1/2x käyttöönottonopeus A = kuten A mutta markkinapotentiaali kasvaa 1% / vuosi A = kuten A mutta käyttöönottonopeus vähenee 1% / vuosi A = kuten A mutta markkina- potentiaali vähenee 1% / vuosi (Lund, 2003) Energiateknologioiden g osalta muutos on paljon hitaampaa kuin kuvassa, mutta muutokseen voidaan vaikuttaa nopeuttavasti tai hidastavasti mm. T&K-panostuksilla eri teknologioihin, markkinamekanismeilla ja lainsäädännöllä. 11 Petri Konttinen Aurinkoenergian trendeistä

12 Aurinkosähkön globaali markkinaennuste ja markkinoiden jakautuminen Global annual PV market (policy-driven scenario) MW e 2010e 2011e 2012e 2013e USA Japan rest of the world Europe Petri Konttinen Aurinkoenergian trendeistä

13 Aurinkosähkön tuore ennuste vuodelle 2014 Vuoden 2010 markkinat ovat ~11GW, 2014 mahdollisesti jopa 27 GW. Lähde: IMS Research, 25. EU PVSEC- konferenssi, Valencia Petri Konttinen Aurinkoenergian trendeistä

14 Aurinkosähköteknologiat 1: Pii Yli 96% kaupallisista aurinkopaneeleista perustuvat piihin, joko yksikiteisenä, monikiteisenä tai mikrokide/amorfisena Miksi pii on hyvä materiaali? 1. Rjitt Rajoittamaton t raaka-ainelähde 2. Hyvin stabiili pitkä paneelin käyttöikä 3. Korkea hyötysuhde (jopa > 20%) 4. Laajasti käytössä mikroelektroniikassa puolijohdeteollisuuden solar grade jäte piitä on ollut hyvin saatavilla viime vuosiin saakka 5. Vuonna 2009 hinnat ovat tulleet laman ja lisääntyneen massatuotannon vaikutuksesta alas yli 30% Piin huonoja puolia: 1. Halpaa solar grade-piitä ei riitä enää, kulutus on kasvanut niin suureksi että tarvitaan omia piitehtaita 2. Suuri materiaalikulutus 3. Monia työvaiheita, tosin automatisointi lisääntyy kovaa vauhtia: 14 Petri Konttinen Aurinkoenergian trendeistä

15 Aurinkosähköteknologiat 2: Ohutkalvot Eräät puolijohde-metalliyhdisteet (esim. CuInSe 2, CdTe) voivat absorboida auringonsäteilyä jo hyvin ohuina kerroksina (1-2 µm, piikennon paksuus 0.5 mm) Ohutkalvokennot valmistetaan pinnoittamalla eri kerroksia alusmateriaalin pinnalle. Ohutkalvokennoja pidetään lupaavina, koska: 1. Laajoja pintoja voidaan periaatteessa valmistaa automatisoidusti halvalla 2. Taipuisat paneelit & värivariaatiot mahdollisia 3. Hyvä hyötysuhde ( 13% CuInSe 2 ) Cu(In,Ga)Se 2 aurinkokenno: Joitakin ongelmia on edelleen ratkaistava: 1. Pitkän ajan stabiilisuus on kysymysmerkki 2. Harvinaisia materiaaleja (erityisesti In) 3. Toistaiseksi yleensä kalliimpia kuin piipaneelit. Joustava alusmateriaali: polymeeri, Poikkeuksena First Solar:in CdTe, jonka ohut RST, jne... tuotantokustannukset alle 1$/Wp ja myyntihinta Euroopassa 1,8 /Wp 15 Petri Konttinen Aurinkoenergian trendeistä

16 Aurinkosähköteknologiat 3: Uudet materiaalit Väriaineherkistetyn nanorakenteisen aurinkokennon toimintaperiaate. M. Grätzel ja Millenniumpalkinto 2010! Aurinkokennot joissa aktiiviset materiaalit eivät ole kiinteitä puolijohteita: väriaineherkistetyt nanokennot nestemäisellä elektrolyytillä, johtavat polymeerit Nykyisin kilpailukykyisiä erityisesti matalan säteilyintensiteetin olosuhteissa (sisätilat) Haasteita ulkokäyttöä ajatellen: 1. Suurien paneelien valmistus 2. Alhaiset hyötysuhteet (4-5 %) 3. Stabiilisuus? 16 Petri Konttinen Aurinkoenergian trendeistä

17 17 Petri Konttinen Aurinkoenergian trendeistä

18 Aurinkosähkön syöttötariffin kokonaiskustannusten ennuste Saksassa 18 Petri Konttinen Aurinkoenergian trendeistä Huippu saavutetaan ennusteen mukaan 2019, ja 2033 FiT poistuu kokonaan. Tässä mallissa kaikki sähkönostajat maksavat pienen lisän sähkölaskussaan, mutta samalla Saksaan on syntynyt jo nyt noin työpaikkaa alalle. Lähde: Good Energies, 25. EU PVSEC- konferenssi, Valencia 2010

19 Aurinkosähkö on kilpailukykyinen Italiassa jo vuonna 2012 ja vuoteen 2020 mennessä useassa EU-maassa. Aurinkolämpö on kilpailukykyinen teknologia Euroopassa jo nyt. Kansainvälisesti kasvavat ja Suomen kannalta vientivoittoiset aurinkoenergiamarkkinat työllistävä vaikutus 19 Petri Konttinen Aurinkoenergian trendeistä

20 Luvatan tuotteet aurinkoenergian valmistuksessa Aurinkolämpö: (min) 0.18 mm x (max) 1105 mm kuparinauhaa aurinkokeräimiin. Rullan pituus voi olla yli 2,5 km ja paino yli 4000 kg. Luvatalla on merkittävä markkinaosuus Euroopassa jo 15 vuoden ajan hyvän laadun ja palvelun ansiosta. Aurinkosähkö: Sunwire : Virrankeräysnauha pii- ja ohutkalvoaurinkokennoihin. Luvata investoi sekä kapasiteetin kasvattamiseen että tutkimukseen ja tuotekehitykseen. Vielä 2008 kaikki tuotanto oli Porissa, 2009 Luvata Malaysia aloitti Sunwire -tuotannon. Vuosina Luvata kasvattaa Sunwire tuotantoa ja lisää tuotantolinjaston Appletonin tehtaalle (USA) Luvata Pori rakensi Nordic Solar pilottilaitoksen. 20 Petri Konttinen Aurinkoenergian trendeistä

21 Kuinka Sunwire toimii? 21 Petri Konttinen Aurinkoenergian trendeistä

22 22 Petri Konttinen Aurinkoenergian trendeistä

23 Aurinkolämpökeräin, jossa Luvatan kuparilevy on päällystetty asiakkaan nanopinnoituksella. Luvatan markkinaosuus Euroopassa on noin 50%. 23 Petri Konttinen Aurinkoenergian trendeistä

24 24 Petri Konttinen Aurinkoenergian trendeistä

25 Aurinkolämpöteknologiat: tasokeräin ja tyhjöputkikeräin Keräimen keskeisin osa on aallonpituusselektiivinen pinnoite Cu- tai Al-pinnalla (tyhjöputkikeräin myös lasipinnalla) Pinnoitteiden hyöty- suhteet t jo lähellä llä maksimia i pääpaino keräinteknologioiden kehityksessä, järjestelmien optimoinissa sekä järjestelmäintegroinnissa Lämpötilojen nosto 80 C 250 C lähitulevaisuudessa uusia sovelluskohteita aurinkojäähdytys & prosessilämmön tuotto 25 Petri Konttinen Aurinkoenergian trendeistä

26 Aurinkolämmön vuotuinen markkinaennuste ja markkinoiden jakautuminen 100 Total capacity in operation of flat-plate and evacuated tube collectors installed at 2007 GW 10 1 China Turkey Germany Japan Israel Brazil Greece Austria USA/CAN India GWth 79,9 7,1 6,1 4,9 3,5 2,51 2,5 2,1 1,7 1,5 % 71,5 6,4 5,5 4,4 3,1 2,2 2,2 1,9 1,5 1,3 MW Global installed and estimated solar thermal capacity at (cumulative) global(sarasin) Europe (ESTIF) Petri Konttinen Aurinkoenergian trendeistä

27 Aurinkolämmön vuosimarkkinat EU27+CH European Solar Thermal Industry Federation (ESTIF), Bright future of solar energy technologies

28 Aurinkolämpöjärjestelmien j potentiaali 28 Petri Konttinen Aurinkoenergian trendeistä

29 Rakennusintegrointi on tulossa Markkinoilla on kasvava tarve kehittää laajan mittakaavan täysintegroituja t it tuotteitatt Nykyiset tuotteet ovat käytännössä kaksi säänkestävää vaippaa rakennuksen päällä, toinen on tarpeeton! Kuvat: 23. Europpalainen PV messut, Valencia, syyskuu Petri Konttinen Aurinkoenergian trendeistä

30 Lähtökohta: Aurinkoenergian integrointi on paljon muutakin kuin tuotteen asennusta Hyödynnetään olemassaolevaa rakennusvaippaa kustannustehokkaasti Yhtä pitkä käyttöikä kuin rakennusvaipalla tuotteen alla Leikataan lisäkustannuksia ja korvataan osaa vaipasta missä mahdollista Saavutetaan luottamus 100% kierrätettävyys käyttöiän jälkeen Alemmat tuotekustannukset rakennuttajalle ja loppukäyttäjälle Tavoite: Aurinkokeräin ja PV-paneeli yhtä yleinen rakennuskomponentti kuin ovet ja ikkunat nykyisin Integroitu Pienemmät riskit, Tyyppisuunnittelu ja arkkitehtooninen- ja alemmat kustannukset, standardointi rakennesuunnittelu miellyttävä ulkoasu 30 Petri Konttinen Aurinkoenergian trendeistä

31 Sähköautojen yleistyessä autokatoksiin aurinkosähköä 3 kw autokatos Nottinghamissa. Viereisellä katolla on 14 kw aurinkosähköä. Tulevaisuudessa sähköautojen yleistyessä tämäntyyppiset järjestelmät voivat ladata sähköauton akkuja työpäivän aikana. 31 Petri Konttinen Aurinkoenergian trendeistä

32 Täysintegroitu kaareva kattoratkaisu Hollannissa ECN-Energiatutkimuskeskuksen E tki k k k uusi rakennus, jossa kaareva PV-katto. Vieressä ECN:n remontoitava rakennus, johon tulee varjostavat aurinkosähköelementit ( BEAR architects, M. van Kerckhoven.) 32 Petri Konttinen Aurinkoenergian trendeistä

33 Täysintegroitu kaareva kattoratkaisu Hollannissa ECN-rakennus sisältä. Aurinkokennojen välistä pääsee sopivasti auringonvaloa rakennukseen. 33 Petri Konttinen Aurinkoenergian trendeistä

34 Ohutkalvoaurinkokennot rakennuksen ikkunoissa Osittain läpinäkyvät ohutkalvokennot, kuvat ulkoa ja sisältä. FH- Birkenfeld, Saksa. 34 Petri Konttinen Aurinkoenergian trendeistä

35 Julkisivuun integroitu ratkaisu Italiassa Perinteiset pii-aurinkopaneelit integroitu klassiseen rakennusarkkitehtuuriin Italiassa. 35 Petri Konttinen Aurinkoenergian trendeistä

36 Poriin tuleva uusi uimahalli 50 kwp aurinkosähkö- ja 200 m 2 aurinkolämpöjärjestelmät katolla. Uutuustuotteena Luvatan kehittämä 80 m 2 Nordic Solar aurinkolämpö julkisivussa. Lisätietoja: Petri Konttinen Aurinkoenergian trendeistä

37 Uimahallin Nordic Solar julkisivun nestekiertoperiaate Kuvassa näkyy julkisivun taakse kytkettävien nestekiertoputkien periaate. Käytännössä putket ovat ulospäin näkymättömiä, eli tämä osa julkisivua on samannäköinen kuin loput 1000 m 2 Luvatan Nordic Green Living gjulkisivua. 37 Petri Konttinen Aurinkoenergian trendeistä

38 Porin uimahallin aurinkolämpöjärjestelmä Seinäkeräimet 80 m 2 Kattokeräimet 200 m 2 AURINKOLÄMPÖ 5 % 38 Petri Konttinen Aurinkoenergian trendeistä

39 Uimahallin aurinkolämpöjärjestelmän prosessikaavio SEINÄKERÄINJÄRJESTELMÄ KATTOKERÄINJÄRJESTELMÄ Lämmönsiirrin Allasvesi kylmäaltaasta Seinäkeräimet 80 m 2 Lämmönsiirrin Kattokeräimet 200 m 2 Auringolla lämmitetty vesi palautuu uintiallaskiertoon Allasvesi uintiallaskierrosta Lämmitetty allasvesi uintialtaille 39 Petri Konttinen Aurinkoenergian trendeistä

40 Porin uimahallin aurinkosähköjärjestelmä 360 m 2 c-si PV paneeleita - huipputeho 50,4 kw p - vuosituotto noin kwh 40 Petri Konttinen Aurinkoenergian trendeistä

41 Porin uimahallin aurinkosähköjärjestelmä DC boksi Invertteri Etäseuranta-järjestelmä AC boksi 230/400 VAC 50 Hz, 3~ 41 Petri Konttinen Aurinkoenergian trendeistä

42 Porin uimahallin aurinkoenergiatoteutuksessa mukana mm: Tilaaja/Rakennuttaja: Porin kaupunki / Kiinteistöyhtiö Kari Hannus / Jukka Kotiniemi Käyttäjä: Porin kaupunki / Vapaa-aikavirasto Kimmo Rinne Arkkitehtisuunnittelu: Arkkitehtuuritoimisto Arktes Oy Tapio Antikainen Rakennesuunnittelu: Ramboll Finland Oy Jukka Kallio VK-suunnittelu: Tritonet Oy Risto Mäki LVI-suunnittelu: Arkins Suunnittelu Oy Tommi Kiiskilä Sähkösuunnittelu: Aki Arkins Suunnittelu Oy Eino Koutuaniemi i Kuparijulkisivun integroidun aurinkokeräinjärjestelmän kehittäjä ja toimittaja: Luvata Pori Oy, Nordic ja Solar tiimit. Katolle asennettavien aurinkolämpökeräinten ja sähköpaneelien ja niiden ohjausjärjestelmien toimittajat kilpailutetaan parhaillaan Hilman kautta. Kaikki kolme aurinkoenergiajärjestelmää speksataan vielä tarkemmin tarjouspyynnöissä toimimaan hyvin yhteen mm. LVI- ja energia-automatiikan kanssa. Koska hanke on ensimmäinen laatuaan Suomessa, sen toteuttamisen pohtimiseen on mennyt lukuisia työtunteja ja kokouksia, mutta kaikkiaan hanke on edennyt erittäin hyvin. Yhteistyö eri tahojen välillä on pelannut ja asiantuntemusta on jaettu aina kun on tarvittu eri suuntiin. 42 Petri Konttinen Aurinkoenergian trendeistä

43 Nokiareena Nokiareenaan voisi integroida jopa 4000 m 2 Nordic Solaria, 1000 m 2 perinteistä aurinkolämpöä, ja 900 kwp aurinkosähköa eri rakenteisiin (hankevaihe). 43 Petri Konttinen Aurinkoenergian trendeistä