Aurinkoenergia

Kohteesta 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 termillä tarkoitetaan erityisesti suoraa säteilyenergian hyödyntämistä aurinkokennon tai aurinkokeräimen avulla [1]. Suoran ja epäsuoran aurinkoenergian hyödyntämiseksi on kehitteillä näiden lisäksi monia teknisiä sovelluksia.

Aurinkoenergia on niin sanottua 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 kuluessa 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 fotosynteesissä auringon energiaa kemialliseksi energiaksi.

Aurinkoenergian potentiaali on suuri, 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]

Suora ja epäsuora aurinkoenergia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Suoraksi aurinkoenergiaksi kutsutaan energiantuotantomuotoja, joissa auringonsäteily sidotaan suoraan sähköksi aurinkokennossa tai lämmöksi aurinkokeräimessä tai aurinkolämpövoimalassa. Epäsuoraksi aurinkoenergiaksi kutsutaan mitä tahansa muuta energiantuotantoa, jossa säteilyä ei suoraan oteta käyttöön vaan hyödynnetään vaikkapa säteilyn synnyttämiä virtauksia tai eliöiden varastoimaa kemiallista energiaa. Epäsuoria aurinkoenergia muotoja ovat muiden muassa vesivoima, tuulivoima, aaltovoima ja bioenergia. Toisin sanoen liki kaikki muu paitsi ydinvoima ja Geoterminen energia.

Aurinkosähkö[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Aurinkopaneeleita.

Aurinkosähköä tuotetaan tavallisesti aurinkokennoilla, jotka muuntavat auringon säteilyä valosähköisen ilmiön avulla sähköenergiaksi. Nykyään yli 80 prosenttia aurinkokennoista on liitetty sähköverkkoon, mutta niitä voidaan käyttää myös sähköverkosta irrallaan.lähde? Aurinkokennoja voidaan käyttää pienempimuotoiseen sähköntuottoon sähköverkon ulkopuolella olevilla alueilla ja akkujen avulla turvata sähkön saannin jatkuvuutta.

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. Keskittävässä aurinkovoimalassa kerätyllä lämmöllä käytetään lämpövoimaprosessia. Aurinkohöyryvoimala tuottaa energiaa muodostamalla vedestä auringon säteilyn avulla vesihöyryä.[12] Espanjassa on tehty kokeellinen auringolla toimiva höyryvoimala.[12] Siinä käytetään vettä öljyn tai muun nesteen sijasta, koska arvellaan sen toimivan nestetasolla parhaiten kaasuuntuessaan ja muutettaessa voimaksi. Voimala tuottaa erikoispeilien avulla keskittämällä lämmön, joka arvioiden mukaan hyperlämmittää veden 500 celsiusasteeseen (932 F). Tuotettava voima otetaan talteen suoraan ja välillisesti.

Aurinkolämpö[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Pääartikkeli: Aurinkolämmitys

Aurinkolämmityksessä auringon energiaa käytetään tyypillisesti käyttöveden tai sisäilman lämmitykseen. Aurinkolämmityksessä lämpö otetaan talteen aurinkokeräimellä, siirretään käyttökohteeseen välinesteellä ja varataan varaajaan myöhempää käyttöä varten. Aurinkokerääjien päätyypit ovat taso- ja tyhjiöputkikeräin.

Aurinkoenergian tuotannon asennettu kapasiteetti maittain[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Aurinkoenergian tuotannon asennettu kapasiteetti (MW)
Sija
2015
Maa 2013
(lopussa) [13]
2014
(lopussa) [13]
2015
(lopussa) [13]
1 Kiinan lippu Kiina 18 611 28 061 43 062
2 Saksan lippu Saksa 36 337 38 236 39 636
3 Japanin lippu Japani 13 643 23 300 33 300
4 Yhdysvaltain lippu USA 13 365 19 938 27 317
5 Italian lippu Italia 18 425 18 615 18 916
6 Yhdistyneen kuningaskunnan lippu Iso-Britannia 2 780 5 377 9 077
7 Espanjan lippu Espanja 7 016 7 087 7 132
8 Ranskan lippu Ranska 4 625 5 654 6 549
9 Intian lippu Intia 2 322 3 263 5 167
10 Australian lippu Australia 3 258 4 057 5 034
11 Belgian lippu Belgia 2 912 3 024 3 200
12 Etelä-Korean lippu Etelä-Korea 1 467 2 481 3 173
13 Kreikan lippu Kreikka 2 579 2 596 2 596
14 Kanadan lippu Kanada 1 210 1 710 2 236
15 Tšekin lippu Tšekki 2 064 2 068 2 067
16 Thaimaan lippu Thaimaa 829 1 304 1 605
17 Etelä-Afrikan lippu Etelä-Afrikka 147 922 1 511
18 Sveitsin lippu Sveitsi 756 1 076 1 376
19 Romanian lippu Romania 761 1 293 1 301
20 Alankomaiden lippu Alankomaat 739 1 048 1 288
21 Bulgarian lippu Bulgaria 1 036 1 026 1 040
22 Itävallan lippu Itävalta 626 785 900
23 Chilen lippu Chile 7 402 848
24 Taiwanin lippu Taiwan 392 620 800
25 Tanskan lippu Tanska 571 607 791
x Ukrainan lippu Ukraina 748 411* 432*
x Venäjän lippu Venäjä* 407* 407*
y Ruotsin lippu Ruotsi 43 60 85
y Liettuan lippu Liettua 68 69 71
z Suomen lippu Suomi 10 11 11
Yhteensä Koko maailma 140 555 179 742 227 010

Oheinen taulukko kuvaa asennetun aurinkoenergian tuotannon kapasiteetin kehitystä viime vuosina. Taulukossa on esitetty 25 suurimman aurinkoenergian tuotannon asennetun kapasiteetin maata vuoden 2015 lopun tilanteen mukaan. Vertailun vuoksi mukana on myös Suomi ja joitain sen lähivaltioita.[13]

Lähteen ilmoittamaa Suomen aurinkoenergiatuotannon arvoa voi pitää alimitoitettuna erityisesti mikäli tarkastellaan vuoden 2015 lopun tilannetta ja verrataan sitä edellisvuoden arvoon. Lukemista ei esimerkiksi ilmene asennetun aurinkoenergiatuotantokapasiteetin suhteellisesti merkittävä (mutta absoluuttisesti maailman kehitykseen nähden vähäinen) kasvu Suomessa vuoden 2015 aikana.[14]

* Taulukossa on "Venäjän" arvona on esitetty maan keväällä 2014 sotilaallisesti miehittämän, esimerkiksi YK:n ja Euroopan yhteisön mukaan Ukrainaan laillisesti kuuluvan Krimin niemimaan aurinkovoimaloiden kapasiteetti. Vieraan maan miehityksen johdosta tämä kapasiteettiosuus uupuu Ukrainan lukuarvoista.

Aurinkoenergian tuotanto Suomessa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Aurinkoenergian tuotanto perustuu valon määrään, joten Suomessa aurinkoenergian määrä on kesällä jopa suurempi kuin Keski-Euroopassa mutta talvella taas huomattavasti vähäisempi. Vuositasolla aurinkoenergian määrä per neliömetri on Keski-Suomessa noin 900 kWh. Vertailuarvona Hampurissa auringon säteilyn energia on vuositasolla 938 kWh sekä Lissabonissa 1  689 kWh [15]. Auringosta paneelien avulla saatavan energian kokonaismäärä saattaa olla Keski-Eurooppaa korkeampi, koska useimpien paneelien teho on parempi Suomen kylmemmässä ilmastossa [15]. Vuositasolla hyödynnettävän aurinkosähkön määrää voi arvioida Suomen säteilykartan[16] avulla.

Aurinkokeräimen hyötysuhdetta kylmissä olosuhteissa voi parantaa lämpöpumpun avulla. Suomen oloissa aurinkokeräin tuottaa vuodessa energiaa n. 300 kWh/m² [17] Oulussa kyetään tuottamaan yhtä paljon aurinkosähköä kuin Pohjois-Saksassa.[18] Oulussa ja Tampereella aurinkopaneelien tuotot ovat käytännössä samat.[19]

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. [20]. Tuen määrä oli vuonna 2015 maksimissaan 30 %[21].

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.[22]

Suomessa aurinkoenergian teknisiä sovelluksia sekä käyttösovelluksia kehitetään useissa projekteissa. Paneelien ja keräinten soveltamista rakennusarkkitehtuuriin on kehittänyt esimerkiksi Rautaruukki Oyj sekä Luvata Oyj [23][24].

Porissa on rakennettu aurinkoenergiaa hyödyntävä uimahalli, joka on tehty osittain aurinkoenergian hyödyntämisen kehitystyönä[25].

Helsingin Kivikossa otettiin 14. huhtikuuta 2016 käyttöön Helen Oy:n rakentama Suomen suurin aurinkovoimala hiihtohallin katolla. Sillä on pinta-alaa n. hehtaari ja siinä on 3000 aurinkopaneelia.[26]

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://web.archive.org/web/20101128062557/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. a b Coxworth, Ben: Experimental direct solar steam generation power plant opens in Spain Gizmag. 4.4.2011. Viitattu 18.11.2013. (englanniksi)
  13. a b c d Renewable Capacity Statistics 2016 (pdf) (lähteen johdannon mukaan The renewable power capacity data shown in these tables represents the maximum net generating capacity of power plants and other installations that use renewable energy sources to produce electricity. Eli tilastossa on esitetty asennetun tuotantotavan maksimiarvo; aurinkoenergialle tämä "piikki"arvo merkitään yleensä muodossa MWp) The International Renewable Energy Agency (IRENA), irena.org. Viitattu 9.4.2016. (englanniksi),(ranskaksi),(espanjaksi)
  14. Kotien aurinkosähkö nyt kovassa kasvussa – Uudellamaalla jo yli 260 voimalaa yle.fi. Viitattu 11.4.2016.
  15. a b Aurinkoenergia Suomessa Tekniikka & Talous. Viitattu 13.6.2011.
  16. http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/cmaps/eu_cmsaf_opt/G_opt_FI.pdf
  17. http://www.vihreat.fi/files/liitto/ilmastojaenergia2005.pdf Vihreän Liiton ilmasto- ja energiasuunnitelma 2005, s. 30
  18. http://yle.fi/uutiset/oulussa_auringosta_saa_saman_verran_sahkoa_kuin_pohjois-saksassa/7753575
  19. http://www.ouka.fi/c/document_library/get_file?uuid=62f76a49-d36b-436c-82b7-e16ade406a04&groupId=139863
  20. Energiatuki Työ- ja Elinkeinoministeriö. Viitattu 13.6.2011.
  21. http://www.tem.fi/index.phtml?s=3093
  22. Wireless Power Transmission for Solar Power Satellite (SPS) (Second Draft by N. Shinohara), Space Solar Power Workshop, Georgia Institute of Technology
  23. http://www.ruukki.fi/Uutiset-ja-tapahtumat/Uutisarkisto/2011/Ruukki-kehitti-taysin-integroidun-aurinkopaneelijulkisivun Ruukin integroitu aurinkopaneelijulkisu
  24. 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
  25. http://www.samk.fi/tutkimus_ja_kehittaminen/ajankohtaista/1/poriin_suomen_ensimmainen_aurinkoenergiahalli
  26. 350 kaksiota/v, että heilahti - Suomen suurin aurinkovoimala käynnistyi Talouselämä. Viitattu 14.4.2016.

Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Commons
Wikimedia Commonsissa on kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Aurinkoenergia.