Aurinkoenergia mahdollisuutena Järkivihreä uusiutuva energia Forssa, 31.10.2013 Markku Tahkokorpi Aurinkoteknillinen yhdistys ry Utuapu Oy
Esityksen rakenne Yleistä aurinkoenergiasta Energiapotentiaali Aurinkosähkö Aurinkolämpö Alueellinen aurinkolämpö Talous Tulevaisuuden näkymiä Linkkejä
Yleistä aurinkoenergiasta
Yleistä aurinkotekniikasta Auringon säteilymäärä maapallolle = 20 000 X ihmiskunnan energiakulutus Suomen käyttämä sähkömäärä voitaisiin tuottaa yhdellä prosentilla Suomen suopinta-alasta Käytännössä ehtymätön Käyttökustannus lähellä nollaa Saatavuus vaihtelee vuosi- ja vuorokausitasolla
Keräinkulman vaikutus säteilyn määrään Forssassa Kuusausittainen auringon säteilyn määrä Forssassa eri kulmassa oleville pinnoille [kwh/m 2 ] 200 0 30 41 60 90 180 160 Kulma: 0 30 41 60 90 Tammi 7,66 16 18,3 21 21,3 Helmi 25,4 49,3 55,7 62,6 61,2 Maalis 62,3 90,3 96,6 100 88,4 Huhti 113 138 141 137 107 Touko 162 176 174 159 111 Kesä 168 172 167 148 98,7 Heinä 169 172 174 148 107 Elo 118 178 134 157 93,4 Syys 66,5 86,3 89,6 89,5 74,4 Loka 29,8 45,1 48,7 51,7 47,3 Marras 9,46 16,3 18,1 20 19,5 Joulu 4,11 8,6 9,89 11,4 11,7 Summa 935 1110 1130 1080 840 140 120 100 80 60 40 20 0 Tammi Helmi Maalis Huhti Touko Kesä Heinä Elo Syys Loka Marras Joulu
Säteilymäärä Etelä-Suomessa
Aurinkosähkö
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
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
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
Aurinkokennojen hyötysuhteita
Suora verkkoonkytkentä Kansainvälisesti yleisin tapa tuottaa aurinkosähköä Taloudellisin ratkaisu erityisesti jos aurinkosähkölle on saatavissa syöttötariffi tai nettomittarointi Syöttötariffi Takuuhinta tuotetulle sähkölle Nettomittarointi Verkoon syötetty energiamäärä tai sen arvo vähennetään verkosta ostetusta energiamäärästä ennen laskutusta Suomessa ei (ainakaan vielä) ole käytössä kumpaakaan järjestelmää
Verkkoon kytkettävä järjestelmä
Aurinkosähkön asennukset 1 Lähde: EPIA
Aurinkosähkötaloudesta Suomessa n. 10 kw:n järjestelmä maksaa tällä hetkellä noin 20 000 asennettuna veroineen (Kun paneelit maksavat noin 0,55 0,80 /W spot-markkinoilla) Yritykset ja kunnat voivat saada tähän investointitukea (ja vähentää alv:n) Hintojen lasku jatkuu edelleen Tällä hetkellä ym. kokoluokassa aurinkosähkö on Suomessa yleensä kannattavaa (eli halvempaa kuin verkosta ostettu) kun sen kuluttaa itse Mahdolliset tulevat tukimekanismit voivat parantaa tilannetta myös verkkoon syötetyn sähkön suhteen
Aurinkolämpö
Aurinkolämpöjärjestelmät Nestekiertoiset järjestelmät Termosifoni Suljettu järjestelmä Avoin eli takaisinvaluttava (drainback) Ilmankiertoon perustuvat Hybridikeräimet (Ilma + sähkö) Aurinkoseinä
Suljettu järjestelmä
Nestekeräintyyppejä Lasitettu tasokeräin Yleisin tyyppi Euroopassa Tyhjöputkikeräin Kiinan (ja maailman) yleisin keräintyyppi Lasittamattomat keräimet Käytetään pääasiassa USA:ssä uima-altaiden lämmitykseen sekä sekä lämpöpumppujen yhteydessä Lisäksi aurinkolämpöä voidaan kerätä rakenteista kuten julkisivuista tai parkkipaikoista
Tasokeräimen lämmöntuotto Vuosituotto 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
Ominaisuuksista seuraa Aurinkolämpöjärjestelmän tuotto on sitä parempi mitä lähempänä keräimen lämpötila voidaan pitää ympäristön lämpötilaa Tämä toteutuu hyvin esilämmitettäessä pienitehoisella aurinkolämpöjärjestelmällä kylmää käyttövettä Myös lämmitettäessä varaajaa matalalämpöisessä kiertovesijärjestelmässä, esimerkiksi lattialämmityksessä Periaatteessa aurinkokeräimellä voidaan siis erittäin tehokkaasti lämmittää maaperää maalämpöä varten
Tyhjöputkikeräimiä katolla
Tyhjöputkikeräin vs. tasokeräin Tyhjöputkikeräimen hyötysuhde on parempi kuin tasokeräimellä suurilla lämpötilaeroilla => Soveltuu korkealämpöisiin sovelluksiin paremmin Sopivassa asennossa kerää tehokkaasti hajavaloa, mahdollisesti myös takapuolelta Mekaaninen kestävyys saattaa olla huonompi Hinta laskenut suurten valmistusmäärien ansiosta käytännössä samalle tasolle tasokeräinten kanssa Tasokeräimistä helpompi rakentaa suurkeräimiä, joilla saadaan yksikkökustannusta alas suurissa järjestelmissä
Alueellisesta aurinkolämmöstä Erityisesti Tanskassa, Saksassa, Itävallassa ja Ruotsissa on rakennettu merkittävän kokoisia aurinkolämpökeräinkenttiä kaukolämpöverkkojen yhteyteen Itävallassa on toteutettu hajautettuja järjestelmiä jossa erillinen yritys operoi lämpökeräinkenttiä kiinteistöjen yhteydessä, myy lämmön kiinteistölle ja ylijäämän kaukolämpöverkkoon Ruotsissa on toteutettu kaukolämpöverkkoon kytketyn kiinteistön omistaman aurinkolämpötuotannon nettolaskutus Raportti aiheesta löytyy Energiateollisuus ry:n sivuilta (ks. linkit)
Aurinkolämmön kustannuksista Keräinten hinta vaihtelee välillä 150 400 /m 2 Järjestelmän hinta vaihtelee muun järjestelmän ja tarvittavan asennustyön mukaan Tavanomainen omakotitalon lämpimän veden lämmitykseen soveltuva 5 m 2 järjestelmä maksaa noin 2500 ilman varaajaa Järjestelmä tuottaa noin 2 MWh/a lämpötehoa Lämmön hinnaksi tulee 125 /MWh jos vaaditaan 10 vuoden takaisinmaksuaika Suuremmissa järjestelmissä hinta laskee selvästi Tanskan aurinkokaukolämpöjärjestelmät tuottavat lämpöä alle 40 /MWh hintaan
Yhteenveto Aurinkoenergia on puhdasta, lähes ilmaista energiaa Ajallinen saatavuusvaihtelu vaatii erilaisia varastointiratkaisuja Aurinkolämpö kannattava vaihtoehto sähkö- ja öljylämmitykselle Maalämmön ja aurinkolämmön yhdistelmä voi olla hyvin kannattava suuremmissa järjestelmissä Yhdistämällä aurinkolämpö sopivasti erilaisiin uusiutuvaa polttoainetta polttaviin järjestelmiin säästytään polttamiselta kesäkaudella
Linkkejä
Aurinkoenergialinkkejä Aurinkoenergian tuottolaskin http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php Saksan hetkellinen aurinkosähkötuotanto http://www.sma.de/en/company/pv-electricity-produced-ingermany.html Raportti aurinkolämmön mahdollisuuksista kaukolämpöverkossa Aurinkokaukolämmon mahdollisuudet kaukolämpöverkossaraportti Drake Landing Solar Community http://www.dlsc.ca/ Solar District Heating Platform http://www.solar-district-heating.eu/home.aspx
Yhdistyslinkkejä Aurinkoteknillinen yhdistys ry http://www.aurinkoteknillinenyhdistys.fi/index.php EPIA (European Photovoltaic Industry Association) http://www.epia.org/ ESTIF (European Solar Thermal Industry Federation) http://www.estif.org/ Suomen Lähienergialiitto ry http://www.lahienergia.org
Kiitos! markku.tahkokorpi@utuapu.com markku.tahkokorpi@lahienergia.org info@aurinkoteknillinenyhdistys.fi