Aurinkoenergia

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Photovoltaikanlage.jpg
Aurinkokennostoa
Aurinkoenergia
Fysikaalisia perusteita

Aurinko · Auringon säteily
Absorptio · Valosähköinen ilmiö

Käyttö lämmityksessä

Aurinkolämmitys · Aurinkokeräin
Aurinkokeitin

Käyttö sähköntuotannossa

Aurinkokenno · Aurinkolämpövoima
Ilmavirtavoimala

Aurinkoenergia on auringon säteilemän energian hyödyntämistä sähkö- tai lämpöenergiana, yleensä aurinkokennon tai aurinkokeräimen avulla [1]. Aurinkoenergian hyödyntämiseksi on kehitteillä monia teknisiä sovelluksia (kts. aurinkoenergian tulevaisuus).

Aurinkoenergia on uusiutuvaa energiaa, ja sen tuotannosta syntyy päästöjä ja jätettä vain laitteiden valmistuksessa ja kierrätyksessä. Aurinkoenergia on ollut pitkään varsin kallista, sen hyödyntämiseen tarkoitettujen paneeleiden hinnan vuoksi, mutta joidenkin tutkimusten mukaan hintakehitys on laskemassa tulevan kymmenen vuoden kuluttua fossiilisten polttoaineiden tasolle[2][3].

Yleistä[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pääartikkelit: Insolaatio ja Auringon säteily
Auringon säteilytehon jakautuminen Maassa[4]
Teho /TW Prosenttiosuus
Kokonaisteho 172 500 100
Heijastuu suoraan takaisin 50 000 29
Ilmakehä 41 400 24
Vesistöt 65 400 38
Maaperä 15 600 9
Biosfääri 133 0,08
Ihmiskunta 13 0,008

Auringon säteilyn intensiteetti Maan kiertoradan etäisyydellä Auringosta on noin 1,4 kW/m², kun se mitataan suorassa kulmassa suhteessa aurinkoon. Maan pinnalle kohdistuva kokonaisteho on noin 170 000 TW, mutta käytännössä siitä ei voida hyödyntää kuin pieni osa.[5] Säteilystä heijastuu suoraan takaisin suunnilleen 30 prosenttia.

Maan maa- ja vesialueet sekä ilmakehä absorboivat auringon säteilyä, mikä nostaa niiden lämpötilaa. Valtameristä haihtunutta vettä sisältävä lämmin ilma kohoaa painovoimakentässä ylöspäin aiheuttaen ilmakehässä kiertoliikettä ja lämmön kuljettumista. Kun ilma kohoaa korkeuteen, jossa lämpötila on matala, vesihöyry tiivistyy pilviksi. Pilven vesi putoaa lopulta maanpinnalle toteuttaen veden kiertokulun. Veden tiivistymisen latentti lämpö vahvistaa konvektiota muodostaen erilaisia ilmakehän ilmiöitä, kuten tuuli, sykloni ja korkeapaine. Valtameriin ja maa-alueisiin absorboitunut auringon säteily pitää Maan keskilämpötilan noin 14 °C:ssa.[6] Kasvit muuttavat yhteyttämisessä auringon energiaa kemialliseksi energiaksi.

Aurinkoenergian potentiaali on valtava, sillä ihmiskunta kuluttaa energiaa vuodessa suunnilleen saman verran kuin Auringon energiaa absorboituu maanpintaan ja ilmakehään yhdessä tunnissa.[7] Yhteyttäminen sitoo biomassaan vuodessa suunnilleen 30 tsettajoulea aurinkoenergiaa.[8]

Aurinkokennoilla säteilyn energiasta noin 21 prosenttia voidaan muuttaa sähköksi[9]; vastaavasti aurinkokeräimillä säteilyn energiasta saadaan lämmöntuotantoon 25–35 prosenttia.[10]

Aurinkosähkön sijaan voisi käyttää nimeä valoenergia tai fotonienergia. Sähköenergiaa voidaan tuottaa myös pimeän aikaan yöllä infrapunasäteilystä.[11]

Aurinkopaneeleita.

Aurinkosähkö[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Aurinkosähköä tuotetaan tavallisesti aurinkokennoilla, jotka muuntavat auringon säteilyä valosähköisen ilmiön avulla sähköenergiaksi. Aurinkokennoja voidaan käyttää pienempimuotoiseen sähköntuottoon sähköverkon ulkopuolella olevilla alueilla ja akkujen avulla turvata sähkön saannin jatkuvuutta.

Nykyään yli 80 prosenttia aurinkokennoista on liitetty sähköverkkoon, mutta niitä voidaan käyttää myös sähköverkosta irrallaan.lähde?

Aurinkokennoja käytetään myös satelliiteissa ja joissakin avaruusluotaimissa. Auringon säteilyä voidaan myös kerätä peileillä tai linsseillä samaan tapaan kuin aurinkolämpöä. Tällöin aurinkokennoja tarvitaan vähemmän, mutta niitä pitää jäähdyttää ylikuumenemisen estämiseksi.

Aurinkolämpö[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Tyhjiöputkikeräin on eräs aurinkokeräintyyppi.
Pääartikkeli: Aurinkolämmitys

Aurinkolämmityksessä auringon energiaa käytetään käyttöveden tai sisäilman lämmitykseen. Aurinkolämmityksessä energia käytetään suoraan lämpönä muuttamatta sitä sähköksi; lämpö otetaan talteen aurinkokeräimellä, siirretään käyttökohteeseen välinesteellä ja varataan varaajaan myöhempää käyttöä varten. Aurinkokerääjien päätyypit ovat taso- ja tyhjiöputkikeräin.

Aurinkolämmitystä käytetään pääasiassa huoneistojen ilman sekä käyttöveden ja uima-altaiden lämmitykseen.

Tuotantotavoitteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lämmin vesi: EU on ehdottanut 100 miljoonaa m2 aurinkolämmönkerääjiä vuoteen 2010 mennessä. Tekniikka on lisääntynyt varsinkin Kreikassa, Saksassa ja Itävallassa.

Aurinkokenno: Saksan aurinkokennojen tavoite on 4500 MW (2010),,[12] Japanin 4 820 MW (2010)[13] The U.S. PV Industry ennustaa Yhdysvaltojen kapasiteetiksi 36 GW (2020), mikä on alle 5 prosenttia tämänhetkisestä potentiaalisesta.[14]

Keskittävä aurinkovoima: CSP Global Market Initiative (GMI) (USA ja Saksa) tavoite on 5 000 MW CSP-voimaa (2010). Espanja suunnittelee 200-500 MW CPV voimalaa. Etelä-Kaliforniaan suunnitellaan 800-1750 MW CSP-voimaa. Uusiutuvan energian konferenssi asetetti globaaliksi CSP-tavoitteeksi 5000 MW 2004 (Algeria, Egypti, Saksa, Israel, Italia, Jordania, Marokko, Jemen, New Mexico (USA) ja Espanja).

Aurinkokennot EU:ssa (PV) (MWp)[15][16]
# Maa 2005 2006 2007 2008
1 Saksan lippu Saksa 1 910 3 063 3 846 5 351
2 Espanjan lippu Espanja 58 118 733 3 405
3 Italia 46 58 120 318
4 Ranskan lippu Ranska 26 33 47 91
5 Belgian lippu Belgia 2 4 22 71
6 Portugalin lippu Portugali 3 4 18 68
7 Alankomaiden lippu Alankomaat 51 51 53 55
8 Tšekin lippu Tšekki 0 1 4 54
9 Itävalta 24 29 27 30
10 Luxemburg 24 24 24 24
11 Yhdistyneen kuningaskunnan lippu Britannia 11 14 19 22
12 Kreikka 5 7 9 19
13 Ruotsin lippu Ruotsi 4 5 6 8
14 Suomen lippu Suomi 4 4 5 6
15 Tanskan lippu Tanska 3 3 3 3
16 Slovenian lippu Slovenia 0,2 0,4 1,0 2,1
17 Kypros 0,5 1 1,3 2,1
18 Puolan lippu Puola 0,3 0,4 0,6 1,6
19 Bulgarian lippu Bulgaria 0,8 1,4
20 Unkarin lippu Unkari 0,2 0,2 0,4 0,5
21 Romanian lippu Romania 0,2 0,3 0,5
22 Irlanti 0,3 0,3 0,4 0,4
23 Maltan lippu. Malta 0,1 0,1 0,1 0,2
24 Slovakian lippu Slovakia 0 0 0 0,07
25 Liettua 0 0 0 0,06
26 Viron lippu Viro 0 0 0 0,02
27 Latvia 0 0 0 0,01
EU27 GWp 2,17 3,42 4,94 9,53
Aurinkosähkö asukasta kohti 2008[16]
Sija Maa W/as.
1 Espanjan lippu Espanja 75
2 Saksan lippu Saksa 65
3 Luxemburg 50
4 Belgian lippu Belgia 6,7
5 Portugalin lippu Portugali 6,4
6 Italia 5,3
7 Tšekin lippu Tšekki 5,2
8 Itävalta 3,6
9 Alankomaiden lippu Alankomaat 3,3
10 Kypros 2,7
11 Kreikka 1,7
12 Ranskan lippu Ranska 1,4
13 Suomen lippu Suomi 1,1
14 Slovenian lippu Slovenia 1,1
15 Ruotsin lippu Ruotsi 0,9
16 Tanskan lippu Tanska 0,6
17 Maltan lippu. Malta 0,6
18 Yhdistyneen kuningaskunnan lippu Britannia 0,4
19 Bulgarian lippu Bulgaria 0,2
20 Irlanti 0,1
21 Unkarin lippu Unkari 0
22 Puolan lippu Puola 0
23 Romanian lippu Romania 0
24 Liettua 0
25 Viron lippu Viro 0
26 Slovakian lippu Slovakia 0
27 Latvia 0
EU27 (MW) 19,2

Aurinkoenergian tuotanto Suomessa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Aurinkoenergian tuotanto perustuu valon määrään, joten Suomessa aurinkoenergian määrä on kesällä jopa suurempi kuin Keski-Euroopassa. Vuositasolla aurinkoenergian määrä per neliömetri on keskisuomessa noin 900 kWh. Vertailuarvona Hampuri, jossa auringon säteilyn energia on vuositasolla 938 kWh sekä Lissabonissa 1 689 kWh [17]. Auringosta paneelien avulla saatavan energian kokonaismäärä saattaa olla Keski-Eurooppaa korkeampi, koska useimpien paneelien teho laskee Suomen ilmastoa kuumemmissa olosuhteissa [17]. Aurinkokeräimen hyötysuhdetta kylmissä olosuhteissa voi parantaa lämpöpumpun avulla. Suomen oloissa aurinkokeräin tuottaa vuodessa energiaa n. 300 kWh/m2 [18]

Työ- ja elinkeinoministeriö voi hankekohtaisen harkinnan perusteella myöntää yrityksille, kunnille ja muille yhteisöille energiatukea sellaisiin ilmasto- ja ympäristömyönteisiin investointi- ja selvityshankkeisiin, jotka edistävät uusiutuvan energian käyttöä, energiansäästöä, energiantuotannon tai käytön tehostamista, vähentävät energian tuotannon tai käytön ympäristöhaittoja. [19]. Tuen määrä on vuonna 2011 maksimissaan 60 %[20].

Aurinkoenergian teknisten sovellusten kehitys[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Kunnianhimoisin ja teknisesti vaikein kaavailu on maapalloa kiertävät kerääjäsatelliitit, jotka välittäisivät kokoamansa energian mikroaaltojen avulla maan pinnalle. Näin vältettäisiin ilmakehän auringon säteilylle aiheuttamat energiatappiot.[21]

Suomessa aurinkoenergian teknisiä sovelluksia sekä käyttösovelluksia kehitetään useissa projekteissa. Paneelien ja keräinten soveltamista rakennusarkkitehtuuriin on kehittänyt esimerkiksi Rautaruukki Oyj sekä Luvata Oyj [22][23].

Porissa on rakennettu aurinkoenergiaa hyödyntävä uimahalli, joka on tehty osittain aurinkoenergian hyödyntämisen kehitystyönä[24].

Katso myös[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. http://www.motiva.fi/aurinkoenergia
  2. Aurinkoenergia edullisempaa kuin ydinvoima, Uutinen Tekniikka & Talous verkkosivuilla.
  3. http://www.tekniikkatalous.fi/energia/article538253.ece Aurinkoenergia kohta edullisempaa kuin öljy, T&T
  4. Pekka Pirilä: Energiatalous (sivut 12-13) Teknillinen korkeakoulu. Viitattu 14.9.2007.
  5. Aurinkoenergia Energiateollisuus. Viitattu 21.10.2010.
  6. Somerville, Richard: Historical Overview of Climate Change Science (PDF) (s. 93) Viitattu 31.3.2014. (englanniksi)
  7. Lewis, Nathan S. & Nocera, Daniel G.: Powering the planet: Chemical challenges in solar energy utilization Viitattu 31.3.2014. (englanniksi)
  8. Global Exergy Resource Chart Viitattu 31.3.2014. (englanniksi)
  9. Maailman tehokkain aurinkopaneeli The Independent. Viitattu 26.6.2011.
  10. Aurinkoenergia Motiva. Viitattu 21.10.2010.
  11. Infrapunaenergia Tekniikka & Talous. Viitattu 13.6.2011.
  12. Innovation and technological development in energy
  13. Photovoltaics in Europe: More than 3.4 GWp installed in EU The Solarserver - Forum for Solar Energy, Eufores 4.23.2007
  14. U.S. Department of Energy
  15. Photovoltaic energy barometer 2007 - EurObserv’ER Systèmes solaires Le journal des énergies renouvelables n° 178, s. 49-70, 4/2007
  16. a b Photovoltaic energy barometer 2009 - EurObserv’ER Systèmes solaires Le journal des énergies renouvelables n° 190, s. 72-102, 3/2009
  17. a b Aurinkoenergia Suomessa Tekniikka & Talous. Viitattu 13.6.2011.
  18. http://www.vihreat.fi/files/liitto/ilmastojaenergia2005.pdf Vihreän Liiton ilmasto- ja energiasuunnitelma 2005, s. 30
  19. Energiatuki Työ- ja Elinkeinoministeriö. Viitattu 13.6.2011.
  20. http://www.tem.fi/index.phtml?s=3093
  21. Wireless Power Transmission for Solar Power Satellite (SPS) (Second Draft by N. Shinohara), Space Solar Power Workshop, Georgia Institute of Technology
  22. http://www.ruukki.fi/Uutiset-ja-tapahtumat/Uutisarkisto/2011/Ruukki-kehitti-taysin-integroidun-aurinkopaneelijulkisivun Ruukin integroitu aurinkopaneelijulkisu
  23. http://www.luvata.com/en/News-Room/Press-Releases/Luvatas-new-fully-integrated-solar-system-combines-architectural-appeal-and-solar-energy/ Luvata kehittää aurinkokeräinten soveltamista rakennusarkkitehtuuriin
  24. http://www.samk.fi/tutkimus_ja_kehittaminen/ajankohtaista/1/poriin_suomen_ensimmainen_aurinkoenergiahalli

Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Commons
Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Aurinkoenergia.