Poveria biomassasta -hanke 1 Selvitys verkkoon kytketyn akullisen aurinkosähköjärjestelmän toimintaperiaatteesta ja kannattavuudesta Antti Niemi, PIKES Oy Kim Blomqvist, Karelia AMK 7.6.2017 Kuva 1. 5,9 kw p:n paneelit mallinnettuna Haikolan talon katolle.
Poveria biomassasta -hanke 2 1. Taustatiedot Johdanto Tämän selvityksen kohteena on Nurmeksen evankelisen opiston ystävät ry:n Haikolan talo Nurmeksen Lipinlahdessa. Talolla on pitkä historia osana Nurmeksen evankelisen opiston toimintaa. Kansanopistotoiminta lakkasi vuonna 2005 ja Nurmeksen evankelisen opiston ystävät ry korjasi talon sittemmin kurssi-, kokous- ja juhlatilaksi. Tämä toiminta alkoi vuonna 2011. Yhdistys on nyt kiinnostunut hankkimaan talolle akullisen aurinkosähköjärjestelmän, jolla tuotettaisiin sähköä talon omiin tarpeisiin. Tässä selvityksessä on kuvattu erilaisten järjestelmävaihtoehtojen tuotantoennusteita ja kannattavuutta. Selvityksen toteutuksesta on vastannut Poveria biomassasta -hanke, jonka yhtenä tavoitteena on edistää uusiutuvan energian esimerkkikohteiden syntyä Pohjois-Karjalassa ja levittää niistä saatavaa tietoa kaikkien saataville. Hankkeessa tehtävien kirjallisten selvitysten tavoitteena on tuottaa informaatiota, joka on vapaasti hyödynnettävissä ja, josta voi olla hyötyä myös muille vastaavia investointeja suunnitteleville. Laskennan taustaa Kohteen aurinkosähkön tuotannon ja akkujen toiminnan simulointiin käytettiin PVSOL-suunnitteluohjelmistoa. Mallinnusohjelman säteilytiedot perustuvat pitkäaikaisiin ilmastotieteellisiin satelliittimittauksiin ja lämpötilatilastoihin vuosilta 1991-2010. Vuosittaisiin aurinkosähkön tuotantoarvoihin vaikuttavat luonnollisesti myös erilaiset vuodet sään ja saatavissa olevan säteilyn suhteen. Aurinkosähköjärjestelmien teho ilmoitetaan nimellistehona (kw p), joka tarkoittaa sitä sähkötehoa, jonka paneeli tuottaa standardiolosuhteissa, kun auringon säteily kohtisuoraan paneelia on 1000 W/m². Suomen oloissa säteilyn intensiteetti on pienempi, joten aurinkopaneelin nimellistehon suuruista sähkötehoa paneeleista ei käytännössä saada. Nimellistehosta jäädään tavallisesti noin 20 %. Aurinkosähköjärjestelmän elinkaaren odotetaan yleensä olevan vähintään 30 vuotta. Nykypaneelit kestävät todennäköisesti jopa 40 vuotta ja paneeleille myönnetään yleisesti 15 25 vuoden materiaalitakuu. Piin ominaisuuksista johtuen paneeleissa tapahtuu seurantatietojen perusteella tehon heikkenemistä noin 0,1-0,5 %/vuodessa (Fraunhofer 2017). Valmistajien myöntämä paneelien tehontuottotakuu on usein esimerkiksi 80 % 25 vuoden aikana. Tuotanto- ja kannattavuuslaskelmien lähtöarvoja on esitetty taulukossa 1.
Keskimääräinen kulutus (kwh) Poveria biomassasta -hanke 3 Taulukko 1. Laskennan lähtöarvoja. Paneeli Aurinkopaneelien tuoton heikentymä (perustuu Fraunhofer Institituutin julkaisuun vuodelta 2017) Performance ratio Noin 80 % Paneelien suuntaus Paneelien tuottoennuste Ostosähkön hinta keskimäärin Verkkoon myytävän sähkön hinta keskimäärin Arvio sähkönhinnan noususta järjestelmän käyttöiän 3 %/v aikana Laskentakorko 0 % Investointituki 60 % Huoltokulut Tarkastelujakso Saksalainen IBC Solar AG:n 270 W poly H-type/4. Materiaalitakuu 15 vuotta, tehontuottoakuu (80 %) 25 vuotta. 0,3 %/v Kallistus 23 astetta, suunta 5 astetta etelästä itään Noin 780-796 kwh/kwp. Vaihtelee hieman eri järjestelmien kohdalla. 10,4 snt/kwh 4,5 snt/kwh 0,3 % tuettomasta investointihinnasta/v (sis. invertterin vaihdon kerran käyttöiän aikana) 20 vuotta Aurinkosähköjärjestelmän mitoitus Aurinkosähköjärjestelmän mitoitus tehdään kohteen sähkönkulutustietojen perusteella. Haikolan talon sähkönkulutus oli vuonna 2016 40 471 kwh. Aurinkosähköjärjestelmän mitoitusta varten tarvitaan tarkat tuntikohtaiset sähkönkulutustiedot, jotka saadaan PKS:n nettipalvelusta. Omasta kulutuksesta yli jäävä osuus myydään yleensä valtakunnan verkkoon, mutta siitä saatava korvaus on vain noin 3-5 snt/kwh. Sähkön ostohinta on huomattavasti korkeampi, joten ostosähkön korvaaminen omassa kulutuksessa on kannattavampaa kuin sähkön myyminen verkkoon. Tästä syystä aurinkosähköjärjestelmä kannattaa useimmissa tapauksissa mitoittaa siten, että valtaosa tuotetusta sähköstä saadaan hyödynnettyä itse. Kuvassa 2 on esitetty Haikolan talon huhti-elokuun keskimääräinen tuntikulutus vuorokauden aikana. 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Kellonaika Kuva 2. Sähkönkulutus tunneittain Haikolan talolla keskimäärin huhti-elokuussa.
Poveria biomassasta -hanke 4 Kuvasta 2 nähdään, että keskimääräinen kulutus on valoisimpaan aikaan noin 2,8 kw:a. PVSOL-ohjelman simuloinnin perusteella aurinkosähköjärjestelmän teho jää kohteessa noin 20 % nimellistehosta. Jos kaikki tuotettu sähkö halutaan hyödyntää itse, tulisi järjestelmän tehon olla siis noin 3,5 kw p. Pohjakulutuksen perusteella tehty mitoitus ei kuitenkaan aina ole taloudellisesti kannattavin, koska aurinkosähköjärjestelmien yksikköhinta laskee järjestelmäkoon kasvaessa. Lisäksi akkujen käyttö mahdollistaa ylituotannon varastoinnin, mikä puolestaan mahdollistaa aurinkosähköjärjestelmän tehon kasvattamisen. Hankintaan voi liittyä myös muita, esimerkiksi energiaomavaraisuuden lisäämiseen liittyviä intressejä järjestelmäkoon valintaa tehdessä. Simulointiohjelmalla voidaan vertailla erikokoisten järjestelmien tuotantoa sekä omaan käyttöön kuluvan sähkön osuutta, ja etsiä näin taloudellisen kannattavuuden ja muiden kriteerien kannalta järkevin järjestelmäkoko. Selvityksessä tarkasteltavat järjestelmät Tässä kohteessa tarkasteluun otetaan tavallisen aurinkosähköjärjestelmän lisäksi järjestelmiä, joiden osaksi on liitetty litium-pohjainen akku. Sähköverkon ulkopuolisissa ns. kesämökkijärjestelmissä on jo pitkään yleisesti käytetty lyijyakkuja, mutta verkkoon kytketyissä järjestelmissä akut eivät ole Suomessa yleistyneet. Litiumioniakut soveltuvat verkkoon kytkettyihin järjestelmiin paremmin ja niiden käyttö esimerkiksi Saksassa on yleistymässä pienen mittakaavan aurinkosähköjärjestelmien yhteydessä. Niiden etuja lyijyakkuihin nähden ovat mm. parempi purkauksen ja latauksen hyötysuhde, purkautumissyvyys ja lataussyklien suurempi määrä. Kuva 3. Aurinkosähkön varastointiin tarkoitettu Kostal-merkkinen sähkövarasto esimerkkitalossa Saksassa. Akku toimii aurinkosähkön puskurivarastona siten, että se varastoi kiinteistön kulutuksesta ylijäävän aurinkosähkön ja purkaa sen jälleen kun kulutus kasvaa suuremmaksi kuin tuotanto. Akku mahdollistaa siis aurinkosähkön käytön esimerkiksi iltaisin tai sähkökatkojen aikana ja lisää siten energiaomavaraisuutta. Akku mahdollistaa lisäksi aurinkosähköjärjestelmän koon kasvattamisen ilman, että verkkoon syötetyn sähkön määrä kasvaa. Akun liittäminen järjestelmän osaksi edellyttää hybridi-invertterin käyttöä, joka ohjaa sähkön syöttöä tilanteesta riippuen joko suoraan kulutukseen, akkuun tai sähköverkkoon. Järjestelmän yksinkertaistettu toimintaperiaate on esitetty kuvassa 4.
Poveria biomassasta -hanke 5 Kuva 4. Verkkoon kytketyn akullisen aurinkosähköjärjestelmän yksinkertaistettu toimintaperiaate. Erikokoisten aurinkosähköjärjestelmien ja akkujen hintojen selvittämiseksi pyydettiin budjettitarjous pohjoiskarjalaiselta aurinkosähköjärjestelmien laitetoimittajalta. Aurinkosähkön varastointiin tarkoitetut litium-pohjaiset akut ovat Suomessa vielä hyvin harvinaisia ja harvalla aurinkosähköjärjestelmien laitetoimittajalla on referenssejä niiden toimittamisesta. Hinnat ovat avaimet käteen -paketeille, joihin sisältyy kaikki tarvittava laitteisto ja asennuskulut. Matkakulut on kuitenkin jätetty pois hinnoista ja laskennasta tulosten vertailtavuuden parantamiseksi. Hinnat ovat hyvin linjassa viimeaikoina toteutuneiden aurinkosähköjärjestelmien investointihintojen kanssa, joten niitä voidaan pitää edustavina kannattavuuslaskennan lähtöarvoina. Budjettitarjouksessa on lisäksi eritelty Fronius Solar Battery 4.5 ja Fronius Solar Battery 7.5 -akkujen hinnat. Näiden lisäksi tarkasteluun otetaan mahdollisesti kesällä 2017 markkinoille tuleva Tesla Powerwall 2 -akku, jonka hinta-arvio saatiin Teslan kotisivuilta (Tesla 2017). Akkujen käyttöä ja kannattavuutta tarkastellaan kolmen erikokoisen aurinkosähköjärjestelmän kanssa (3,78 kw p-5,94 kw p). Aurinkosähköjärjestelmiin sisältyy hybridi-invertterin, jonka hinnan arvioidaan olevan tässä kokoluokassa noin 600 kalliimpi kuin tavallisen invertterin. Tämä huomioidaan akuttomien järjestelmän kannattavuuslaskennassa. Laskentaan valittujen järjestelmien investointihinnat on esitetty taulukossa 2. Taulukko 2. Selvityksessä tarkasteltavien järjestelmien hintoja (alv 24 %). Aurinkosähköjärjestelmä Aurinkosähköjärjestelmä sis. akku ( ) Teho (Wp) Hinta /kw Fronius Solar Battery 4.5 Fronius Solar Battery 7.5 Tesla Powerwall 2 3 780 7 772 2 056 14 162 16 142 15 672 4 720 9 658 2 046 16 048 18 028 17 558 5 940 10 638 1 791 17 028 19 008 18 538
Poveria biomassasta -hanke 6 Taulukossa 3 on esitetty laskelmissa tarkasteltavien akkujen tietoja. Froniuksen akut ovat olleet jo jonkin aikaa markkinoilla, mutta Teslan Powerwall 2 -akun saatavuudesta on vielä epävarmuutta. Yhtiön omilla sivuilla luvataan, että toimitukset Suomeen aloitetaan kesällä 2017, mutta tämän tarkempia tietoja ei anneta. Teslan akku on alustavien hintatietojen mukaan kapasiteettinsa nähden edullisempi verrattuna Froniuksen akkuihin. Hinnaksi arvioidaan Teslan kotisivuilla (1.3.2017) asennuksineen 7 900 (alv 24 %). Akun käytettävissä oleva kapasiteetti on 13,1 kwh. Vertailun vuoksi Froniuksen 7.5:n hinta on asennuksineen 8 220 (alv 24 %) ja kapasiteetti 6 kwh. Taulukko 3. Akkujen ominaisuuksia (Lähteet: Tesla Powerwall warranty 2016 ja Fronius warranty conditions 2017) Fronius 4.5 Fronius 7.5 Tesla Powerwall 2 Käytettävissä oleva kapasiteetti 3,6 kwh (1,3 h)* 6 kwh (2,2 h)* 13,1 kwh (4,9 h)* Materiaalitakuu 5 vuotta 5 vuotta 10 vuotta 68 % kapasiteetista jäljellä 68 % kapasiteetista jäl- Kapasiteettitakuu 15 vuoden jälkeen jellä 15 vuoden jälkeen Valmistajan arvioima käyttöikä 20 vuotta 20 vuotta Ei tietoa Hinta sis. asennus (alv 24 %) 5 390 8 220 7 900 *** *Aika, jossa kuluu keskimääräisellä kulutuksella kesäkuukausina yhtä paljon sähköä, kuin mitä akun kapasiteetti on. **Takuutiedot koskevat useimpia Euroopan maita, Suomen maakohtaisia takuutietoja ei löytynyt. ***Perustuu valmistajan sivuilta löytyvään hinta-arvioon (1.3.2017). 80 % kapasiteetista jäljellä 10 vuoden jälkeen** Varjostuksen vaikutus aurinkosähkön tuotantoon Aurinkopaneelit ovat hyvin herkkiä puiden tai muiden esteiden aiheuttamille varjoille. Jo yhden paneelin osittainen varjostus voi vaikuttaa koko järjestelmän tuotantoon. Haikolan talon etelän puoleisen lappeen edessä on muutamia puita, joiden vaikutuksen arvioimiseksi talosta ja pisimmistä puista luotiin simulointiohjelmalla 3D-malli. Ohjelma laskee mallin perusteella tuotannon ja huomioi puuston aiheuttamat varjot tunnin tarkkuudella. 3D-mallin tekemisessä hyödynnettiin ilmakuvaa ja paikanpäällä tehtyjä mittauksia. Mittauksiin sisältyy epätarkkuutta, joten mallilla pyritään lähinnä luomaan suuntaa antavaan arvio puiden varjostuksen vaikutuksesta aurinkosähkön tuotantoon. Eteläisen lappeen edessä olevat puiden varjot eivät näytä yltävän paneeleihin huhtikuun puolesta välistä syyskuun alkuun. Kuvissa 5 ja 6 on esitetty varjostuksen mallinnus 12.4., kun puiden varjot vielä juuri ja juuri yltävät alempaan paneeliriviin sekä 1.8., jolloin varjot eivät yllä paneeleihin. Varjostuksen vaikutus ei mallinnuksen perustella ole kovin suuri, tuotanto tippuu noin 814 kwh/kw p:sta hieman alle 800 kwh/kw p:iin. Lappeen edessä olevien puiden kasvaessa tilannetta kannattaa tarkkailla ja tarvittaessa poistaa pisimpiä puita.
Poveria biomassasta -hanke 7 Kuva 5. Varjostuksen mallinnus 12.4. klo 15. Kuva 6. Varjostuksen mallinnus 1.8. klo 15. 2. Investoinnin kannattavuus Suurin este akkujen laajamittaisemmalle käytölle verkkoon kytkettyjen aurinkosähköjärjestelmien yhteydessä on tällä hetkellä akkujen korkea hinta suhteessa sähkön varastointikapasiteettiin. Toisin sanoen akkujen käyttöä kannattavampaa on syöttää aurinkosähköjärjestelmän ylituotanto sähköverkkoon ja ostaa sähkö verkosta
Poveria biomassasta -hanke 8 silloin, kuin aurinkosähkö ei riitä kattamaan kulutusta. Litiumioniakkujen hinnat ovat laskeneet viimevuosina nopeasti, mutta kehitystä tarvitaan vielä kannattavan tason saavuttamiseksi. Yritykset, yhdistykset ja maatilat voivat hakea aurinkosähköjärjestelmien hankintaan erilaisia investointitukia, joiden suuruus vaihtelee. Esimerkiksi yrityksille tavanomaisen teknologian aurinkosähköhankkeille tuki on tyypillisesti 25 %, mutta uuden teknologian tapauksessa tukitasoa on mahdollistaa korottaa (yleensä enintään 35 %:iin). Akullinen verkkoon kytketty aurinkosähköjärjestelmä voisi TEM:ltä saatujen tietojen mukaan mahdollisesti sopia uuden teknologian investoinniksi. Yhdistyksille tukitaso voi joissakin tapauksissa olla korkeampi. Esimerkiksi tässä tarkeasteltavaan Haikolan talon investointiin haetaan tukea Vaara-Karjalan Leaderin Kestävästi kehittyvät kylät -teemahankkeesta, jonka tukitaso on 60 %. Korkea investointituki parantaa kannattavuutta huomattavasti ja mahdollistaa uuden teknologian pilotoinnin suhteellisen pienin kustannuksin. Kannattavuuslaskelmat tehtiin aurinkosähköjärjestelmä+akku -systeemeille siten, että niitä tarkasteltiin yhtenä kokonaisuutena, jonka käyttöiäksi oletettiin 20 vuotta. Aurinkosähköjärjestelmien käyttöiäksi arvioidaan yleensä 30-40, mutta akkujen elinikä ei ole yhtä pitkä ja niiden kapasiteetti laskee käytön aikana. Esimerkiksi Fronius arvioi omien akkujensa käyttöiäksi kuitenkin vähintään 20 vuotta. Laskennassa käytettävä simulaatioohjelma ei huomioi akkujen kapasiteetin laskua, joten se jää laskelmissa huomioimatta. Akkujen kautta kiertävän aurinkosähkön määrä on kuitenkin suhteellisen pieni, joten sillä ei ole suurta vaikutusta tuloksiin. Laskelmat tehtiin takaisinmaksuajan-, nykyarvon- sekä sisäisen koron menetelmillä. Laskelmissa huomioitiin investointiin haettava 60 %:n investointituki. Muita tukitasoja ei tarkastella, koska esimerkiksi 35 %:n investointituella akulliset järjestelmät eivät tässä tapauksessa maksa itseään takaisin 20 vuoden käyttöiän aikana. Järjestelmävaihtoehtojen kannattavuuksia on esitetty taulukossa 4. Taulukko 4. Järjestelmävaihtoehtojen kannattavuus 60 %:n investointituki huomioituna (alv 24 %). Aurinkosähköjärjestelmän koko (kw p) 3,78 4,86 5,94 Sisäinen korkokanta Takaisinmaksu- Nettonykyarvo Akku (%) aika (vuotta) ( ) Ei akkua 9,9 % 9 4 428 Fronius 4.5 2,1 % 16 1 482 Fronius 7.5 0,7 % 18 556 Tesla Powerwall 2 1,6 % 17 1 248 Ei akkua 10,4 % 8 5 706 Fronius 4.5 3,5 % 14 2 841 Fronius 7.5 2,2 % 16 1 971 Tesla Powerwall 2 3,6 % 14 2 939 Ei akkua 10,7 % 8 6 867 Fronius 4.5 4,5 % 13 4 157 Fronius 7.5 3,4 % 15 3 369 Tesla Powerwall 2 3,8 % 14 3 735 Akullisten aurinkosähköjärjestelmien taloudellinen kannattavuus on odotetusti heikompi, kuin akuttomien järjestelmien. Esimerkiksi takaisinmaksuajat ovat noin 6 vuotta pidempiä. Akullisten järjestelmien kannattavuus 60 %:n investointituella on kuitenkin samaa tasoa kuin, mitä kannattavuus on usein akuttomilla systeemeillä esimerkiksi maatiloilla. Kaikkien järjestelmien kohdalla investoinnit maksavat itsensä takaisin 20 vuoden käyttöiän aikana, joten investointeja voidaan pitää kannattavina.
Poveria biomassasta -hanke 9 Kannattavuuslaskelmien tuloksia tarkasteltaessa on huomioitava, että laskelmia varten on tehty useita lähtöoletuksia, jotka sisältävät epävarmuutta. Esimerkiksi sähkön kokonaishinnan nousua tuleville 20 vuodelle on vaikea ennustaa. Tällä hetkellä itse sähköenergian hinta on maltillinen, mutta siirtomaksujen osalta on nostopaineita etenkin haja-asutus alueilla. Sähkön kokonaishinta on noussut viimeisen 10 vuoden aikana keskimäärin muutaman prosentin vuodessa. Näissä laskemissa hinnan nousuksi oletettiin 3 %/v. Laskelmien perusteella akkujen käyttö on kannattavinta suurimmalla 5,94 kw p:n järjestelmäkoolla. Tarkastellaan tämän kokoluokan tuotantoa tarkemmin seuraavassa kappaleessa. Fronius 4.5 -akku jätetään pois tarkemmasta tarkastelusta, koska se on kapasiteetiltaan melko pieni ja vaikutus omavaraisuuteen jää vähäiseksi. 3. Aurinkosähkön tuotanto ja käyttö Taulukko 5. 5,94 kw p:n järjestelmän tuotanto ja järjestelmävaihtoehtojen vertailu. Omakäyttöaste* Kuukausi Kulutus (kwh) Taulukossa 5 on esitetty 5,94 kw p:n aurinkosähköjärjestelmän kuukausikohtainen tuotantoennuste sekä omakäyttö- ja omavaraisuusasteet eri järjestelmävaihtoehdoille. Vuositasolla akkujen vaikutus omavaraisuuteen ei ole merkittävä, mikä johtuu pitkälti siitä, että aurinkosähkön osuus on suuren talvikulutuksen takia joka tapauksessa suhteellisen pieni vuosikulutuksesta. Kesäkuukausina akut lisäävät omavaraisuutta parhaimmillaan noin 7-11 %. Aurinkosähkön omakäyttöastetta akut lisäävät vuositasolla 12 17 %. Etenkin Teslan akun kanssa järjestelmäkokoa olisi mahdollista kasvattaa vielä hieman, jotta akusta saataisiin enemmän hyötyä ja omavaraisuusaste kasvaisi. Esimerkiksi 10 kw p:n järjestelmällä ja Teslan akulla päästäisiin vuositasolla 16 %:n omavaraisuuteen. Aurinkosähkön tuotanto (kwh) Omavaraisuusaste** Ei akkua Fronius 7.5 Tesla Ei akkua Fronius 7.5 Tesla Tammikuu 5591 1 100 % 100 % 100 % 0 % 0 % 0 % Helmikuu 4404 23 100 % 100 % 100 % 1 % 0 % 0 % Maaliskuu 4423 359 100 % 100 % 100 % 8 % 8 % 8 % Huhtikuu 3007 667 96 % 100 % 100 % 21 % 22 % 22 % Toukokuu 1836 822 70 % 84 % 94 % 31 % 37 % 40 % Kesäkuu 1832 795 81 % 95 % 99 % 35 % 40 % 41 % Heinäkuu 1442 799 68 % 85 % 94 % 38 % 45 % 49 % Elokuu 1741 654 80 % 94 % 99 % 30 % 35 % 36 % Syyskuu 2353 418 83 % 96 % 100 % 15 % 17 % 17 % Lokakuu 4335 163 100 % 100 % 100 % 4 % 4 % 4 % Marraskuu 4919 27 100 % 100 % 100 % 1 % 0 % 0 % Joulukuu 4588 2 100 % 100 % 100 % 0 % 0 % 0 % Yhteensä 40 471 4731 81 % 93 % 98 % 10 % 11 % 11 % *Itse kulutettavan aurinkosähkön osuus koko aurinkosähkön tuotannosta **Itse kulutettavan aurinkosähkön osuus kokonaiskulutuksesta
kwh Poveria biomassasta -hanke 10 Teslan Powerwall 2 -akku on kapasiteetiltaan suurempi, joten käytetään sitä alla olevissa kuvissa havainnollistamaan akun vaikutusta aurinkosähkön käyttöön. Kuvasta 7 nähdään hyvin aurinkosähköön liittyvä heikkous Suomen olosuhteissa. Sähkönkulutus on korkeimmillaan talvikuukausina, kun taas aurinkosähkön tuotannon huippu sijoittuu kesäkuukausille. Tämä rajoittaa aurinkosähköjärjestelmän järkevää maksimikokoa ja siten korvattavan ostosähkön määrää. Akun käytöllä tätä ongelmaa pystytään hieman kiertämään, koska akku lisää omaan käyttöön kuluvan aurinkosähkön osuutta, mikä puolestaan mahdollistaa suuremman aurinkosähköjärjestelmän ja kasvattaa omavaraisuusastetta. 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 Kuukausi Aurinkosähkö suoraan kulutukseen Aurinkosähkö akusta Kulutus Kuva 7. Aurinkosähkön käyttö kuukausitasolla Tesla Powerall 2 -akun kanssa. Kuvassa 8 on esitetty aurinkosähkön käyttö suhteessa kulutukseen tyypillisenä aurinkoisena huipputuotantopäivänä. Esimerkissä käytetty sähkönkulutus on 27.6.2016 klo. 6-24 Haikolan talolla toteutunut kulutus. Aurinkosähkön tuotanto ja käyttö on mallinnusohjelman samalle päivälle ilmastotilastojen perusteella laskema arvio. Kuvassa on esitetty keltaisella viivalla aurinkosähkön tuotanto, oranssilla suoraan talon kulutukseen menevä aurinkosähkö ja vihreällä akusta saatava aurinkosähkö. Tuotannon ylittäessä kulutuksen ylijäämäsähkö ohjataan ensisijaisesti akun lataukseen ja tästä ylijäävä osuus syötetään sähköverkkoon. Kuvasta nähdään, että sähköntuotanto ylittää kulutuksen esimerkiksi klo. 9-11.30 ja 12.30-15.30, jolloin aurinkosähkö ohjataan akkuun. Akkuun ladattu sähkö käytetään illalla ja keskipäivällä suurimman kulutuspiikin aikana. Akun avulla tasapainotetaan näin tuotannon ja kulutuksen kohtaamista. Tässä tarkasteltuna ajanjaksona aurinkosähkön osuus kulutuksesta on 93 %, kun se ilman akkua olisi 66 %.
Sähkönkulutus (kwh) Poveria biomassasta -hanke 11 6 5 4 3 2 1 0 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Kellonaika Sähkönkulutus Aurinkosähkö suoraan kulutukseen Aurinkosähkö akusta Aurinkosähkön tuotanto Kuva 8. Esimerkki aurinkosähkön käytöstä suhteessa kulutukseen aurinkoisena kesäpäivänä. 4. Yhteenveto Sähkön varastointi on ajankohtainen ja paljon tutkittu aihe, jonka odotetaan tuovan ratkaisuja uusituvan energian tuotantoon ja kulutukseen liittyvin kohtaanto-ongelmiin. Tällä hetkellä akkujen hinnat ovat vielä sen verran korkeita kapasiteetteihin nähden, että niiden käyttö ei ole yleensä ilman tavallista korkeampaa investointitukea taloudellisesti kannattavaa sähköverkkoon kytketyissä kohteissa. Akkujen hintojen odotetaan kuitenkin laskevan valmistusvolyymien kasvaessa vastaavalla tavalla, kuin on nähty aurinkopaneelien kohdalla viime vuosina. Tulevaisuudessa sähköautojen yleistymisen myötä myös käytetyt sähköautojen akut voivat osaltaan luoda kohtuuhintaista tarjontaa akkumarkkinoille. Sähköautojen akut vaihdetaan yleensä, kun akun kapasiteettista on jopa 70 % jäljellä, jolloin ne soveltuvat vielä käytettäväksi kiinteistöissä. Suomessa sähkön varastoinnin kannattavuuteen vaikuttaa myös suhteellisen halpa sähkönhinta. Esimerkiksi Saksassa hinta on huomattavasti korkeampi ja akkujen käyttö verkkoon kytkettyjen aurinkosähköjärjestelmien yhteydessä on yleistymässä. Ruotsissa puolestaan otettiin marraskuussa 2016 käyttöön tukiohjelma, josta myönnetään jopa 60 % investointitukia yksityisten ihmisten sähkövarasto-investointeihin (RenewableEnergyWorld.com 2016). Aurinkosähköinvestoinneissa kannattavuuden arviointiin on useita näkökulmia. Takaisinmaksuaikaa ei yleensä pidetä parhaana mittarina, koska järjestelmät ovat pitkäikäisiä. Investoinnin kannattavuudesta paremman käsityksen antaa usein sisäinen korkokanta, jota kannattaa verrata muihin vaihtoehtoisiin sijoitusmuotoihin. Esimerkiksi perinteinen säästötili tuottaa 0,00 1,75 % tällä hetkellä. Rahastoilla ja osakkeille voidaan päästä isoihin tuottoihin, mutta niihin sisältyy aina riski pääoman menettämisestä. Riski aurinkosähköön sijoittamisessa on pientä ja laitteilla sekä komponenteilla on pitkät takuut ja ne ovat varmatoimisia. Lisäksi laitteisto
Poveria biomassasta -hanke 12 jatkaa tuottamistaan suurella todennäköisyydellä vielä laskennallisen pitoajan jälkeenkin. Kiinteistön käyttökulujen pienentämisen lisäksi energiatehokkuus vaikuttaa myös positiivisesti kiinteistön arvoon. (Auvinen & Jalas 2017). Taloudellinen kannattavuus on kuitenkin vain yksi näkökulma arvioitaessa sähkön varastoinnin mielekkyyttä. Akun käyttö aurinkosähköjärjestelmän osana lisää energiaomavaraisuutta ja mahdollistaa aurinkosähkön käytön silloinkin kun paneelit eivät tuota sähköä. Lisäksi akku mahdollistaa aurinkosähköjärjestelmän koon järkevän kasvattamisen ilman, että verkkoon syötetyn sähkön määrä kasvaa. Kuten minkä tahansa uuden teknologian kohdalla, myös verkkoon kytkettyjen akullisten aurinkosähköjärjestelmien yleistyminen edellyttää ensimmäisten esimerkkikohteiden syntymistä, joista saadaan tärkeää käytännön tietoa järjestelmien toiminnasta. Haikolan talo sopisi haettavissa olevan korkean investointituen ja talon käyttötarkoituksen ansiosta hyvin verkkoon kytketyn akullisen aurinkosähköjärjestelmän esimerkkikohteeksi, jollaisia ei tässä kokoluokassa vielä löydy montaa Suomesta. 5. Lähteet Auvinen, K. ja Jalas, M. 2017: Aurinkosähköjärjestelmien hintatasot ja kannattavuus. Saatavilla: http://www.finsolar.net/aurinkoenergian-hankintaohjeita/aurinkosahkon-hinnat-ja-kannattavuus/ Fraunhofer 2017: Recent Facts about Photovoltaics in Germany. Saatavilla: https://www.ise.fraunhofer.de/content/dam/ise/en/documents/publications/studies/recent-facts-about-photovoltaics-in-germany.pdf Fronius warranty conditions 2017. Saatavilla: http://www.fronius.com/cps/rde/xbcr/sid-bd6ec8e7-0c5f123e/fronius_international/se_tow_en_st_0217_411629_snapshot.pdf RenewableEnergyWorld.com 2016: Sweden Set to Launch Residential Energy Storage Scheme. Saatavilla: http://www.renewableenergyworld.com/articles/2016/10/sweden-set-to-launch-residential-energy-storagescheme.html Tesla Poverwall sivu: https://www.tesla.com/fi_fi/powerwall (Vierailtu 1.3.2017) Tesla Powerwall warranty 2016. Saatavilla: https://www.tesla.com/sites/default/files/pdfs/powerwall/powerwall_2_dc_warranty_europe_1-1_english.pdf