2 Aurinkoenergia Lämpövoimalaitoksissa ja maatiloilla Kuva: Tähti Koti Oy
3 - Aurinkokeräin: kerää ja vastaanottaa auringon suoraa säteilyä tai hajasäteilyä ja muuttaa nämä lämmöksi. Lämpö kuljetetaan lämmönsiirtonesteen avulla lämpövarastoon tai suoraan käyttöön. - Nestekeräimet: tyhjiöputkikeräin ja tasokeräin - Tyhjiöputket suorituskykyisempiä korkeissa lämpötiloissa Capito peilityhjiöputkikeräin Savo-Solar tasokeräin
- Pienlämpöjärjestelmät 2 50 m2 - Teolliset järjestelmät 50 500 m2 - Aurinkokaukolämpöjärjestelmät 500 m2 - - Teoreettiset vuosituotannot 300 600 kwh/m2 riippuen keräinmallista, kytkennästä, sijainnista, käytöstä yms. - Kesäaikainen huipputuotanto voi olla 0,6 0,7 kwh/m2 laadukkailla keräimillä - Suomessa ei ole vielä isoja kohteita aurinkolämmön suhteen 4
- Mitä polttoainetta korvataan? - Miten aurinkolämpöjärjestelmä toteutetaan: kytketäänkö paluu/menolinjaan, käytetäänkö lämpövaraajia/varastoja? - Asennetaanko kenttäasennuksena vai katolle? Ilmansuunnat? - Järjestelmän energian tuotto? - Haettava tuottovaade investoinnille? - Järjestelmän kokonaiskustannus, elinkaari ja takuut? - Kannattavuuden mittareita: takaisinmaksuaika, nettonykyarvo, sisäinen korko - LCOE-hinta - Energiatuki aurinkolämpöhankkeille on tyypillisesti 20 % (2017), maatiloilla 35 40 % - Selvityksissä investointien korkotaso esim. hakkeella toimivissa lämpölaitoksissa on vaihdellut 2 4 %. - Korvattaessa öljyä, maakaasua tai sähköä, kannattavuus on selkeästi korkeampi. - Takaisinmaksuajat eivät kaikin osin ole vertailukelpoisia lämmön suhteen, koska eri valmistajat lupaavat aurinkokeräinkeräinjärjestelmille erilaisia teknisiä elinkaaria (20 30 vuotta) 5
- Metsähakkeen käytön ollessa koko vuoden mittaista, tulisi aurinkojärjestelmä mitoittaa siten, että sillä voidaan maksimoida tuotanto koko vuoden ajalta. Paras kulma on silloin 40 45 astetta etelään päin suunnattuna. - Mikäli korvattaisiin kesäaikaista öljyn käyttöä niin paras kulma olisi 30 astetta, jolloin huipputuotantokuukausina saataisiin n. 8 10 % enemmän säteilyä. - Aurinkolämmön tuotanto ei saa kaataa peruskuormalaitoksen tuotantoa ja aiheuttaa kalliimman varapolttoaineen käyttöä. - Asennusalue tulisi olla mielellään varjoton ja esteetön sekä mahdollisimman lähellä itse lämpölaitosta putkistohäviöiden välttämiseksi. 6
- Teknisesti aurinkolämpö voidaan kytkeä sekä kaukolämmön menoettä paluulinjaan. (yksinkertaisin vaihtoehto on paluulinja, sopii vähäiseen tuotantoon pienemmillä järjestelmillä) - Käytetään erillisiä varaajia tai lämpövarastoa (lämpöpumppuavusteiset) - Hajautettu toimintamalli (pienempiä järjestelmiä verkoston hyviin kohteisiin sijoitettuina) - Eri kytkentämallien kannattavuus riippuu verkoston tilavuudesta sekä lämmitettävän veden lämpötilaeroista, korkeat kytkentälämpötilat heikentävät aurinkokeräinjärjestelmän hyötysuhdetta. - Varaaja/lämpövarasto kasvattaa investointikustannusta. Varaajia käytettäessä keräinten hyötysuhde kuitenkin nousee, joka osaltaan leikkaa varaajaan tehtyjä investointikustannuksia. Isojen lämpövarastojen käyttö aurinkoenergian hyödyntämisessä Suomessa on vielä selvitysasteella - Paras tulos saadaan, kun aurinkolämpö otetaan huomioon ja mitoitetaan jo laitoksen suunnitteluvaiheessa eli milloin hybridienergialaitoksessa kannattaa käyttää mitäkin energiaa ja millä tavalla (laitoksen optimointi). 7
8 - Kytkentä paluu/menolinjaan: Lämpötila ( o C) 30 40 50 60 75 90 Tasokeräintuotto paluuvesi (kwh/m2/a) 615 533 463 388 Tyhjiöputkikeräintuotto menovesi (kwh/m2/a) 346 326 301 10 asteen nousu tarkoittaa keskimäärin 15 %:n tuoton alenemista keräimissä. Korkeimmissa lämpötiloissa toimivat tyhjiöputkikeräimien tuoton aleneminen on vähäisempää, mutta kokonaistuotanto jää alle 350 kwh:n vuositasoon m2:a kohti. Tuotot aina tapauskohtaisia, isoja varaajaratkaisuja tutkittu vielä melko vähän Suomessa * Simulaatio tehty Helsingin säteilytiedoilla, 1000 m2:n keräinkenttä (Gaia consulting)
9 - Vesivaraajien käyttö lämmön puskurivarastona lämpövoimalaitoksissa Itävallassa yleistä. - Varaajan etuja ovat mm. suurten ja äkillisten lämpötarpeiden turvaaminen ja mahdollisuus tulla toimeen pienemmällä ja hankintahinnaltaan edullisemmalla kattilalla. - Isot lämpövarastot mm. Saksassa 6000 m3, kausilämpövarasto
10 - Tanskan kaukolämpöverkkoihin on nyt asennettu aurinkolämpökeräimiä yli miljoona neliömetriä. Silkeborgiin rakennetaan maailman suurinta 110 MW:n aurinkeräinkenttää, jonka koko on yli 150 000 neliömetriä eli noin 23 jalkapallokenttää. 15 300 m2 aurinkokeräinkenttä, Jelling Tanska
11 - Markkinat ovat kehittyneet jo useita vuosia, joka näkyy järjestelmien alhaisina hintoina teknologiaosaamisena. - Yleinen ilmapiiri on myönteinen aurinkoenergiainvestoinneille - Biomassa on osittain kalliimpaa ja saatavuus ei ole samalla tasolla kuin Suomessa - Energiapolitiikka: poliittiset ohjauskeinot ovat aurinkoenergiaa tukevaa - Osittain myös ilmastotieteelliset syyt Paikka Säteily vuodessa vaakataso Ero - % Suomi, Joensuu 855 kwh/m2 0 % Suomi, Helsinki 963 kwh/m2 + 11 % Tanska, Marstall 1005 kwh/m2 + 15 % Saksa, Berlin 1030 kwh/m2 + 17 % Itävalta, Wien 1200 kwh/m2 + 29 % Lähde: MeteoSyn ilmastotieteelliset tiedot 1991-2010
- Markkinat kehittyvät Suomessa nopeasti tällä hetkellä, joka vaikuttaa hintoihin sekä alan toimijoiden lisääntymiseen - Öljyn, sähkön ja maakaasun korvaaminen on jo kannattavaa - Järjestelmät ja teknologia kehittyvät nopeasti maailmanlaajuisesti - Tarve löytää myös uusia liiketoimintamalleja aurinkoenergiasta - Suomalaisilla on hallussaan jo yksi aurinkolämmön kehittyneimmistä teknologiasta: Mikkeliläisen SavoSolarin keräimet ovat suorituskyvyltään ja laadultaan eri riippumattomien testien mukaan markkinoiden parhaimmistoa. 12
13 Kuva: SavoSolar Oy Sakarinmäen aluelämpölaitos, Sipoo (maalämpö + aurinkolämpö + bioöljy) Maalämpökaivoja on 21 kappaletta, ja lämpöpumppujen mitoitusteho on 275 kw. Aurinkokeräinkenttä 160 m2, tuotantoteho 150 kw.
14 Pienet järjestelmät 4 20 m2: 500 1000 /m2 Keskikokoiset järjestelmät 20 100 m2: 500 750 /m2 Suuret järjestelmät 100 1000 m2: 400 500 /m2 Teolliset järjestelmät 15 000 m2: 280-340 /m2 Hinnat eivät sisällä lämpövarastoa Lähde: Finsolar.net
- Piikidepaneelit (yksikiteinen ja monikiteinen, 1. sukupolvi) - Perustuvat valosähköiseen ilmiöön - Hyötysuhteet 13 20 %, paneelien nimellistehot verkkoon kytketyissä järjestelmissä yleensä 200 300 W. - Yleisin massatuotantopaneeli on juotostekniikkaan perustuva pintavirtajohdettu monikidepaneeli - Yksikide on laadukkaampi sekä tehokkaampi, mutta yleensä kalliimpi valmistaa ja hankkia - Aurinkosähköjärjestelmät ovat huoltovarmoja ja pitkäikäisiä (toimintaikä yleensä yli 30 vuotta) - Viimeisimpien tutkimusten mukaan kidepaneelien tehon heikkeneminen ikääntymisen myötä on hyvin vähäistä aikaisempiin tutkimustietoihin verrattuna 15
16 - Varjoton ja esteetön asennusalue - Eteläinen suuntaus tuottaa parhaiten (maaliskuu-syyskuu) - Lounas ja Kaakko 5 7 % kokonaistuotannosta (vuosi), kesäkuukausina ero voi olla vielä pienempää - Itä-Länsi 20-23 % kokonaistuotannosta (huipputuotannot aamu ja ilta) - Muut ilmansuunnat käytännössä kannattamattomia Pohjoinen Vapaa paistekulma Länsi Itä Etelä
Esimerkkikohde 15 kw (kiinteistö Kiteellä): Vasemman kuvan rakennuksen suunta on kaakkoon päin. Viereinen rakennus vaikuttaa varjostuksineen aamulla 6 9 välillä auringon noustessa idästä. Oikealla kuvassa on simuloitu varjostuksen prosentuaalinen vaikutus vuositasolla paneeleihin. Kuvassa olevassa kohteessa varjostusten vaikutus on 6 % vuositasolla kokonaistuotannosta 17
Tehostajat/mikroinvertterit yksinkertaistettu toimintaperiaate 50 % 50 % 50 % 100 % 100 % 100 % 50 % 100 % 100 % Invertteri + Optimoi tuotannon = järjestelmä tuottaa paremmin (osavarjostukset ja osittainen lumipeite/lika) + Yksittäisten paneelien tuoton seuranta (heikosti tuottavan paneelin havaitseminen/optimointi) + mahdollistavat monien eri ilmansuuntien käyttämisen + Paneelimäärät voivat olla hyvinkin erilaisia + Älyohjauksen kautta voidaan tiettyä paneeleita kytkeä Päälle/pois + säästää isoissa järjestelmissä asennuskustannuksia - Nostaa investointikustannuksia - Vähentää järjestelmän huoltovarmuutta Sähkökeskus V e r k k o Mikroinvertterit suoraan keskukselle, tehostimet erillisen invertterin kautta
19 - Pääsääntöisesti asennetaan kattokulman mukaisesti (väh. 15 astetta) - Tasakatoilla telineet halutussa kulmassa (15-35 astetta) - Seinäasennus (seinän mukaisesti tai kulmassa) - Maa-asennus telineillä haluttuun kulmaan - Optimaalinen kulma yleensä on 40-45 astetta. (vuositasolla) Kulma Tuotto verrattuna optimiin *(esim. 43 astetta) 35-1 % 30-2 % 25-4 % 20-6% 15-9 % 10-12 % 5-15 %
- Yleisin asennustapa on hyvin tuulettuva kattoasennus (5-15 cm katosta) 2 % tehohäviötä - Integroitu asennus, huonosti tuulettuva 5 % tehohäviötä - Maa-asennus on täysin tuulettuva, altis kuitenkin varjostumille 20
- Lämpölaitoksissa on yleensä melko tasainen sähkönkulutusprofiili ja isommissa laitoksissa on hyvin kattopinta-alaa - Investointien tukiprosentti on 25 %, minimi-investoinnin määrä on 10 000 euroa = väh. 6 7 kw:n perusjärjestelmä - Investointien sisäiset korot 2 %:n sähkön hinnan nousulla 4 % - 6 % ja takaisinmaksuajat 13 17 vuotta - Kannattavuus riippuu sähkön kulutusprofiilista, ilmansuunnista, asennuspaikasta, maksetusta sähkön hinnasta ja järjestelmän kokoluokasta 21
22
23
24 - Aurinkosähkön LCOE (levelized cost of energy) -tuotantohinta muodostuu alkuinvestoinnista sekä käyttöiän aikaisesta tuotosta ja ylläpitokuluista. - Toteutuneita LCOE tuotantohintoja: Pientalot ja omakotitalot 7,3 11,6 snt/kwh Yritykset, Yhteisöt ja Maatilat 3,3 5,3 snt/kwh
- Maatiloilla aurinkosähkö on tällä hetkellä kaikista kannattavinta suuren tukiprosentin myötä - Maatiloilla on myös suuri sähkönkulutus riippuen kulutusprofiilista. - Yleensä paljon kattopinta-alaa hyödynnettävänä - Hintatason alennettua, myös eri ilmansuunnat voivat kannattaa maatiloilla johtuen yleisesti aamu- ja iltapainotteisesta kulutusprofiilista - Alentuneen hintatason sekä korkean tuen myötä myös ylimitoitettukin järjestelmä voi kannattaa, mikäli päivällä tuotettua sähköä voitaisiin hyödyntää esim. lämpimän veden varaamiseen, sähkövarastoon tai johonkin muuhun tarvittavaan kulutuspisteeseen 25
- Tukiprosentti on 40 %, minimäärä tuettavasta investoinnista on 7000 = väh. 17 500 = n. 12 15 kw:n järjestelmä - Investointien sisäiset korot 2 %:n sähkön hinnan nousulla ja 2 %:n laskentakorkokannalla keskimäärin: 7 % - 10 % ja takaisinmaksuajat 8 13 vuotta - Kannattavuus riippuu sähkön kulutusprofiilista, ilmansuunnista, asennuspaikasta, maksetusta sähkön hinnasta ja järjestelmän kokoluokasta 26
27 25 Kulutus Etelä Lounas Kaakko Itä-Länsi 20 15 10 5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 15 kw voimala, suuntaus kaakko, kulma 30 astetta, profiili heinäkuisena päivänä
16 Kulutus Tuotto 28 14 12 10 8 6 4 2 0 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Kulutus Tuotto 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
29
16 14 12 10 8 6 4 2 0 Kulutus Tuotto 30 16 Kulutus Tuotto lataus 14 12 10 8 6 4 2 0
Kuvassa Tesla Powerwall (mm. Ruotsissa sähkövarastohankkeita tuetaan jopa 60 %) 31
32 Verkkoon kytketyt yli 1 000 kw (1 MW) järjestelmät, maa-asennus Teollisen mittakaavan aurinkovoimalat, joista tuotanto myydään sähköpörssiin. Voimalaitoksia ei vielä ole Suomessa. 1 200 1 000 /kwp Verkkoon kytketyt yli 250 kw järjestelmät, kattoasennus Aurinkosähköä tuotetaan teollisuus- tai isoissa kaupan alan kiinteistössä omaan kulutukseen. 1 300 950 /kwp Verkkoon kytketyt 10 250 kw järjestelmät, kattoasennus Aurinkosähköä tuotetaan toimisto- ja kaupparakennuksissa ja kuntakiinteistöissä omaan kulutukseen. 1 350 1 050 /kwp Verkkoon kytketyt alle 10 kw järjestelmät Aurinkosähköä tuotetaan omakotitaloissa ja muissa pienissä rakennuksissa omaan kulutukseen. 2 000 1 300 /kwp Lähde: Finsolar.net 2016
33 Pienempi riski Isompi riski
Mentorointia uusiutuvan energian yrityksille Lasse Okkonen, Karelia-amk
Mentorointi, syksy 2017 GREBE -hanke hakee uusiutuvan energian alalla toimivia yrittäjiä mukaan Irlannissa kehitetyn mentorointiohjelman kokeiluun Pohjois-Karjalassa. Mukaan valitaan 3-5 yritystä, jotka ovat valmiita sitoutumaan ohjelmaan ja joilla on jo tiedossa toiminnan kehittämistavoitteita. Yrityksen liikevaihdon tulee olla vähintään 70 000 /a. Ohjelma koskee uusiutuvaan energiaan liittyviä yrityksiä (energiantuotanto, teknologiavalmistus, palvelujen tarjonta, asennus jne.) Mentoroinnin arvo on n. 2000-3000 /yritys. Kyseessä on yrityksen saama palvelu de-minimis -tukena. Mentorit ovat kokeneita yritystoiminnan asiantuntijoita. Mentorit kilpailutetaan mukaan ohjelmaan yritysten tavoitteiden perusteella. Mentorointi on yrityksille maksutonta, mutta edellyttää sitoutumista yhteisiin tapaamisiin ja tiedonvaihtoon (n. 10 tapaamista/kontaktia mentorin kanssa, sekä alku- ja loppuhaastattelut) Mentoroinnin tuloksista julkaistaan yritysten nimet, mentoroinnin aiheet, teemojen kuvauksia ja kokemuksia prosessista, mutta ei liiketoimintaan liittyviä yksityiskohtia. Ohjelmaan haku on avoinna 12.5. saakka! Lisätietoja mentorointiohjelmasta ja hakuohjeet: Lasse Okkonen, Karelia-amk (lasse.okkonen@karelia.fi, 0503423582) 4/20/2017 This project has received funding from the European Union s Northern Periphery & Arctic 35 Programme 2014-2020.
36