Aurinkoenergia Suomessa Biobisnestä Pirkanmaalle Aurinkoenergiaseminaari 4.10.2016 Markku Tahkokorpi, Utuapu Oy 06.10.2015 1
Esityksen rakenne Yleistä aurinkoenergiasta Energiapotentiaali Suomessa Aurinkosähkö Yleistä Talous Suomessa Aurinkolämpö Yleistä Talous Suomessa Aurinkoenergia ja (maa)lämpöpumput Teknisiä ratkaisuja Yhdistelmän etuja Linkkejä 4.10.2016 Markku Tahkokorpi 2
Yleistä aurinkoenergiasta 4.10.2016 Markku Tahkokorpi 3
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 14.01.2016 Markku Tahkokorpi 4
Aurinkolämmön hyödyntämistapoja Passiivinen aurinkolämpö Aurinkolämpö Keskittävä aurinkolämpösähkö (CSP Concentrating solar power) Optisia toimintaperiaatteita Keskittävät / ei-keskittävät järjestelmät Kiinteät / seurantajärjestelmät (eli heliostaatit)
Auringon säteily Suomessa Kokonaissäteilyn määrä Suomessa on 900-1150 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 4.10.2016 markku.tahkokorpi@utuapu.com 6
4.10.2016 Markku Tahkokorpi 7
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 0,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 4.10.2016 Markku Tahkokorpi 8
Keräinkulman vaikutus säteilyn määrään Seinäjoella Kuukausittainen auringon säteilyn määrä Seinäjoella eri kallistuskulmassa oleville pinnoille [kwh/m 2 ] 200 180 160 0 30 44 60 90 140 120 100 80 60 40 20 0 Tammi Helmi Maalis Huhti Touko Kesä Heinä Elo Syys Loka Marras Joulu 4.10.2016 Markku Tahkokorpi 9
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 4.10.2016 Markku Tahkokorpi 11
Aurinkosähkö Markku Tahkokorpi 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 4.10.2016 Markku Tahkokorpi 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 4.10.2016 Markku Tahkokorpi 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 4.10.2016 Markku Tahkokorpi 15
Aurinkokennojen hyötysuhteita NREL, 12.08.2016 4.10.2016 Markku Tahkokorpi 16
Sähkön tuotantokustannuksista Lähde: Seeking Alfa 4.10.2016 Markku Tahkokorpi 17
Verkkoon kytkettävä järjestelmä 4.10.2016 Markku Tahkokorpi 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 1.10.2015 alkaen, samoin muille uusiutuvan energian asennuksille 4.10.2016 Markku Tahkokorpi 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 4.10.2016 Markku Tahkokorpi 21
Aurinkosähkötaloudesta Suomessa 10 kw:n järjestelmä maksaa tällä hetkellä noin 16 19 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 4.10.2016 Markku Tahkokorpi 22
Aurinkosähkövoimaloiden hintataso Suomessa 2014 3,00 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 0,00 1 10 100 4.10.2016 Markku Tahkokorpi 23
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 4.10.2016 Markku Tahkokorpi/ markku.tahkokorpi@lahienergia.org 24
Aurinkolämpö 4.10.2016 Markku Tahkokorpi 26
Määrittelyjä Kiinteistökohtainen aurinkolämpö: < 50 m 2 keräinpinta-alaa Lämmin käyttövesi ja mahdollisesti lämmitys Teollinen aurinkolämpö 50 500 m 2 keräinpinta-alaa Prosessilämpö, käyttövesi tms. Aurinkokaukolämpö > 500 m 2 keräinpinta-alaa Lämmitys kaukolämpöjärjestelmissä, usein mukana lämmön kausivarastointi 4.10.2016 Markku Tahkokorpi 27
Aurinkolämpökeräimet Nestekiertoiset päätyypit: Tasokeräimet Tyhjöputkikeräimet (Lasittamattomat keräimet) Ilmakeräimet 4.10.2016 Markku Tahkokorpi 28
Pääasialliset nestekeräintyypit Tyhjöputkikeräimiä katolla Tasokeräimiä katolla 4.10.2016 Markku Tahkokorpi 29
Tasokeräimen lämmöntuotto Helsingissä kwh/m 2 vuodessa 900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 0 20 40 60 80 100 120 140 Keräimen lämpötila, C 4.10.2016 Markku Tahkokorpi/ markku.tahkokorpi@utuapu.com 31
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 4.10.2016 Markku Tahkokorpi 32
Aurinkolämpöjärjestelmät Termosifoni Suljettu järjestelmä 4.10.2016 Markku Tahkokorpi 33
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 10 20 % vuotuisesta lämmöntarpeesta Aurinkolämmön lisääminen olemassa olevaan järjestemään: Vesikiertoisessa puulämmityksessä on jo luonnoistaan suuret varaajat. Lisättäessä öljylämmitykseen aurinkolämpö, joudutaan usein lisäämään varaajakapasiteettia 4.10.2016 Markku Tahkokorpi 34
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 500 1000 / keräinneliö 10 %, 50 100 / keräinneliö 46 92 /MWh 37 73 /MWh Keskikokoiset järjestelmät 20 100 keräinneliötä 500 750 / keräinneliö 8 %, 40 60 / keräinneliö 45 68 /MWh 36 54 /MWh Suuret järjestelmät 100 1000 keräinneliötä 400 500 / keräinneliö 5 %, noin 20 25 / keräinneliö 35 44 /MWh 28 35 /MWh Lähde: Finsolar-hanke/Aalto-yliopisto 4.10.2016 Markku Tahkokorpi/ markku.tahkokorpi@utuapu.com 35
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) 4.10.2016 Markku Tahkokorpi 36
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 4.10.2016 Markku Tahkokorpi 40
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 4.10.2016 Markku Tahkokorpi 42
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 4.10.2016 Markku Tahkokorpi 43
Aurinkolämpölinkkejä Utuapu Oy http://www.utuapu.fi/ Finsolar-projekti http://www.finsolar.net Motivan aurinkolämpösivut http://motiva.fi/aurinkolampo IEA:n Solar Heating and Cooling projekti http://www.iea-shc.org/ EU Renewable Heating and Cooling Platform http://www.rhc-platform.org/ Drake Landing Solar Community http://www.dlsc.ca/ 4.10.2016 Markku Tahkokorpi 45
Aurinkosähkölinkkejä Finsolar-hanke http://www.finsolar.net/ Motivan aurinkosähkösivut http://motiva.fi/aurinkosahko Aurinkoenergian tuottolaskin http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php Saksan hetkellinen aurinkosähkötuotanto http://www.sma.de/en/company/pv-electricityproduced-in-germany.html 4.10.2016 Markku Tahkokorpi 46
Yhdistyslinkkejä Aurinkoteknillinen yhdistys ry http://www.aurinkoteknillinenyhdistys.fi/index.php Suomen Lähienergialiitto ry http://www.lahienergia.org Solar Power Europe http://www.solarpowereurope.org/ ESTIF (European Solar Thermal Industry Federation) http://www.estif.org/ 4.10.2016 Markku Tahkokorpi 47
Kiitos! markku.tahkokorpi@utuapu.com 06.10.2015 Markku Tahkokorpi 48