Aurinkosähköä! Jero Ahola, LUT Energia, 20.9.2014
Esitelmän sisältö 1. Johdanto 2. Aurinkosähkö Suomessa 3. Voimalan suunnittelu ja kannattavuus 4. Voimalan asennus ja käyttöönotto 5. Voimalan toiminnan seuranta 6. Yhteenveto
I. Johdanto
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
Aurinkosähköjärjestelmän valmistukseen käytetyn energian takaisinmaksuaika Lähde: Fraunhofer-ISE, Photovoltaics report, December, 2012. * Tarkasteltavassa järjestelmässä monikidepiipaneelit ** Globaalisti parhailla alueilla säteilysumma on n. 2500 kwh/m2
Yleisen jakeluverkon rinnalla toimivan aurinkovoimalan rakenne Source: http://www.geservices.com.au/gridconnectedsystems.aspx, accessed 24.4.2014
2. Aurinkosähkö Suomessa
Lappeenranta vastaa Frankfurtia aurinkosähkön tuotantopotentiaaliltaan 7 6 5 kwh/m2/d 4 3 2 Frankfurt, Saksa Lappeenranta, Suomi 1 0 Kuukausi
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) 85 Tarvittava asennettu kapasiteeti (GWp) 106 Tarvittava maapintaala (km 2 ) 744 Pinta-alan tuottavan neliön sivu (km) 27.3
Auringon säteilyenergian hyödyntämisen tehokkuus sähkön tuotannossa 1 ha, aurinkosähkövoimala Prisman katolla Suora auringon säteilyenergian muuntaminen aurinkokennoilla sähköksi on 100-400 kertaa tehokkaampaa kuin konversio metsäbiomassan kautta voimalaitosprosessissa 330 ha, 10 m3/ha/a kasvava metsä Aurinkosähkövoimalassa (PV) valmistukseen käytetyn energian takaisinmaksuaika on n. 0.5-2 a ja laitoksen käyttöikä on n. 25-30 a
Pientalokokoluokan 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 % Aurinkosähköjärjestelmän kustannusrakenne: 5 kwp hinta: 1.6 /Wp (alv 0%), 2 /Wp (alv. 24%) Arvonlisävero 19 % Muut tarvikkeet 2 % Kaapelit ja liittimet 1 % Kotimaisuusaste: investointi 25-90% tuotettu energia: 100 % 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
3. Voimalan kannattavuus ja suunnittelu
Aurinkosähkön tuotannon kannattavuus Suomessa* Energy price (c/kwh) 20.0 18.0 16.0 14.0 12.0 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 0.0 1.5 eur/w 1.3 eur/w 1 eur/w 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Nominal interest rate (%) Kuva. Sisäinen korko, kun itse tuotettu aurinkosähköenergia korvaa aina ostosähköä. Järjestelmän vuotuinen kunnossapitokustannus on 1.5% investoinnista Energy price (c/kwh) 20.0 18.0 16.0 14.0 12.0 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 Energy price for next 30 years (annual inflation rate 1.5%) 0.0 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 System price (eur/w) Kuva. Aurinkosähköenergian tuotantokustannus eri investointikustannuksilla ja korkotasoilla. Laitteiston vuotuinen kunnossapitokustannus on 1.5% investoinnista. 10.5% 8.5% 6.5% 4.5% 2.5% 0% *Simuloitu LUT:n voimalalle: Sijainti Lappeenranta, paneelit suunnattu etelään, kulma 15
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 Säteily, lämpötila, suuntaus, paneelikulma, teho, lumi, yms. kwh/h 0.600 0.500 0.400 0.300 0.200 0.100 0.000 June 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 S15 S45 S90 Tracking Energy (kwh/month) 250 200 150 100 50 0 S15 S45 S90 Tracking PV production (kwh/yr) Kuva Ominaistuotanto erilaisilla järjestelmillä päivän sisällä. PV annual production with 1 kw system South 1050 East 1000 West 950 900 850 800 750 700 650 600 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 PV slope ( ) Kuva Paneelikulman vaikutus tuotantoon. Kuva Kuukausituotanto erilaisilla järjestelmillä. PV production (kwh/yr) PV annual production with 1 kw system 1050 1000 45 30 950 15 900 850 800 750-90 -70-50 -30-10 10 30 50 70 90 Azimuth ( W of S) Kuva Suuntauksen vaikutus tuotantoon.
Vapaasti käytettävä työkalu aurinkosähköjärjestelmän tuotantopotentiaalin alustavaan arviointiin PV Potential Estimation Utility, saatavissa: http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php
Mikrotuotantolaitteiston yleistietolomake
4. Voimalan 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
Kiinnityskiskot odottamassa paneelien asennusta 1) Kuvan asentajalta puuttuvat turvavaljaat, kypärä ja turvakengät 2) Paneelien nostaminen katolle onnistuu kätevästi esimerkiksi henkilönostimella
Tarvittavia liittimiä ja kiinnitystarvikkeita
Kattoasennusten viimeistely 1) Kiinnityskiskojen maadoitus molemmista päistä (6 mm2 KEVI) 2) Putket kaapeloinnille (läpiviennit harjalta käyttöullakolle)
Paneelit kytketään sarjaan paneeliliittimien avulla (MC4, Tyco, Amphenol, etc)
Invertteri ja DC-kaapeli
Turvakytkin ja voimalan kytkentä sähkökeskukseen 1) Laitoksessa oltava lukittava AC-puolen erotusmahdollisuus, johon verkonhaltijalla on esteetön pääsy 2) Aurinkovoimalan syöttökaapeli suojattu johdonsuojakatkaisijoilla ja kytketty keskukseen
Valmis asennus - P n = 8 kwp
Myyntisopimus ylijäämäsähköstä energiayhtiön kanssa
5. Voimalan toiminnan seuranta
Osa invertterivalmistajista tarjoaa pilvivalvomoja
Lappeenrannan Energian asiakasportaali
Yhteenveto - Aurinkosähkö tulee myös Suomeen Seuraavat väittämät eivät pidä paikkaansa Aurinkosähköjärjestelmät tuottavat sähköä vain kesällä ja sähköenergiaa kuluu asunnossa vain lämmitykseen Aurinkosähköjärjestelmät ovat kalliita ja vaikeita asentaa olemassa oleviin rakennuksiin Aurinkosähköjärjestelmää ei voi kytkeä toimimaan sähköverkon rinnalle Aurinkopaneelit eivät kestä lumikuormaa Aurinkopaneelit eivät tuota yhtä paljon energiaa kuin mikä kuluu paneelien valmistukseen