Kuinka saadaan paras hyöty aurinkosähköstä? Antti Kosonen Aurinkosähkön mahdollisuudet -info, Salo 12.4.2017
Johdanto
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
Ratkaistuja ja ratkaisemattomia aurinkosähkön yleistymisen hidasteita Suomessa Aurinkosähkövoimalan verkkoon liittäminen standardeilla, edullisilla ja turvallisilla laitteilla ilmoitusmenettelyn avulla RATKAISTU: Energiateollisuus ry:n sähköverkon asiakkuustoimikunnan 4.2.2013 tekemän linjauksen mukaisesti. Energiateollisuus ry suosittelee, että luvussa 3 esitetyt suojausasettelut täyttävien laitosten lisäksi jakeluverkkoon hyväksytään myös teknisiltä ominaisuuksiltaan Saksan mikrotuotantonormin VDE-AR-N-4105 täyttävät laitteet Mikrotuotetulle ylijäämäsähkölle ostaja RATKAISTU: Jo noin 20 Sähkökauppaa harjoittavaa yhtiötä on lupautunut ostamaan pientuottajilta sähköenergiaa. Ylijäämäsähkön huomioiminen rakennuksen E-luvussa. Yhtenäiset aurinkoenergiaa suosivat rakennustapaohjeet kaikkiin kuntiin. Tuntikohtainen energian nettomittaus.
Hetkellisen energian mittauksen ongelma Staattinen Hetkellinen vaihekohtainen mittaus Ferraris Hetkellinen kolmivaihemittaus Tuntinetotus Yksi lukema tunnissa? Kuva Mittausmenetelmien vertailu. Miten käyttää kaikki itsetuotettu sähkö?
Aurinkosähkön hyödyntämismahdollisuudet
Yleisen jakeluverkon rinnalla toimivan aurinkovoimalan rakenne Source: http://www.geservices.com.au/gridconnectedsystems.aspx, accessed 24.4.2014
Rakennuksiin integroidut aurinkoenergiajärjestelmät (1/2) Photo source: http://www.lesechos.fr Photo source: Issol French ministry of defense in Paris, France, 2015, P n = 820 kw p, (vasemmalla) GDF Suez double skin façade Dijon, France, 2012, (oikealla)
Rakennuksiin integroidut aurinkoenergiajärjestelmät (2/2) LUT solar PV carport, 2014, P n = 108 kw p, standard panels (on top) CIS tower wall integrated PV plant, 2005, P n = 575 kw p (on left)
Maa-aurinkovoimalat Photo source: Schletter. Photo source: Schletter. Photo source: Schletter. Germany, 2008, P n = 40 MW p, standard panels (on right) USA, 2013, P n = 42 MW p (on left) Austria, 2013, P n = 1.3 MW p (on bottom left)
Energiankulutus ja aurinkosähköjärjestelmän mitoittaminen
Energian loppukäyttö muissa kuin asuinrakennuksissa Specific energy consumption End-use energy mix kwh/m 2 /a 350 300 250 200 150 100 50 0 DH&CHP 6 % Oil 15 % Solid fuels 1 % RES 1 % Electricity 48 % Gas 29 % Total Electricity Lähde: Europe s buildings under microscope Country by country review of the energy performance of the buildings, Buildings Performance Institute Europe (BPIE), 2011. Rakennukset kuluttavat noin 40 % kaikesta energiasta EU:ssa Keskimääräinen ominaisenergiankulutus muissa kuin asuinrakennuksissa on 280 kwh/m 2 /a, joka onn 40 % suurempi kuin asuinrakennuksissa Viimeisen 20 vuoden aikana sähkönkulutus on noussut 74%
Asennuksessa huomioitavia tekijöitä Erityisesti varjostukset huonontavat Kuva Kulman vaikutus. lopputulosta Kuva Suuntauksen vaikutus. Kuva Optimaalisin kulma kk-tasolla eteläasennuksessa. Kuva Kulman vaikutus tuotantoon kk-tasolla.
Koulurakennus (1/2) Kulutus 695 MWh/a Investointituki 25 % Asennuskulma 30 Suuntaus etelä Kuva Voimalan mitoitukseen vaikuttavia tekijöitä.
Koulurakennus (2/2) Kuva Tuotanto ja kulutus.
Päivittäistavarakauppa (1/2) Kulutus 485 MWh/a Investointituki 25 % Asennuskulma 30 Suuntaus etelä Kuva Voimalan mitoitukseen vaikuttavia tekijöitä.
Päivittäistavarakauppa (2/2) Kuva Tuotanto ja kulutus.
Maatila (1/2) Kulutus 133 MWh/a Investointituki 40 % Asennuskulma 20 Suuntaus 1. Etelä 2. Itä/länsi Kuva Voimalan mitoitukseen vaikuttavia tekijöitä.
Maatila (2/2) Kuva Tuotanto ja kulutus.
Valintojen tekeminen Voimalan koko vs. hinta o Käytettävissä oleva kattopinta-ala ja kulutusprofiili Tulevaisuuden tarpeet o Kuormien älykäs ohjaus o Energiavarastot o Sähköautot Oma käyttö vs. myynti o Myydystä sähköstä saa korvauksen o Omaa käyttöä on mahdollista lisätä muuttamalla käytäntöjä Kannattavuuden mittari o Takaisinmaksuaika vai sisäinen korko investoidulle pääomalle o Hiilidioksidipäästöt vai raha o Puhdas sähkö vai omavaraisuus o Edelläkävijä vai ilmastonmuutos
Yliopiston esimerkkikohteet
LUT aurinkosähkövoimala, P n = 206,5 kw p Tutkimusympäristö Koulutusympäristö Demonstraatiokohde Uusiutuvan energian tuotantolaitteisto
Teema 1: Kustannustehokas ja turvallinen asennus suomalaisille tasakatoille Rakennuskanta uusiutuu 1 1.5 %/a Aurinkosähkön markkinaehtoinen yleistyminen: päivittäistavarakauppa, toimistot ja julkiset rakennukset Miten tasakattoasennuksia nykyiselle rakennuskannalle kustannustehokkaasti? Kuva Paneeliteline tasakatolle. Kuva 51,5 kw:n voimala LUT:n tasakatolla 9.4.2014.
Teema 2: Aurinkopaneelit rakenteen katteena Miksi aurinkopaneeli pitäisi asentaa olemassa olevan pintamateriaalin päälle? Paneelia itsessään voidaan soveltaa aurinkoverhona tai katteena. Tavoitteena demonstroida autokatos, jossa katemateriaalina aurinkopaneeli. Suomen suurin aurinkosähköautokatos Kuva Suojaisa parkkipaikka autoille. Kuva 108 kw paneeleita autokatoksiin. Autokatokset 9.4.2014.
Teema 3: Aurinkopaneelit rakenteen julkisivuna Miksi aurinkopaneeli ei voisi olla näyttävä julkisivuelementti? Paneeli ei näytä ikkunaan verrattuna kovinkaan erilaiselta. Paneeli voi toimia aurinkoverhona ikkunoille. Tavoitteena demonstroida aurinkopaneeli julkisivuelementtinä. Lähde: Schletter GmbH, (http://www.schletter.de Kuva Aurinkoverho ikkunoille. Kuva 39 kw paneeleita seiniin. Osa seinäasennuksesta 16.10.2014.
Teema 4: Aurinkoa seuraava järjestelmä Aurinkoa seuraava aurinkovoimala tuottaa n. 30-40% enemmän kuin kiinteä asennus Ei kustannustehokkain ratkaisu Sisältää mekaniikkaa Kuinka saadaan suurin mahdollinen tuotanto? Kuva Trackerin teline ja perustukset. Kuva 5 kw säätyvä 2-akselinen järjestelmä LUT:n puistossa 5.6.2014.
Matkalla kohti puhtaampaa ja aurinkoisempaa tulevaisuutta