Siirry sisältöön

Aurinkoenergia

Wikipediasta
(Ohjattu sivulta Aurinkovoima)

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 eräiden vuonna 2010 julkaistujen tutkimusten mukaan hintakehitys oli laskemassa seuraavan kymmenen vuoden kuluessa fossiilisten polttoaineiden tasolle[2][3]

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.[1]

Aurinkosähkön sijaan voisi käyttää nimeä valoenergia tai fotonienergia. Sähköenergiaa voidaan tuottaa myös pimeän aikaan yöllä infrapunasäteilystä.[10]

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 aurinkoenergiamuotoja ovat muiden muassa vesivoima, tuulivoima, aaltovoima, bioenergia ja maalämpö. Toisin sanoen liki kaikki muu paitsi ydinvoima ja Geoterminen energia. Fossiilisten polttoaineiden energia on säilöttyä aurinkoenergiaa.

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. 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.[11] Espanjassa on tehty kokeellinen auringolla toimiva höyryvoimala.[11] 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. Aurinkolämpökeräin muuttaa suurilla valon intensiteeteillä tehokkaasti auringon energiaa lämmöksi, mutta lämpökeräin ei toimi matalilla valon intensiteeteillä lainkaan. [12] Näin ollen esim. Suomessa talvikuukausien suureen lämmityksen tarpeeseen aurinkolämpölämpökeräin ei sovellu.

Aurinkoenergian tuotannon asennettu kapasiteetti maittain

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Aurinkoenergian tuotannon asennettu kapasiteetti (MW)
Sija
2022
Maa 2014
(lopussa) [13][14]
2016
(lopussa) [15][14]
2018
(lopussa) [16][14][17]
2022
(lopussa) [14][17]
2024
(lopussa) [17]
1 Kiina Kiina 28061 77434 175030 393032 887 100
2 Yhdysvallat USA 19938 34711 51450 113015 177 594
3 Intia Intia 3263 9887 27115 63193 97 576
4 Saksa Saksa 38236 40988 45279 66664 89 943
5 Japani Japani 23300 41600 55500 83055 89 601
6 Brasilia Brasilia 21 128 2435 24079 53 116
7 Espanja Espanja 7087 7171 7048 20518 38 587
8 Italia Italia 18615 19251 20126 25083 36 013
9 Australia Australia 4057 6689 10354 29679 35 865
10 Etelä-Korea Etelä-Korea 2481 5000 7862 24078 26 680
11 Alankomaat Alankomaat 1048 1955 4150 18849 24 048
12 Ranska Ranska 5654 6767 9483 17419 21 528
13 Puola Puola 27 187 562 11167 20 199
14 Turkki Turkki 41 834 5064 9426 19 883
15 Vietnam Vietnam 5 5 105 18475 18 666
16 Yhdistynyt kuningaskunta Iso-Britannia 5377 11250 13108 14660 17 881
17 Taiwan Taiwan 620 1210 2618 7969 14 281
18 Meksiko Meksiko 174 633 2583 9356 11 992
19 Chile Chile 402 1039 1524 6250 10 898
20 Belgia Belgia 3024 3122 4026 6898 9 752
21 Kreikka Kreikka 2596 2611 2652 5557 9 269
22 Etelä-Afrikka Etelä-Afrikka 922 1744 2959 6326 9 058
23 Itävalta Itävalta 785 1073 1431 3548 8 481
24 Sveitsi Sveitsi 1076 1644 2246 4340 7 764
25 Unkari Unkari 89 235 728 2988 7 699
26 Arabiemiraatit Arabiemiraatit 130 135 600 3588 6 468
27 Portugali Portugal 415 513 667 2536 5 808
28 Kanada Kanada 1710 2743 3153 5326 5 773
29 Israel Israel 676 872 1076 4411 5 605
30 Ukraina Ukraina 819 938 2003 8062 5 500
31 Ruotsi Ruotsi 60 140 532 2606 4 963
32 Romania Romania 1293 1372 1377 1414 4 688
33 Tšekki Tšekki 2067 2068 2081 2627 4 159
34 Tanska Tanska 607 851 998 3122 3 945
35 Bulgaria Bulgaria 1026 1032 1036 1948 3 908
36 Pakistan Pakistan 165 590 680 1243 3 719
37 Thaimaa Thaimaa 1304 2154 2725 3065 3 388
38 Filippiinit Filippiinit 23 759 897 1623 2 971
39 Egypti Egypti 35 68 770 1724 2 590
40 Liettua Liettua 69 71 84 568 2 567
40+ Venäjä Venäjä* 7*[15] 88*[15] 535 * 1 816* 2 554*
40+ Malesia Malesia 205 344 545 1933 2 305
40+ Uzbekistan Uzbekistan 3 4 204 2 275
40+ Jordania Jordania 0 287 700 1914 2 077
40+ Singapore Singapore 628 1 459
40+ Sri Lanka Sri Lanka 800 1 450
40+ Dominikaaninen tasavalta Dominikaaninen tasavalta 735 1 423
40+ Viro Viro 32 520 1 326
40+ Kazakstan Kazakstan 5 57 209 1146 1 222
40+ Suomi Suomi 11 39 140 591 1 203
40+ Marokko Marokko 40 202 735 854 951
40+ Norja Norja 13 27 68 321 782
Yhteensä Koko maailma 179 742 295 664 486 085 1 061 632 1 866 306

Oheinen taulukko kuvaa asennetun aurinkoenergian tuotannon kapasiteetin kehitystä viime vuosina. Taulukossa on esitetty 30 suurimman aurinkoenergian tuotannon asennetun kapasiteetin maata vuoden 2022 lopun tilanteen mukaan. Vertailun vuoksi mukana on myös Suomi ja joitain muita valtioita.[14] Merkillepantavaa on, että vaikka mantereena Afrikalla on maailman suurin aurinkoenergiapotentiaali, ja monessa Afrikan maassa suuri osa kotitalouksista on vielä vailla sähköä, aurinkoenergian hyödyntäminen on vielä hyvin vähäistä.[14] Aurinkoenergia vaatii merkittävän alkuinvestoinnin, mikä on ollut yksi keskeinen hidaste aurinkoenergian käyttöönotolle. Aurinkoenergian kannattavuuteen vaikuttaa aurinkosähkön tuotannon kapasiteetin lisäksi myös paikallinen sähkönhinta. Näin ollen aurinkoenergia on tullut kannattavaksi jopa pohjoisissa oloissa kuten Ruotsissa ennen Kreikkaa. [18]

Suomen aurinkoenergiatuotannon asennetun aurinkoenergiatuotantokapasiteetin kasvu on ollut suhteellisest merkittävää, mutta tosiasiallisesti, absoluuttisesti maailman kehitykseen nähden vähäistä vuosien 2014-2018 aikana.[19][16]

* Taulukossa "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]
Pääartikkeli: Aurinkoenergia Suomessa

Aurinkoenergian tuotanto perustuu valon määrään, joten Suomessa aurinkoenergian määrä on kesällä jopa suurempi kuin Keski-Euroopassa. Marras-helmikuussa aurinkoenergiaa Suomessa ei juuri saada talteen[20]. Alkukeväästä ja loppusyksystä aurinkoenergiaa on Suomessa saatavilla huomattavasti vähemmän kuin Keski-Euroopassa[21]. Käytännössä Suomessa aurinkoenergiaa on keskikesällä saatavilla reilusti enemmän kuin Keski-Euroopassa, mutta talvea kohden aurinkoenergian saatavuus romahtaa.[22] 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[23]. Auringosta paneelien avulla saatavan energian kokonaismäärä saattaa olla Keski-Eurooppaa korkeampi, koska useimpien paneelien teho on parempi Suomen kylmemmässä ilmastossa[23]. Vuositasolla hyödynnettävän aurinkosähkön määrää voi arvioida Suomen säteilykartan[24] avulla. Euroopan säteilykartan[25] avulla voi puolestaan arvioida miten Suomessa saatava aurinkoenergian määrä pärjää vertailussa esimerkiksi Välimeren rannikkoseutuihin nähden.

Koska kesäkuukausina Suomessa on pitkät päivät, aurinkoenergian tuotanto on pysyy korkeana ei vain suoraan etelään asennetuissa järjestelmissä mutta myös siitä poikkeavissa kulmissa aina idästä länteen. [26] Itään päin asennetut paneelit tuottavat sähkö erityisesti aamuisin ja länteen asennetut paneelit iltaisin, milloin on tyypillisesti merkittävimmät kotitalouksilla sähkönkulutus piikit ja tuotannolla on silloin tyypillisesti korkein arvo, mikä edistää näiden asennusten kannattavuutta. [27] Oulun yliopiston ohjeisti, että Oulussa paneelit kannattaa suunnata kaakkoon tai etelään. [28] Lumen vaikutus on tärkeä huomioida ja Oulussa pystysuoraan etelään asennetut paneelit eivät peittyneet lumen alle ja sen sijaan pystyivät hyötymään lumesta tulevista valon heijastuksista, niin tuotanto vastasi jopa kesäkuun tuotantoa. [28] Pohjoisissa oloissa erityisen korkeaan tuotantoon päästää pystyyn itä-länsi suuntaan asennetuilla kaksipuoleisilla paneeleilla.[27] Ne soveltuvat erinomaisesti myös maan kaksoiskäyttöön maanviljelyksen yhteydessä.[29]

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.[30] Aurinkolämpökeräimet toimivat korkeilla hyötysuhteilla, kun valon intensiteetti on riittävän suuri eivätkä lainkaan matalilla.[31] Näin ollen pohjoisissa oloissa ne soveltuvat hyvin esim. uima-altaan lämmitykseen kesäkuukausina, mutta eivät talvikauden lämmitystarpeisiin. Tyypillisesti pientalouksien aurinkosähköjärjestelmien takaisinmaksuaika on 24–32 vuotta.

Oulussa kyetään tuottamaan yhtä paljon aurinkosähköä kuin Pohjois-Saksassa.[32] Oulussa ja Tampereella aurinkopaneelien tuotot ovat käytännössä samat.[33]

  1. a b Aurinkoenergia Motiva. Arkistoitu 6.10.2014. Viitattu 21.10.2010.
  2. Kaisa Simola: Tutkijat: Aurinkoenergia jo halvempaa kuin ydinenergia tekniikka & Talous. 2010. Arkistoitu 16.8.2010. Viitattu 25.11.2017.
  3. Soili Semkina: Kohta aurinko on yhtä halpaa kuin öljy Tekniikka ja Talous. 2010. Arkistoitu 28.11.2010. Viitattu 25.11.2017.
  4. Pekka Pirilä: Energiatalous (sivut 12-13) Teknillinen korkeakoulu. Viitattu 14.9.2007.[vanhentunut linkki]
  5. Aurinkoenergia Energiateollisuus. Arkistoitu 6.7.2010. Viitattu 21.10.2010.
  6. Somerville, Richard: Historical Overview of Climate Change Science (PDF) (s. 93) ipcc.ch. Arkistoitu 26.11.2018. Viitattu 31.3.2014. (englanniksi)
  7. Lewis, Nathan S. & Nocera, Daniel G.: Powering the planet: Chemical challenges in solar energy utilization pnas.org. Viitattu 31.3.2014. (englanniksi)
  8. Global Exergy Resource Chart gcep.stanford.edu. Arkistoitu 10.10.2014. Viitattu 31.3.2014. (englanniksi)
  9. Maailman tehokkain aurinkopaneeli The Independent. Arkistoitu 29.6.2011. Viitattu 26.6.2011.
  10. Aurinkopaneeli, joka tuottaa energiaa - myös pimeässä Tekniikka & Talous. Arkistoitu 2.10.2011. Viitattu 13.6.2011.
  11. a b Coxworth, Ben: Experimental direct solar steam generation power plant opens in Spain Gizmag. 4.4.2011. Viitattu 18.11.2013. (englanniksi)
  12. João Gomes, Linkesh Diwan, Ricardo Bernardo, Björn Karlsson: Minimizing the Impact of Shading at Oblique Solar Angles in a Fully Enclosed Asymmetric Concentrating PVT Collector. Energy Procedia, 1.1.2014, 57. vsk, s. 2176–2185. doi:10.1016/j.egypro.2014.10.184 ISSN 1876-6102 Artikkelin verkkoversio.
  13. 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. Arkistoitu 20.4.2016. Viitattu 9.4.2016. (englanniksi),(ranskaksi),(espanjaksi)
  14. a b c d e f Renewable energy statistics 2023 Abu Dhabi: International Renewable Energy Agency, irena.org. Viitattu 22.10.2023. (englanniksi)
  15. a b c 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. Arkistoitu 24.8.2017. Viitattu 24.8.2017. (englanniksi),(ranskaksi),(espanjaksi)
  16. a b Renewable Energy Statistics 2019 (pdf) 6/2019. International Renewable Energy Agency, irena.org. ISBN 978-92-9260-137-9 Viitattu 4.1.2019. (englanniksi)
  17. a b c Renewable energy statistics 2025 (s. 40-43) 2025. Abu Dhabi: International Renewable Energy Agency, irena.org. ISBN 978-92-9260-675-6 Viitattu 16.9.2025. (englanniksi)
  18. Deutsche Bank report: Solar grid parity in a low oil price era www.db.com. Viitattu 24.11.2025. (englanniksi)
  19. Kotien aurinkosähkö nyt kovassa kasvussa – Uudellamaalla jo yli 260 voimalaa yle.fi. Viitattu 11.4.2016.
  20. Vuokraa oma aurinkopaneeli www.helen.fi. Viitattu 25.11.2018.
  21. Auringonsäteilyn määrä Suomessa www.motiva.fi. 12.5.2014. Arkistoitu 26.5.2016. Viitattu 5.1.2017.
  22. http://www.motiva.fi/toimialueet/uusiutuva_energia/aurinkoenergia/aurinkosahko/aurinkosahkon_perusteet/auringonsateilyn_maara_suomessa (Arkistoitu – Internet Archive)
  23. a b Aurinkoenergia Suomessa Tekniikka & Talous. Arkistoitu 18.11.2011. Viitattu 13.6.2011.
  24. Global irradiation and solar electricity potentia (pdf) Joint Research Centre, jrc.ec.europa.eu. Viitattu 11.7.2016. (englanniksi)
  25. Photovoltaic Solar Electricity Potential in European Countries Joint Research Centre, jrc.ec.europa.eu. Viitattu 11.7.2016. (englanniksi)
  26. S. Jouttijärvi, L. Karttunen, S. Ranta, K. Miettunen: Techno-economic analysis on optimizing the value of photovoltaic electricity in a high-latitude location. Applied Energy, 1.5.2024, 361. vsk, s. 122924. doi:10.1016/j.apenergy.2024.122924 ISSN 0306-2619 Artikkelin verkkoversio.
  27. a b Tutkimus: Omien aurinkopaneeleiden tuottama sähkö kannattaa käyttää itse Ilta-Sanomat. 8.3.2024. Viitattu 24.11.2025.
  28. a b Asensitko aurinkopaneelisi oikeaan kulmaan? Pohjoisessa paras vuosituotto on loivalla, kaakkoon suunnatulla paneelilla Yle Uutiset. 28.2.2025. Viitattu 24.11.2025.
  29. New research from Finland shows how spacing between solar modules plays a key role in determing power, crop yield The scientists found that, At a Separation of 8 M, Crops Received at Least 75% of Irradiation, which is expected to result in minimal impact compared with an unshaded scenario Emiliano Bellini: Vertical bifacial agrivoltaics feasible at high latitudes with 8-meter row spacing pv magazine International. 13.11.2025. Viitattu 24.11.2025. (englanniksi)
  30. 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.
  31. João Gomes, Linkesh Diwan, Ricardo Bernardo, Björn Karlsson: Minimizing the Impact of Shading at Oblique Solar Angles in a Fully Enclosed Asymmetric Concentrating PVT Collector. Energy Procedia, 1.1.2014, 57. vsk, s. 2176–2185. doi:10.1016/j.egypro.2014.10.184 ISSN 1876-6102 Artikkelin verkkoversio.
  32. http://yle.fi/uutiset/oulussa_auringosta_saa_saman_verran_sahkoa_kuin_pohjois-saksassa/7753575
  33. http://www.ouka.fi/c/document_library/get_file?uuid=62f76a49-d36b-436c-82b7-e16ade406a04&groupId=139863

Aiheesta muualla

[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]