Aurinkosähköä ja energiatehokasta asumista Antti Kosonen & Jero Ahola 7.10.2014
Esityksen sisältö 1. Johdanto 2. Aurinkosähkö Suomessa 3. Aurinkosähkövoimalan kannattavuus ja suunnittelu 4. Aurinkosähkövoimalan asennus ja käyttöönotto 5. Aurinkosähkövoimalan toiminnan seuranta 6. Energiatehokas asuminen
Johdanto
Päästötön energian tuotanto ja käyttö? Lähde: Birgitta Resvik, Fortum
Hyödynnettävissä olevat energialähteet maapallolla Auringosta saapuu maapallolle 14.5 sekunnissa yhtä paljon energiaa kuin ihmiskunta käyttää vuorokaudessa Ramez Naam, Scientific American Lähde: Richard Perez & Marc Perez, A Fundamental Look at Energy Reserves for the Planet
Aurinkopaneelien hinnan kehitys
Auringon säteily Euroopassa Valmistukseen käytetyn energian takaisinmaksuaika Suomessa alle 3 vuotta Globaalisti parhailla alueilla säteilysumma on n. 2500 kwh/m 2 Lähde: European Union, Joint Research Centre, (http://re.jrc.ec.europa.e u/pvgis/cmaps/eur.htm)
Yleisen jakeluverkon rinnalla toimivan aurinkovoimalan rakenne Source: http://www.geservices.com.au/gridconnectedsystems.aspx, accessed 24.4.2014
Aurinkosähkö Suomessa
Ajallinen vertailu aurinkosähkön tuotantoon vaikuttavista tekijöistä 25.0 Barcelona Air temperature ( C) 20.0 15.0 10.0 5.0 0.0-5.0 Frankfurt Lappeenranta Lappeenranta vastaa Frankfurtia aurinkosähkön tuotantopotentiaaliltaan Suomessa viileämmät olosuhteet Kuukausijakauma erilainen Päivät pitkiä kesäaikaan Maailman parhailla alueilla tuotanto noin kaksinkertainen Suomeen verrattuna -10.0 Daily solar radiation (kwh/m2/d) 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 Barcelona Frankfurt Lappeenranta Day length (hh:mm) 21:36 19:12 16:48 14:24 12:00 9:36 7:12 4:48 2:24 Barcelona Frankfurt Lappeenranta 0.0 0:00
Suomen sähköenergian tarpeen täyttämiseen vaadittavien aurinkosähköpaneelien pinta ala 28 km x 28 km Suomessa vuotuisesti kulutetun sähköenergian tuottamiseen tarvittavien aurinkopaneelien pinta ala Sähköenergian vuosikulutus Suomessa (TWh) Tarvittava asennettu kapasiteetti (GWp) Tarvittava maapintaala (km 2 ) Pinta alan tuottavan neliön sivu (km) 85 106 744 27.3
Auringon säteilyenergian hyödyntämisen tehokkuus sähkön tuotannossa 1 ha, aurinkosähkövoimala Prisman katolla Suora auringon säteilyenergian muuntaminen aurinkokennoilla sähköksi on 200 400 kertaa tehokkaampaa kuin konversio metsäbiomassan kautta voimalaitosprosessissa 330 ha, 10 m3/ha/a kasvava metsä Aurinkosähkövoimalan (PV) valmistukseen käytetyn energian takaisinmaksuaika on < 3 a, laitoksen käyttöikä on n. 25 30 a
Kiinteistökokoluokan aurinkosähköjärjestelmän kustannusrakenne ALV:n suuruisen osan poistaminen henkilöverotuksessa mahdolliseksi? (toteutustapa mikä hyvänsä) Menetetty ALV tuotantotukena: 16 /MWh ALV kantoja EU:ssa 2014: Suomi 24 % Luxemburg 15 % Saksa 19 % Alankomaat 19 % Työ 20 % Arvonlisävero 19 % Muut tarvikkeet 2 % Kaapelit ja liittimet 1 % Kotimaisuusaste: investoin 25 90 % tuotettu energia: 100 % Aurinkosähköjärjestelmän kustannusrakenne: 5 kwp hinta: 1.6 /Wp (alv 0%), 2 /Wp (alv 24%) Telineet 7 % Invertteri 13 % Paneelit 38 % Paneelit Invertteri Telineet Kaapelit ja liittimet Muut tarvikkeet Työ Arvonlisävero Asennusmäärä (kpl/a) 10000 50000 100000 Asennettu kapasiteetti (MWp/a) 50 250 500 Suora työllistäminen, asennus (henkilöä) 300 1500 3000 Liikevaihto (M ) 100 500 1000
Aurinkosähkövoimalan kannattavuus ja suunnittelu
Aurinkosähkön tuotannon kannattavuus Suomessa* 20.0 20.0 18.0 18.0 16.0 16.0 Energy price (c/kwh) 14.0 12.0 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 1.5 eur/w 1.3 eur/w 1 eur/w Energy price (c/kwh) 14.0 12.0 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 10.5% 8.5% 6.5% 4.5% 2.5% 0% 0.0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Nominal interest rate (%) 0.0 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 System price (eur/w) Kuva. Sisäinen korko, kun itse tuotettu aurinkosähköenergia korvaa aina ostosähköä. Järjestelmän vuotuinen kunnossapitokustannus on 1.5% investoinnista. Kuva. Aurinkosähköenergian tuotantokustannus eri investointikustannuksilla ja korkotasoilla. Laitteiston vuotuinen kunnossapitokustannus on 1.5% investoinnista. Elinikä 30 vuotta. *Simuloitu voimala: Sijainti Lappeenranta, paneelit suunnattu etelään, kulma 15, inflaatio 1,5 %
Pientalon aurinkosähkövoimalan toteutusprosessi Suunnittelu ja kilpailutus Mikrotuotantolaitteiston yleistietolomake Luvat ja vaatimukset Asennus ja käyttöönotto 1.Laitteiston suunnittelu (sijoitus, laitoksen koko) 2.Komponenttien valinta, kiinnitysratkaisut, mitoitukset 1. Laitteiston tekniset tiedot 2. Laitteiston sijoittaminen Käsittely Asiakkaan sähköverkkoyhtiö Kunnan rakennusvalvonta Verkkoyhtiö ja kunnan rakennusvalvonta 1.Ei mitään 2.Ilmoitus 3.Toimenpidelupahakemus Laitteiston hankinta ja asennus (urakoitsija, asiakas,tms) 1. Käyttöönottotarkastus (urakoitsija) 2. Sopiminen (asiakas) energiayhtiön kanssa mahdollisen ylijäämäsähkön käsittelystä 1. Käyttöönottotarkastuspöytäkirja 2. Sähkönmyyntisopimus
Tuotannon simulointi ja suunnittelu Tuotantoa voidaan simuloida ottaen huomioon paikalliset olosuhteet o Säteily, lämpötila, suuntaus, paneelikulma, teho, lumi, yms. 3 3 Teho (kw) 2 2 1 Kulutus Tuotanto 1 0 3 2 Teho (kw) 2 1 1 Kulutus Tuotanto 0
Vapaasti käytettävä työkalu aurinkosähköjärjestelmän tuotantopotentiaalin alustavaan arviointiin PV Potential Estimation Utility, saatavissa: http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php
Mikrotuotantolaitteiston yleistietolomake
Aurinkosähkövoimalan asennus ja käyttöönotto
Oikea kattokiinnike oikein asennettuna Paneelikentän lumikuorma (puristus) ja tuulikuorma kohdistuu kiinnikkeisiin, ruuvien ja pulttien pitää olla vähintään kuumasinkittyjä
Asennuskiskojen kiinnitys kattokiinnikkeisiin 1) Tiilet takaisin paikoilleen, 2) Kiskojen pulttaus kiinnikkeisiin, 3) Kiskojen jatkaminen jatkokappaleilla, 4) Tarvittavia liittimiä
Kattoasennusten viimeistely 1) Kiinnityskiskojen maadoitus molemmista päistä (6 mm 2 KEVI) 2) Putket kaapeloinnille (läpiviennit harjalta käyttöullakolle)
Invertteri, turvakytkin ja kaapelointi 1) Laitoksessa oltava lukittava AC puolen erotusmahdollisuus, johon verkonhaltijalla on esteetön pääsy 2) Aurinkovoimalan syöttökaapeli suojattu johdonsuojakatkaisijoilla ja kytketty keskukseen
Valmis asennus P n = 1,3 kwp
Aurinkosähkövoimalan toiminnan seuranta
Invertteri, pilvipalvelu, energiayhtiö vai oma mittaus Näytöltä hetkellinen tuotantolukema Pilvipalvelusta ajalliset tuotantolukemat Verkkoyhtiöltä tunnittaiset myyntilukemat Omasta mittauksesta lukemat mittarin tarjoamien lukemien mukaan
Osto ja myyntisähkön mittaaminen Hetkellinen mittaaminen lisää osto ja myyntisähkön määrää Teho (kw) 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 Osto: 194 kwh Myynti: 100 kwh Osto (mitattu) Myynti (mitattu) 0.0 Teho (kw) 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 Osto: 146 kwh Myynti: 52 kwh Osto (netotus) Myynti (netotus) 0.0
Energiatehokas asuminen
Energiatehokas pientalo? Kuluttaa vähintään puolet vähemmän energiaa kuin rakentamismääräysten minimivaatimukset täyttävä talo. Ympäristökuormitus pienenee samassa suhteessa. Rakentaminen on taloudellisesti kannattavaa. Hankintahinnassa tarvitaan 3 5 % lisäinvestointi normaalirakentamiseen verrattuna. Takaisinmaksuaika on 6 10 vuotta jo tämän päivän energian hinnoilla. Energiatehokkaan talon asumis ja huoltokustannukset ovat pienemmät kuin tavallisessa talossa. Rakentaminen ei vaadi erikoisratkaisuja, vaan se voidaan tehdä yleisesti käytössä olevilla ratkaisuilla. Energiatehokkaassa talossa on hyvä sisäilman laatu ja kosteusteknisesti toimivat rakenteet. Näistä tekijöistä ei saa tinkiä energiatehokkuuteen pyrittäessä. Energiatehokas talo on ammattilaisten suunnittelema. Itse talo, sen rakenteet ja talotekniikka on suunniteltu toimivaksi kokonaisuudeksi. Suunnitteluvaiheessa lyödään lukkoon 90 prosenttia rakentamisen kokonaiskustannuksista ja noin 80 prosenttia talon tulevista käyttö ja energiakustannuksista. Lähde: http://www.motiva.fi
Asunto ja laitteet Saatavissa: http://www.motiva.fi
Lämmitys Kodin energiankäytöstä jopa 50 % kuluu lämmitykseen Asuin ja märkätilojen lämmitys Puolilämpimät tilat Käyttövesi Uusissa taloissa lisäksi tuloilman lämmitys Huonelämpötila (villapaidan lämmitysvaikutus on 5 C) Asuintilat 18 22 C, lämmin varasto 12 C, autotalli 5 C 1 C matalampi lämpötila 5 % energiakulutuksessa Käyttöveden lämmitykseen kuluu 20 % kodin kokonaisenergiasta Lämmitys: 58 kwh/m 3 40 % lämmintä vettä kaikesta veden kulutuksesta 1270 kwh/asukas/vuosi 25 l/asukas/vrk 212 kwh/asukas/vuosi Veden kulutus ei vaikuta lämmitysjärjestelmän lämpöhäviöihin Asukasluku vaikuttaa lämpimän veden kulutukseen, ei lämmitykseen Lisätietoja: http://www.motiva.fi
Sähkö Kotitalouksien sähkönkäyttö n. 20 TWh 30 % kodissa käytetystä energiasta sähköä Suomen omakotitaloista 44 % sähkölämmitteisiä (rinnalla muut energialähteet) Laitteet tuottavat oheislämpöä Sähkön käyttö lämmityksessä tulee kasvamaan Sähkölaitteet: Laitteiden energiatehokkuus (A++ yms.) Sammutus, jos ei käytä Valmiustilakin kuluttaa sähköä Kylmälaitteessa oikea lämpötila ja sijainti Lähde: Tutkimusraportti, Kotitalouksien sähkönkäyttö 2011, Adato Energia Oy
Vesi Suihku vai kylpy? Lyhyt vai pitkä suihku? Tiskaus juokseva vesi 6 kertainen huuhteluvesi vs. astianpesukone Täydet vai vajaat koneelliset pyykkiä? Pesulämpötila? Vanha vai uusi kone? vedenkulutus puolet verrattuna 15 vuotta vanhat koneet WC pönttö uudet huuhtelee puolella vesimäärällä vanhoihin verrattuna Suihku ja wc hanojen virtaukset (l/s) Automaattitermostaatti säätää veden lämpötilan automaattisesti oikeaksi Suihkun teho: Kulutus: 12 l/min Veden lämpötila: 40 C Lämpimän veden tarve: 64 % Teho: 27 kw Koneiden veden kulutus: Uusi astianpesukone kuluttaa 13 18 l vettä / pesukerta Veden kulutus sama täytenä ja vajaana Saatavissa: http://www.motiva.fi Pesulämpötila: Pesulämpötilan laskeminen 60 C:sta 40 C:een puolittaa sähkönkulutuksen Pesulämpötilan nostaminen 60 C:sta 90 C:een tuplaa sähkönkulutuksen
Lämpöhäviöt Enimmäisarvot 2010 alkaen Ulkoseinä 0,17 W/(m 2 K), yläpohja 0.09 W/(m 2 K), alapohja 0.16 W/(m 2 K) Hirsiseinä (180 mm) 0,60 W/(m 2 K), (275 mm) 0,41 W/(m 2 K) Ikkuna, ovi 1,0 W/(m 2 K) Lämmöntalteenoton (LTO) vuosihyötysuhde tärkeä Saatavissa: http://www.motiva.fi ja http://www.helen.fi
Kannattaako vaihtaa lämmitysmuotoa? Energialaskuri 2010 luvun talo 150 m2 Lämmitysenergia: 16000 kwh/a 1980 luvun talo 150 m2 Lämmitysenergia: 24625 kwh/a Puupelletti Kaukolämpö Maalämpö Sähkö Öljy PILP ja sähkö IVLP ja sähkö IVLP ja öljy Saatavissa: http://lammitysvertailu.eneuvonta.fi/
Energiatehokas pientalo Kokonaisuus ja suunnittelu ratkaisee Onko paras investointi se, joka aiheuttaa alhaisimmat elinkaaren aikaiset kustannukset (hankinta, käyttö & käytöstä poisto)? Investoinnin hinta? Epävarmuus tulevasta (energian hinta, tekninen käyttöikä)? Valintojen tekeminen Seinien paksuus vs. oma tuotanto Lämmitysmuodon valinta Kulutuksen ajoittaminen tuotantoon suurin etu omasta tuotannosta Ammattitaitoiset suunnittelijat, jotka voivat räätälöidä eri toteutusvaihtoehtoja omien tarpeittesi mukaan, ovat avainroolissa PERUSTELUT VALINNOILLE! Nollaenergiatalo passiivitalo
Matkalla kohti puhtaampaa ja aurinkoisempaa tulevaisuutta