Aurinkoenergia

Kohteesta Wikipedia
(Ohjattu sivulta Aurinkosähkö)
Loikkaa: valikkoon, hakuun
Aurinkoenergia
Photovoltaikanlage.jpg
Aurinkokennostoa
Fysikaalisia perusteita

Aurinko · Auringon säteily · Absorptio · Valosähköinen ilmiö

Aurinkolämmitys

Aurinkokeräin · Aurinkokeitin

Aurinkosähkö

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
2016
Maa 2013
(lopussa) [13]
2014
(lopussa) [13]
2015
(lopussa) [14][13]
2016
(lopussa) [14]
1 Kiinan lippu Kiina 18 611 28 061 43 194 77 434
2 Japanin lippu Japani 13 643 23 300 33 300 41 600
3 Saksan lippu Saksa 36 337 38 236 39 636 40 988
4 Yhdysvaltain lippu USA 13 365 19 938 23 442 34 711
5 Italian lippu Italia 18 425 18 615 18 898 19 251
6 Yhdistyneen kuningaskunnan lippu Iso-Britannia 2 780 5 377 9 077 11 250
7 Intian lippu Intia 2 322 3 263 5 499 9 887
8 Espanjan lippu Espanja 7 016 7 087 7 156 7 171
9 Ranskan lippu Ranska 4 625 5 654 6 755 6 767
10 Australian lippu Australia 3 258 4 057 5 034 5 632
11 Etelä-Korean lippu Etelä-Korea 1 467 2 481 3 615 5 000
12 Belgian lippu Belgia 2 912 3 024 3 200 3 122
13 Kanadan lippu Kanada 1 210 1 710 2 443 2 743
14 Kreikan lippu Kreikka 2 579 2 596 2 604 2 611
15 Thaimaan lippu Thaimaa 829 1 304 1 605 2 154
16 Tšekin lippu Tšekki 2 064 2 068 2 067 2 073
17 Alankomaiden lippu Alankomaat 739 1 048 1 515 1 955
18 Etelä-Afrikan lippu Etelä-Afrikka 147 922 1 189 1 744
19 Sveitsin lippu Sveitsi 756 1 076 1 394 1 644
20 Chilen lippu Chile 7 402 848 1 603
21 Romanian lippu Romania 761 1 293 1 301 1 372
22 Tanskan lippu Tanska 571 607 1 271 1 271
23 Taiwanin lippu Taiwan 392 620 842 1 210
24 Itävallan lippu Itävalta 626 785 937 1 073
25 Bulgarian lippu Bulgaria 1 036 1 026 1 040 1 032
x Ukrainan lippu Ukraina 748 819 839 938
y Ruotsin lippu Ruotsi 43 60 104 140
x Venäjän lippu Venäjä* 1*[14] 7*[14] 63*[14] 88*[14]
y Liettuan lippu Liettua 68 69 69 71
z Suomen lippu Suomi 10 11 15 20
Yhteensä Koko maailma 140 555 179 742 224 791 295 664

Oheinen taulukko kuvaa asennetun aurinkoenergian tuotannon kapasiteetin kehitystä viime vuosina. Taulukossa on esitetty 25 suurimman aurinkoenergian tuotannon asennetun kapasiteetin maata vuoden 2016 lopun tilanteen mukaan. Vertailun vuoksi mukana on myös Suomi ja joitain sen lähivaltioita.[13]

Suomen aurinkoenergiatuotannon asennetun aurinkoenergiatuotantokapasiteetin kasvu on ollut suhteellisest merkittävää, mutta tosiasiallisesti, absoluuttisesti maailman kehitykseen nähden vähäistä vuosien 2014-2016 aikana.[15]

* Taulukossa on "Venäjän" arvoiksi ei ole sisällytetty maan keväällä 2014 sotilaallisesti miehittämän, esimerkiksi YK:n ja Euroopan yhteisön mukaan Ukrainaan laillisesti kuuluvan Krimin niemimaan aurinkovoimaloiden kapasiteettia.

Aurinkoenergian tuotanto Suomessa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Aurinkoenergian tuotanto perustuu valon määrään, joten Suomessa aurinkoenergian määrä on kesällä jopa suurempi kuin Keski-Euroopassa. Joulu-tammikuussa aurinkoenergiaa suomessa ei juuri saada talteen. Alkukeväästä ja loppusyksystä aurinkoenergiaa on suomessa saatavilla huomattavasti vähemmän kuin Keski-Euroopassa[16]. Käytännössä Suomessa aurinkoenergiaa on keskikesällä saatavilla reilusti enemmän kuin Keski-Euroopassa, mutta talvea kohden aurinkoenergian saatavuus romahtaa.[17] 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[18]. Auringosta paneelien avulla saatavan energian kokonaismäärä saattaa olla Keski-Eurooppaa korkeampi, koska useimpien paneelien teho on parempi Suomen kylmemmässä ilmastossa[18]. Vuositasolla hyödynnettävän aurinkosähkön määrää voi arvioida Suomen säteilykartan[19] avulla. Euroopan säteilykartan[20] avulla voi puolestaan arvioida miten Suomessa saatava aurinkoenergian määrä pärjää vertailussa esimerkiksi Välimeren rannikkoseutuihin nähden.

Aurinkokeräimen hyötysuhdetta kylmissä olosuhteissa voi parantaa lämpöpumpun avulla.[21]

Laadukkaiden aurinkolämpöjärjestelmien vuosituotanto vaihtelee Suomessa keskimäärin välillä 400 – 500 kWh/keräin-m2. Aurinkolämpöjärjestelmän vuosituotto riippuu merkittävästi keräintyypistä, asennettujen keräinten sijainnista, suunnasta sekä mitoituksesta suhteessa kohteen lämmönkulutukseen. 400 kWh/keräin-m2 on tyypillinen tuotanto käyttöveden tapauksessa, kun muissa käyttökohteissa (esim. tilojen tai uima-altaan lämmitys) ylletään vähintään 500 kWh/keräin-m2 tuottoihin.[22]

Oulussa kyetään tuottamaan yhtä paljon aurinkosähköä kuin Pohjois-Saksassa.[23] Oulussa ja Tampereella aurinkopaneelien tuotot ovat käytännössä samat.[24]

Aurinkoenergian taloudellisuus Suomessa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Aurinkoenergiajärjestelmien globaalin hintojen laskun myötä aurinkoenergiasta on tullut Suomessa vuodesta 2014 alkaen taloudellisesta kannattavaa tietyillä reunaehdoilla. Aurinkosähkö ja aurinkolämpö ovat taloudellisesti kannattavia investointeja sillä ehdolla, että aurinkoenergia tuotetaan Suomessa omaan käyttöön, sillä korvataan kalliimpaa ostoenergiaa sekä investointien kannattavuuden laskenta-aikana käytetään paneelien tai keräinten takuuajan pituista aikajaksoa (yleensä 25 vuotta). Lisäksi yritysten ja kuntien tapauksessa Työ- ja elinkeinoministeriön energiatuen saaminen on kannattavuuden ehto. Investointien kannattavuutta tulee arvioida investointien sisäisellä korkokannalla, nettonykyarvolla ja energian omakustannushinnalla. Takaisinmaksuaika ei ole yksin soveltuva aurinkoenergian kannattavuuden arviointimenetelmä.[22] Tyypillisesti pientalouksien aurinkosähköjärjestelmien takaisinmaksuaika on 24-32 vuotta[25] ja suuremmissakin kohteissa takaisinmaksuajaksi arvioidaan yli 20 vuotta[26]

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[27]. Tuen määrä on vuonna 2016 aurinkoenergialle 20-25 %[28].

Aurinkoenergian kotimaisuusaste Suomessa[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Aalto-yliopiston FinSolar-hankkeessa (2015) toteutettu aurinkoenergiainvestointien arvoketjutarkastelu koski neljää investointia, joista kaksi edustivat aurinkolämpöä ja kaksi aurinkosähköä. Kahdessa investoinnissa aurinkosähköpaneelit ja aurinkolämpökeräimet olivat kotimaista tuotantoa. Kahdessa muussa investoinnissa paneelit ja keräimet tulivat ulkomailta. Tarkasteltuja aurinkolämmön investointitapauksia olivat Helsingin Sakarinmäen koulun aurinkolämpövoimala, johon asennettiin suomalaisen Savo-Solarin aurinkokeräimet, sekä nelihenkisen omakotitalon aurinkolämpöjärjestelmä Porissa. Aurinkosähkö-tapauksina tarkasteltiin porilaisen Kiinteistö Oy Aurinkopajan aurinkosähköjärjestelmää, joka toimii kotimaisen Valoen paneeleilla, sekä Tampereen Vuoreksen koulukeskuksen järjestelmää. Aurinkolämpöinvestointien kotimaisuusasteet olivat 48 % ja 71 %. Aurinkosähköinvestointien kotimaisuusasteet olivat 55 % ja 62 %. Tarkastelu koski vain neljää aurinkoenergiakohdetta, joten keskimääräisen kotimaisuusasteen arviointi Suomessa vaatisi suuremman otoksen.[29]

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.[30]

Suomessa aurinkoenergian teknisiä sovelluksia sekä käyttösovelluksia kehitetään useissa projekteissa. Paneelien ja keräinten soveltamista rakennusarkkitehtuuriin on kehittänyt esimerkiksi Rautaruukki Oyj sekä Luvata Oyj[31][32].

Porissa on rakennettu aurinkoenergiaa hyödyntävä uimahalli, joka on tehty osittain aurinkoenergian hyödyntämisen kehitystyönä[33].

Helsingin Kivikossa otettiin 14. huhtikuuta 2016 käyttöön Helen Oy:n rakentama Suomen suurin aurinkovoimala hiihtohallin katolla. Sillä on pinta-alaa noin hehtaari ja siinä on 3 000 aurinkopaneelia.[34]

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) (s. 26-32 Solar Energy 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. a b c d e f Renewable Capacity Statistics 2017 (pdf) (s. 26-33 Solar Energy lähteen johdannon (s.5) 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 24.8.2017. (englanniksi),(ranskaksi),(espanjaksi)
  15. Kotien aurinkosähkö nyt kovassa kasvussa – Uudellamaalla jo yli 260 voimalaa yle.fi. Viitattu 11.4.2016.
  16. Auringonsäteilyn määrä Suomessa www.motiva.fi. 12.5.2014. Viitattu 5.1.2017.
  17. http://www.motiva.fi/toimialueet/uusiutuva_energia/aurinkoenergia/aurinkosahko/aurinkosahkon_perusteet/auringonsateilyn_maara_suomessa
  18. a b Aurinkoenergia Suomessa Tekniikka & Talous. Viitattu 13.6.2011.
  19. Global irradiation and solar electricity potentia (pdf) Joint Research Centre, jrc.ec.europa.eu. Viitattu 11.7.2016. (englanniksi)
  20. Photovoltaic Solar Electricity Potential in European Countries Joint Research Centre, jrc.ec.europa.eu. Viitattu 11.7.2016. (englanniksi)
  21. http://www.vihreat.fi/files/liitto/ilmastojaenergia2005.pdf Vihreän Liiton ilmasto- ja energiasuunnitelma 2005, s. 30
  22. a b Auvinen, Karoliina ; Lovio, Raimo ; Jalas, Mikko ; Juntunen, Jouni ; Liuksiala, Lotta ; Nissilä, Heli ; Müller, Julia: FinSolar-raportti FinSolar: Aurinkoenergian markkinat kasvuun Suomessa - Liiketoimintaympäristö | Investointien kannattavuus | Rahoitus- ja hankintamallit | Politiikkasuositukset. 1/2016. Aalto University. Viitattu 3.7.2016.
  23. http://yle.fi/uutiset/oulussa_auringosta_saa_saman_verran_sahkoa_kuin_pohjois-saksassa/7753575
  24. http://www.ouka.fi/c/document_library/get_file?uuid=62f76a49-d36b-436c-82b7-e16ade406a04&groupId=139863
  25. Sähköverkkoon kytketty omakotitalo – vaihtosähkö www.motiva.fi. 12.5.2014. Viitattu 5.1.2017.
  26. Nea Pesonen: OPINNÄYTETYÖ - AMMATTIKORKEAKOULUTUTKINTO TEKNIIKAN JA LIIKENTEEN ALA AURINKOPANEELIJÄRJESTELMÄN KANNATTAVUUS JA TAKAISINMAKSUAIKA, s. 51. Savonia, 2016.
  27. Energiatuki Työ- ja Elinkeinoministeriö. Viitattu 13.6.2011.
  28. http://www.tem.fi/index.phtml?s=3093
  29. Nissilä Heli: Investointien kotimaisuusaste FinSolar. 21.4.2016. Aalto-yliopiston kauppakorkeakoulu. Viitattu 3.7.2016.
  30. Wireless Power Transmission for Solar Power Satellite (SPS) (Second Draft by N. Shinohara), Space Solar Power Workshop, Georgia Institute of Technology
  31. Ruukin integroitu aurinkopaneelijulkisivu Ruukki
  32. Luvata kehittää aurinkokeräinten soveltamista rakennusarkkitehtuuriin Luvata
  33. http://www.samk.fi/tutkimus_ja_kehittaminen/ajankohtaista/1/poriin_suomen_ensimmainen_aurinkoenergiahalli
  34. 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.