Tornio 24.5.2012 RAMK Petri Kuisma
Sisältö Aurinko Miten aurinkoenergiaa hyödynnetään? Aurinkosähkö ja lämpö Laitteet Esimerkkejä
Miksi aurinkoenergiaa? N. 5 miljardia vuotta vanha, fuusioreaktiolla toimiva aurinko on maapallon suurin energianlähde Potentiaali on valtava; maapallon pinnalla saapuva vuotuinen säteilymäärä on n. 10 000 kertaa suurempi kuin vuotuinen primäärienergian tarvemaapallolla
Miksi aurinkoenergiaa? Energiantarve ja kulutus on vuosi vuodelta kasvanut Suuri osa energiantarpeesta täytetään nykyään fossiilisilla polttoaineilla, joiden määrä on rajallinen Ympäristöystävällinen, pieni hiilijalanjälki Kaikkialla saatavilla, riippumaton energianlähde Hyödyntämistekniikka kehittynyt paljon n. 5 miljardia vuotta vanha, fuusioreaktiolla toimiva aurinko on maapallon suurin energianlähde Potentiaali on valtava; maapallon pinnalla saapuva vuotuinen säteilymäärä on n. 10 000 kertaa suurempi kuin vuotuinen primäärienergian tarvemaapallolla
Aurinko energialähteenä
Aurinko energialähteenä Säteilyenergiaan perustuvat uusiutuvat energianlähteet voidaan jakaa suoraan ja epäsuoraan Suoraan voidaan hyödyntää teknisten järjestelmien kuten aurinkokeräinten ja paneelien kautta muuttamalla säteilyenergia lämpöenergiaksi tai sähköenergiaksi Epäsuorasti aurinkoon perustuvat tuulienergia, virtaavan veden energia, bioenergia, aaltoenergia ja maalämpö Em. epäsuorassa hyödyntämisessä luonnossa tapahtuvat prosessit muuntavat auringon säteilyenergiaa muihin energiamuotoihin
Aurinko energia lähteenä Säteilymäärät vaakatasoon eri leveysasteilla: Sodankylä 807 kwh/m2 Helsinki 932 kwh/m2 Hampuri 938 kwh/m2 Rooma 1345 kwh/m2 Nairobi 1855 kwh/m2
Auringon kokonaissäteily kuukausikeskiarvot, Jyväskylä 1971-2000 kwh/m2 Lähde: www.viessmann.fi
Miten auringon säteilyenergiaa hyödynnetään? Kaksi eri osa-aluetta: Sähköntuotto -aurinkopaneelit Lämmöntuotto -aurinkokeräimet
Passiivinen aurinkolämmön hyödyntäminen Rakennus kerää energiaa itseensä, ts. toimii keräimenä itse - Varastoi lämmön rakenteisiinsa ja luovuttaa eteenpäin Ilman koneiden apua - Kaikki talot hyödyntävät jossain määrin tällä tavoin - Talon sijoitus, ulkopinta-ala, suuntaus, muoto, ikkunoiden suuruus ja materiaalit määrittävät paljon tehon saantia - Mahdollista kattaa n. viidesosa kokonaislämmöntarpeesta - Voidaan säädellä erilaisilla varjostusjärjestelmillä
Aktiivinen aurinkolämmön hyödyntäminen Aurinkoenergia talteen keräinten avulla - Muuntavat tulevan säteilyn lämmöksi, joka varastoidaan ja siirretään lämmönjakopiirien avulla käyttökohteisiin. - Suurin hyöty (Suomessa) käyttöveden lämmittämisessä - Soveltuu myös keskuslämmityksen tueksi esim. patteri- tai lattialämmityskohteissa - Keräintyyppejä ovat keskittävät keräimet (lähinnä suora säteily) sekä tasokeräimet ja tyhjiöputkikeräimet (suora ja hajasäteily)
Aurinkoenergian keräimille Lämmön saanto ja häviöt A Hajasäteily B Suora säteily C Tuuli, sade, lumikonvektio D Konvektiohäviö E Lämmön johtumishäviöt F Lämpösäteilyabsorpaattorista G Lämpösäteilypinnasta H Keräimen ulostuloteho K Heijastukset Lähde: www.viessmann.fi
Keräimien suuntaus Kallistuskulma α Tarkoitetaan keräimen ja vaakatason välistä kulmaa Optimi kallistuskulma Suomessa: 30-45 Esimerkki: Poikkeama eteläsuunnasta: 15 itään Azimuth-kulma Atsimuuttikulmalla tarkoitetaan keräimen Poikkeamaa etelästä Azimuth = 0 (paras hyöty säteilystä). Toimii hyvin vielä 45 kulmassa, Lähde: www.viessmann.fi
Aurinkolämmityssysteemejä Käyttöveden lämmitys
Käyttöveden lämmitys Omakotitalossa Suomessa aurinkolämmitys tuottaa n. 50 % vuotuisesta lämmöntarpeesta käyttöveden lämmityksessä
Lämmitystarpeen muutos verrattuna aurinkoenergian saantoon vuositasolla A Keskuslämmityksen tarve vanhalla talolla rv. 1984 B Keskuslämmityksen tarve uudisrakennuksella C Käyttöveden tarve D Aurinkoenergian saanto 5 m² keräinalalla E Aurinkoenergian saanto 15 m² keräinalalla
Omakotitalo OULU Vitosol 200, Vitorond 200 ja Vitocell 333 lämmitykseen ja lämpimään käyttöveteen aurinkolämmitys
Student hall of residence in Freiberg, Saxony
Hybridilämmitys
Eri lämmitysmuodot voidaan helposti yhdistää Hybridivaraaja
Tukilämmitysjärjestelmät Aurinkolämmitys Lähde: www.roth-finland.com/finpdf/roth_solar.pdf 28
Aurinko-öljy Tukilämmitysjärjestelmät Esimerkki lähde: kaukora/oljykattila_jaspi_eco_17_lux 29
Tukilämmitysjärjestelmät Integraatiot: 30
USA -92 P = 10 MW 140 Mili, dollaria A = 5454 m 2
-81 Espanja Almar -sähköä 44 % -lämpöä 66 % - η = 10-15 %
ESIMERKKI TV tarvitsee vähintään 10,8 V:n jännitteen ja sen tehon kulutus on 50 W. Tv:n kanssa kuormaryhmässä on valaisimia, joiden yhteinen virran kulutus on 2,0 A. Säädin sijaitsee 15,0 m päässä kulutuskohteista. Säätimen lähtöjännitteelle käytetään Lakennallista arvoa 12,0 V.
LASKUKAAVOJA
KÄYTETTÄVÄT KAAPELIPAKSUUDET Johdinala Ominaisvastus metriä kohti 2,5 mm 2 0,00720 Ω/m 4,0 mm 2 0,00456 Ω/m 6,0 mm 2 0,00303 Ω/m Lähde: Arto Koivisto Viessmann Oy www.viessmann.fi
Kiitos! Petri Kuisma Rovaniemen amk Tkt, yliopettaja, energiatekniikka 040-739 6078 petri.kuisma@ramk.fi 41