Aurinkosähköä kotiin ja yhteistilauskokemuksia Vesa-Matti Puro, aurinkovirta.fi Joensuu 5.5.2014
Ohjelma Sijoituspaikka aurinkosähkövoimalalle Aurinkosähkö Suomessa Aurinkosähkön mitoitus Aurinkosähkövoimalan laitteisto Aurinkosähkövoimalaesimerkkejä Aurinkosähkövoimalan yhteistilauksen kokemuksia
Sijoituspaikan valinta
Kuva: Matti Lehtonen
Aurinkosähkö Suomessa
Aurinko-opas 14
Saksa-Suomi Aurinkosähkövertailu (5kWp) 700 Frankfurt Lappeenranta 525 350 175 0 tammi helmi maalis huhti touko kesä heinä elo syys loka marras joulu Lähde: PVGIS-laskuri, Frankfurt 35 astetta, Lappeenranta 42 astetta 15
Laskettu-Toteutunut 2014 Aurinkosähkövertailu (5kWp) Lähde: PVGIS-laskuri, etelään, Lappeenranta 20 astetta, sunnyportal.com 16
5kW voimalan laskettu vuosituotto (PVGIS) Helsinki (4050, +3%) Imatra (3940, +/-0%) Inari (3230, -18%) Joensuu (3740, -5%) Jyväskylä (3770, -4%) Kesälahti (3850, -2%) Kitee (3810, -3%) Kuopio (3720, -5%) Lappeenranta (3930, nollataso) Oulu (3700, -6%) Parikkala (3900, -1%) Rautjärvi (3900, -1%) Ruokolahti (3940, +/-0%) Savonlinna (3900, -1%) Tampere (3890, -1%) Turku (4140, +5%) 15 katto etelään. Tuottolukemat kwh vuodessa. 17
5kW voimalan laskettu kuukausituotto (PVGIS) Tammikuu (53,1 / 1,7) Helmikuu (158 / 5,6) Maaliskuu (319 / 10,3) Huhtikuu (508 / 16,9) Toukokuu (655 / 21,1) Kesäkuu (629 / 21) Heinäkuu (639 / 20,6) Elokuu (472 / 15,2) Syyskuu (279 / 9,3) Lokakuu (147 / 4,7) Marraskuu (47 / 1,6) Joulukuu (27 / 0,9) Lappeenranta, 15 katto etelään. Tuottolukemat kwh kuukausi / päivä. Jaa punaiset viidellä. 18
Katon kaltevuuden vaikutus 5kW voimalan tuotantoon (PVGIS) 10 : 3800 15 : 3930 20 : 4040 25 : 4130 30 : 4190 35 : 4240 45 : 4250 50 : 4220 60 : 4100 70 : 3890 80 : 3590 90 : 3200 40 : 4250 Lappeenranta, katto etelään. Tuottolukemat kwh vuosi. 1:2 = 26,6, 1:3 = 18,4, 1:4 = 14 19
Katon suunnan vaikutus 5kW voimalan tuotantoon (PVGIS) pohjoinen, 180: 2710 (-33%) luode, 135: 2900 (-28%) länsi, 90: 3430 (-15%) lounas, 45: 3870 (-4%) etelä-lounas, 22: 4000 (-1%) etelä, 0: 4040 (nollataso) etelä-kaakko, -22,5: 4000 (-1%) kaakko, -45: 3880 (-4%) itä, -90: 3440 (-15%) koilinen, -135: 2910 (-28%) Lappeenranta, 20 katto etelään. Tuottolukemat kwh vuosi. 20
paikkatietoikkuna.fi
PVGIS EU:n rahoituksella tehty webbisovellus aurinkosähkön tuotannon laskentaan (solar yield calculator) tietyssä osoitteessa kallistus ja suunta huomioon ottaen http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php Aseta: Installed peak PV power (aurinkopaneeliston koko kilowatteina, käytä pistettä desimaalipilkun sijaan), Slope (katon kallistuskulma), Azimuth (katon suunta, 0=lape etelään, -90=itään, -45= kaakkoon, 90=länteen, 45=lounaaseen) 22
23
24
sunnyportal.com 25
Leirivoima 26
Leirivoima 2014 Lappeenranta, 35 katto etelään. 13.10.2014: 877 kwh/kwp, 4421 kwh. 27
Leirivoima heinäkuu Lappeenranta, 35 katto etelään. 28
Leirivoima 12.7. 35kWh Lappeenranta, 35 katto etelään. Pilvetön päivä. 29
Leirivoima 16.7. 27kWh Lappeenranta, 35 katto etelään. Useita yksittäisiä pilviä. 30
Leirivoima 17.7. 17kWh Lappeenranta, 35 katto etelään. Pilvinen päivä. 31
Aurinkosähkön mitoitus 32
Aurinkosähköjärjestelmän mitoitus Syy aurinkosähköön vaikuttaa mitoitukseen: arvot, ympäristö, harrastus, itsenäisyys, säästö? Tutustu esim. Aurinkosähköä ja energiatehokasta asumista, Antti Kosonen ja Jero Ahola laskelmiin. Itse käytettynä aurinkosähköstä 10-13 snt/kwh hyöty, myytynä 3,5-3,95 snt/kwh. Järkestelmän hinta EUR/W laskee kun järjestelmän koko kasvaa. 1. Kuukausittaisen lämpimän käyttöveden tarpeen mukaan 2. Katon koon, vuotuisen nykyisen ja tulevan sähköntarpeen tai budjetin mukaan 3. Vähintään 50% omaan käyttöön perusteen mukaan 4. 3-vaihe invertterin (5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 15, 17, 20, 25kWp) mukaan 5. Nykyisen sähköliittymän koon mukaan: 3x25A 17kW, 3x35A 24kW, 63x5A 44kW 33
Lisää aurinkosähkön käyttöä Useita kiinteistöjä samalla tontilla saman sähköliittymän takana Lämpöpumpun (maa- tai ilmalämpöpumppu) hankinta Ison lämminvesivaraajan hankinta Öljyn tai hakkeen käytön vähentäminen käyttöveden lämmityksessä Sähköauto: 100km / 25kWh, 10000km / 2500kWh Päiväsähkön kulutuksen kasvaminen: perheen perustaminen, eläkkeelle jäänti Nettomittauksen käyttöönotto (tunti, päivä, vuosi) 34
Mitä 4000kWh saa? 4000kWh riittää esim. seuraaviin, 1000kWh kullekin: 4000km sähköautolla kuumaa vettä 47litraa/pv vuoden ajan (15C->65C) 4 hengen talouden pyykin- ja astianpesun 4 hengen talouden ruuanlaiton ja kylmälaitteet Lämmin käyttövesi 4 hengen omakotitalossa 3600kWh/a Lähde: Wikipedia, Kotitalouksien sähkönkäyttö 2011 raportti 35
Mitoituksen vaiheet A. Selvitä sähkön tarpeesi nyt ja tulevaisuudessa, mahdollisesti pyydä tuntikohtaiset sähkönkäyttöluvut Excel-muodossa koko vuodelta. B. Selvitä voitko lisätä aurinkosähkön kulutusta ohjauksella tai varaajalla ym. C. Selvitä kattosi aurinkosähköpotentiaali. D. Selvitä budjetti - harkitse teen kerralla vs. jätän puolet laajennusvaraa vaihtoehdot. E. Toimi laitteiden, sähköliittymän ja lainsäädännön reunaehtojen rajaamalla alueella. F. Valitse koko ja tarkista ulkonäkö. 36
Aurinkosähkövoimalan laitteisto
Aurinkosähkövoimala Huipputeho on esim. 6 kw ja jolloin vuosittain tuotettu sähköenergia on noin 4800 kwh Voidaan toteuttaa kahdessa osassa Kattokiinnikkeet (RST) ja alumiiniset asennuskiskot Aurinkopaneelit (24 kpl a 250 W paneelia) 3-vaiheinen verkkoinvertteri Kaapelit (6mm 2 ), turvakytkin, ym. 38
Aurinkosähkövoimalan sähköosat 1-2 x aurinkopaneeliketjua Talon sähköverkko DC-kaapelit Verkko- invertteri AC-turva- Automaatti- DC-turvakytkin kytkin 39 sulakkeet Sähköverkko
Aurinkopaneeli Muuntaa auringon säteilyä tasasähköksi Tyypillinen koko noin 1640x1000 Huipputeho 215-265W Verkkoonkytketyissä aurinkosähköjärjestelmissä tyypillisesti aurinkopaneelit kytketään sarjaan 40
Esimerkkikokoonpanoja 5-9 kw 20 x 250 W = 5 kw (33 m 2 ) 24 x 250 W = 6 kw (38 m 2 ) 28 x 250 W = 7 kw (45 m 2 ) 32 x 250 W = 8 kw (51 m 2 ) 36 x 250 W = 9 KW (58 m 2 ) 41
Aurinkopaneelin ominaisuudet Teknologia: piikide, yksikide (mono, M) tai monikide (poly, P) Huipputeho (Wp) 255W, tehotoleranssi (+ tai +/-) -0/+4,99W, tehotakuu (%/N v) 90%/10v, 80%/ 25v Avoimen piirin jännite (Uoc) 38,84V, jännite suurimmalla kuormalla (Umpp) 30,99V, oikosulkuvirta (Isc) 8,91A, virta suurimmalla kuormalla (Impp) 8,31A Järjestelmän maksimijännite 1000V Lumi- (Pa) 5400Pa ja tuulikuorman (Pa) 2400Pa kestävyys Koko (mm) 1640x991x38, pinta-ala (m2) noin 1,7m2, paino (kg) 17,7kg Liittimet: Tyco Solarlok, Multi Connect 4 (MC4), ym. Sertifioinnit: IEC 61730 (sähköturvallisuus), IEC 61215 (paneelin ominaisuudet), IEC 61216 (ammoniakki) Esimerkkiarvot (alleviivattu) Heckert NeMo 60 P 255 -paneelista. 42
Paneelien sijoittelu 1,5 x 1m, 220W 1,64 x 1m, 250W 1,5 x 1m, 1,64 x 1m, 220W 250W 43
Tasavirtakaapeli Siirtää tasavirran paneelisarjasta verkkoinvertterille Riittävä johtimen pinta-ala pitää tasavirran siirron häviöt riittävän pieninä Plus- ja miinus-kaapelit tuodaan katolta eri sähköputkissa Max 1000V Solarkabel IBC Flexi Sun 1x6mm2 (tai 10mm2, ym.) 44
Verkkoinvertteri Muuntaa aurinkopaneelin tuottaman tasasähkön (DC) vaihtosähköksi (vaihtosuuntaaja) Sijoitetaan ulos tai sisään SMA Sunny Tripower 5000 5 kw (malleja 6-7-8-9 kw) kolmivaiheinen Bluetooth & nettiliitäntä valvontaan 45
Invertterin valinta ja sijoitus Invertterin valinnassa kiinnitä huomiota näihin: Suojausasetukset VDE-AR-N-4105 saksan asetuksen mukaisesti 3-vaiheinen tai 1-vaiheinen sähköliitäntä, sähköiset ominaisuudet, mm. MPPT-alueen jänniterajat, esim. 245V-800V, nimellisjännite, esim. 580V, maksimijännite, esim. 1000V Muuntajaton (hyötysuhde suurempi, 98%) vai muuntajallinen (ohutkalvopaneelit) Ulkokäyttöön: Ilmastoluokitus 4K4H (-25C - +60C), IP-luokitus IP65 takuuajan pituus, suunnittele invertterin vaihto 15 vuoden jälkeen Tietoliikenneyhteydet invertterin tuotannon ja virhetilanteiden seurantaan Ohjelmoitava ohjausrele aurinkosähkön käytön osuuden lisäämiseen Saatavissa olevat lisäosat sähkönkulutuksen mittaukseen, ohjaukseen ja sähkön varastointiin 46
Invertterin sijoitus 47
Turvakytkin Erottaa voimalan sähköverkosta Verkkoyhtiön vaatimus Lukittavissa erillisellä lukolla Esim. Katko KUM316U Sähköasentaja myy Tasavirtapuolen turvakytkin on integroitu invertteriin 49
50
Kytkentä keskukseen
2-suuntainen sähkömittari SMA Energy Meter Asennetaan sähkölaitoksen mittarin jälkeen 3-vaiheinen mittaus Mittaa sähkön ostoa tai myyntiä reaaliaikaisesti Toimittaa tiedot ohjausyksikön käyttöön Ethernet-liitäntä 52
SMA Energy Meter 53
SMA Energy Meter -kohde Lappeenrannassa13.9.2014 54
Ohjausyksikkö SMA Home Manager Saa sähkön osto- ja myynti mittaustiedot 2-suuntaiselta sähkömittarilta Saa sähkön tuotantotiedot SMA Tripower -invertteriltä Säätiedot ennusteen pohjana Osaa tehdä laitteiden ohjauspäätöksiä SMA Sunny Island -laitteen kanssa ohjaa sähkön varastointia 55
SMA Home Manager 56
Akkuinvertteri SMA Sunny Island 1-vaiheinen, 3kW, 4kWp, 6kW tai 8kW laite, kolmella laitteella 3- vaiheinen asennus Toimii kuormanohjaustietokoneen ohjauksessa 48V lyijy- tai litiumakku Uusimmassa mallissa varavoimatoiminto 57
Asennusteline
Kaksikerroksiset asennuskiskot 59
2-kerroskiinnitysteline 2-kerroksinen kiinnitysteline parantaa paneelien tuuletusta ja sitä kautta sähköntuotantoa. Teline on myös 1-kerroksista jämäkämpi. 60
Yksikerroksiset asennuskiskot 61
62
63
Kattokiinnikkeet
Profiilipeltikatto Profiilipeltikaton M12x300 kiinnikkeenä toimiva ankkuripultti on 100mm kattotuolissa ja katon pinnalla sillä nostetaan profiilin alaosa reiluun 100mm korkeuteen, jonka avulla saavutetaan 15cm tuuletusväli aurinkopaneeleille. 65
Saumattu peltikatto Saumatun peltikaton kiinnike on puristintyyppinen. Kiinnikkeen, joka itsekin on ruostumatonta terästä, ruostumattomasta teräksestä valmistetut kiristyspultit tulee rasvata ennen kiristystä esim. kuparipastalla, vaseliinilla ym. 66
Tiilikatto Tiilikattokiinnikkeet kiinnitetään kattotuolin päälle asennettuun halutun paksuisen vanerin päälle niin että koukku jää irti tiilestä. 67
Huopakatto Huopakaton kiinnikkeet ovat samat kuin profiilipeltikatolla. Tiivistykseksi lisätään metallilaatta, jossa on kuminen alaosa sekä liimattava bitumilaatta huopakaton ja laatan välissä. Lujuuslaskelman osoittaessa käytetään kolmea kiskoa kahden sijasta 1-kerroskiinnityksessä. 68
Aurinkosähkövoimala- esimerkkejä
Kattoasennukset
Rantala 48 Lemi Rantala 48 27.5.2013 5,04 / 5 kwp SMA Sunny Tripower 5000TL 24 x Heckert NeMo P210 Peltikatto Maatila 71
JTSavitaipale Savitaipale JTSavitaipale 30.5.2013 + 28.7.2014 5,04+0,42/ 5 kwp SMA Sunny Tripower 5000TL 2013: 24 x Heckert NeMo P210 2014: 2 x Heckert NeMo P210 Profiilipeltikatto Omakotitalo 72
Pitkäniitty 1 Espoo Pitkäniitty 1 27.6.2013 2,94 / 5 kwp SMA Sunny Tripower 5000TL 14 x Heckert NeMo P210 Profiilipeltikatto Omakotitalo 73
JTenergia - Luoteisenniemi Lappeenranta JTenergia - Luoteisenniemi 22.7.2013 2,52 / 5 kwp SMA Sunny Tripower 5000TL 12 x Heckert NeMo P210 Huopakatto Kesämökki 74
Lahdenpellonkatu Lappeenranta Lahdenpellonkatu 18.7.2014 7,5 / 6 kwp SMA Sunny Tripower 6000TL 30 x Q.Cells Q.Pro G3 250 Saumattu peltikatto Omakotitalo 75
Museovoimala Kouvola Museovoimala 25.7.2014 5,28 / 6 kwp SMA Sunny Tripower 6000TL 24 x Heckert NeMo P 220 Saumattu peltikatto Omakotitalo 76
Hurtantila Virolahti Hurtantila 8.7.2014 8,67 / 8 kwp SMA Sunny Tripower 8000TL 34 x Heckert NeMo 60P 255 Peltikatto Kalastajatila 77
Rasa Lappeenranta Rasa 8.7.2014 11,48 / 18 kwp 2 x SMA Sunny Tripower 9000TL 45 x Heckert NeMo 60P 255 Peltikatto Maatila 78
TAM Power Lappeenranta TAM Power 24.6.2014 6,12 / 5 kwp SMA Sunny Tripower 5000TL 12+12 x Heckert NeMo 60P 255 Tiilikatto Omakotitalo 79
Kivitasku Savitaipale Kivitasku 13.7.2014 6,12 / 6 kwp SMA Sunny Tripower 6000TL 12+12 x Heckert NeMo 60P 255 Palahuopakatto Omakotitalo 80
Telineasennukset
Linnavuori Lappeenranta yksityinen 4.7.2014 4,08 / 5 kwp SMA Sunny Tripower 5000TL 16 x Heckert NeMo 60P 255 Maateline (teräs) Omakotitalo 82
SolarKuhala Taipalsaari SolarKuhala 20.10.2013 2,52 / 5 kwp SMA Sunny Tripower 5000TL 2013: 12 x Heckert NeMo P210 2015: 15 x Heckert NeMo 60P 255 Teline (Al) / Seuraaja Maatila 83
Joutseno Joutseno yksityinen 15.8.2013 5,04 / 5 kwp SMA Sunny Tripower 5000TL 24 x Heckert NeMo P210 Teline (puu + Al) Omakotitalo 84
Lappeenranta Lappeenranta yksityinen x.5.2015 5,1 / 9 kwp SMA Sunny Tripower 9000TL 20 x Heckert NeMo 60P 255 Teline (puu) Omakotitalo 85
Kumpare Lemi Kumpare 15.6.2013 5,75 / 6 kwp SMA Sunny Tripower 6000TL 25 x itse hankittu monikidepaneeli Rakennuksen kate Omakotitalo 86
Karhunpää Taipalsaari Karhunpää 4.8.2013 9,24 / 9 kwp SMA Sunny Tripower 9000TL 44 x Heckert NeMo P210 Rakennuksen kate Kesämökki 87
Koivula Lappeenranta yksityinen 25.7.2014 / 18.9.2014 3,06+3,06 / 6 kwp 1 x SMA Sunny Tripower 6000TL 12+12 x Heckert NeMo 60P 255 Peltikatto ja maateline Omakotitalo 88
Aurinkosähkön yhteistilauksen kokemuksia
Yhteistilaus 2013 Ensimmäinen iso aurinkopaneelien yhteistilauksen toteutus Suomessa. Etelä-Saimaa teki koko sivun artikkelin ideasta 24.2., ajankohtainen kakkonen näytti Lemin talkoista vartin ohjelman ja yli 20 lehteä kirjoitti asiasta. 21 osallistujaa hankki 100 kwp, joista 360 aurinkopaneelia (80 kwp) tuli yhteistilauksen kautta Saksasta. Osallistujat tyytyväisiä, osa laajentaa järjestelmiään jo 2014. Toimi innoittajana muutamalle yhteistilauksena markkinoidulle hankkeelle eri puolilla Suomea. Kuljetusmaksulla katettiin yhteiskuljetuksen kuljetuskustannuksia. 90
Yhteistilaus 2014 Edellisen yhteistilauksen osallistujat ja viidakkorumpu toivat 2014 Aurinkosähköä Pistorasiasta -luennolle 135 osallistujaa. Neljän tunnin luennon jälkeen moni jäi vielä paikalle kyselemään. 44 osallistujaa hankki 905 aurinkopaneelia (229 kwp) joista pääosa tuli yhteistilauksen kautta Saksasta. Aurinkopaneelien kattoasennusta opiskeltiin eri kattotyypeille järjestetyillä oppimistyömailla. Kukin osallistuja hoiti itse kattoasennuksen haluamallaan tavalla, sähköasennukset teki omistajan valitsema sähköurakoitsija pääosin tuntityönä. Yhteistilauksesta perittiin osallistumismaksu ja kuljetusmaksu kattamaan kuluja. 91
Hinta alas volyymin avulla 2015 ostoslista: 1231 saksalaista (ja 82 suomalaista) aurinkopaneelia (333,48kW) 1200 kpl Heckert NeMo 60P 255 -aurinkopaneelia, 15 kpl Heckert NeMo P220 -aurinkopaneelia, 16 kpl Heckert NeMo P230 Black Edition -aurinkopaneelia, ja (82 kpl Cencorp Chrome 250 (osallistuja hankki itse)) 51kpl 5-20kWp 3-vaiheista SMA -verkkoinvertteria (341kWp) IBC TopFix 200 -kattokiinnikkeet tiili-, huopa- ja peltikatolle Schletter -kattokiinnikkeet saumatulle peltikatolle 5,5km IBC Solar 1000V 6mm2 PV1-F DC- kaapelia 92
Tehokkaat kuljetukset 93
Telineet
Turvavarusteet
Turvallisuus Telineet, turvavaljaat ja -köydet, tarraimet, silmäsuojaimet, kuulosuojaimet, vastuu, EA-kurssit, vakuutukset Vastuu esimerkistä: kaikissa valokuvissa turvavarusteet päällä Aurinkosähkö pidetään poissa asbestikatoilta (Vartti, Mineriitti) Varovaisuus porattaessa läpivientejä (asbesti, putket, sähkökaapelit) Aurinkopaneeleita ei kytketä sateella eikä kostealla Ammattilaiset tekevät sähkötyöt
Oppimistyömaat Eri kattotyyppien kiinnitysjärjestelmien asennuksesta järjestettiin oppimistyömaat. Kattotyypit: tiilikatto, profiilipeltikatto, saumattu peltikatto ja maatilojen konehallien profiilipeltikatto. Talon omistajan toimiessa isäntänä 5-6 hengen ryhmä osallistujia tutustui asennuksen vaiheisiin, tarvittaviin työkaluihin ja turvavarusteisiin ja niiden käyttöön. Oppimistyömaat järjestettiin koko järjestelmän toimitusta odotellessa ennalta tilattujen osien avulla. Lue lisää kahdelle oppimistyömaalle osallistuneen tutkijan kirjoituksesta: http://sivistyksenkehto.blogspot.fi/2014/05/ antropologi-aurinkopaneelityomaalla.html 97
Erikoistyökalut helpottavat
Sabluunat nopettavat työntekoa
Kokemukset Kiinnitä huomiota turvallisuuteen, pidä aurinkosähkön rakentaminen nollassa tapaturmassa Itse tekemällä saa parempaa jälkeä kuin halvan paketin ostamalla Ostaja tarvitsee luotettavan asiantuntijan, joka avustaa ostajaa valitsemaan oikein ja auttaa valitsemaan oikean tarjouksen Aurinkosähköjärjestelmää ei kannata ostaa x kwp pakettina, vaan kohteen mukaan suunniteltuna Valitse oikean kokoinen järjestelmä Osta myös mittari, jolla voit seurata järjestelmän tuottaman sähkön käyttöä ja myyntiä Asennuta ohjausjärjestelmä, jolla voit parantaa sähkön oman käytön osuutta, esim. ohjaamalla käyttöveden lämmitystä
Kiitos mielenkiinnosta! Aurinkoista kevättä.
Lisätietoja Vesa-Matti Puro, 044-0396461, vesamattipuro@gmail.com http://aurinkovirta.fi Solar Yield Calculator http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php Sunny Portal www.sunnyportal.com > Publicly available sites TkT Antti Kosonen ja Prof Jero Ahola, Lappeenrannan teknillinen yliopisto, Aurinkosähköä ja energiatehokasta asumista, 7.10.2014 Aurinkoteknillinen yhdistys: Aurinko-opas, aurinkoenergiaa rakennuksiin, 2008 102