Aurinkosähkö (PV) — määritelmä, toiminta, paneelit ja asennukset
Aurinkosähkö (PV) tarkoittaa aurinkoenergiaa sähköksi muuttavaa teknologiaa: aurinkokennot muuntavat auringon säteilyä tai aurinkoenergiaa tasavirtaiseksi sähköksi. Viime vuosina Uusiutuvien energialähteiden kysyntä on kasvanut nopeasti, aurinkokennojen valmistustekniikat ovat kehittyneet ja kustannukset ovat laskeneet huomattavasti, mikä on tehnyt aurinkosähköstä laajasti kilpailukykyisen energiaratkaisun niin kotitalouksille kuin teollisuudelle.
Aurinkosähkön asennukset ovat lisääntyneet voimakkaasti: pienestä alkamisesta nopeasti se on kasvanut satoihin gigawatteihin ja nykyään maailmanlaajuinen asennettu kapasiteetti on yli 1 000 GW (yli 1 TW). Aurinkosähköä käytetään yli 100 maassa. Asennukset voivat olla maahan asennettuja (kenttäpuistot; joskus integroituna maanviljelyyn tai laiduntamiseen) tai rakennuksiin integroituna, esimerkiksi katolle tai julkisivuun.
Kuinka aurinkopaneelit toimivat
Aurinkopaneelit perustuvat fotoelektriseen ilmiöön: puolijohdemateriaaleista (yleisimmin pii) valmistetut kennot absorboivat fotoneja ja syntyneet elektronit muodostavat sähkövirran. Kennot tuottavat alun perin tasavirtaa (DC), joka muutetaan kotitalouksien ja verkon käyttöön sopivaksi vaihtovirraksi (AC) invertterin avulla.
Paneelityypit ja tärkeimmät komponentit
- Monikiteinen (monocrystalline): korkea hyötysuhde ja hyvä suorituskyky tiiviissä tilassa.
- Monikiteinen (polycrystalline): yleensä edullisempi, hieman matalampi hyötysuhde.
- Ohutkalvoteknologiat (kaasu- tai orgaaniset kalvot): joustavia ja kevyempiä, mutta alhaisempi hyötysuhde tietyissä olosuhteissa.
- Inverterit: muuttavat paneelien tuottaman DC:n AC:ksi; vaihtoehtoja ovat keskus-, string- ja mikroinvertterit sekä hybridit, joissa on lataussäädin akuille.
- Kiinnikkeet ja rakenne: kattokiinnikkeet, maakiinnikkeet ja seurantalaitteet (tracker), jotka parantavat tuotantoa seuraamalla auringon kulkua.
- Akkuratkaisut: litium‑ioni- ja muut akut mahdollistavat varastoinnin yöllä tai pilvisinä aikoina käytettäväksi.
Suorituskykyyn vaikuttavat tekijät
- Suunta ja kallistus: pohjoisella pallonpuoliskolla etelään suuntaus on yleensä paras; optimaalinen kallistus riippuu sijainnin leveysasteesta.
- Varjostus: pienikin varjo voi pudottaa järjestelmän tuottoa merkittävästi, erityisesti jos paneelit on sarjassa ilman mikroenintegrejä.
- Lämpötila: erittäin korkea paneelin lämpötila heikentää tehokkuutta; paneelien jäähdytys ja ilmaväli asennuksessa auttavat.
- Puhdistus ja huolto: pöly, lehdet ja linnut vähentävät tuotantoa — kevyt pesu tarpeen ajoittain.
Asennus, verkkoon liittäminen ja lupa-asiat
Asennuksen voi yleensä tehdä valtuutettu asentaja. Kotitalouksien järjestelmissä tarvitaan usein paikallisen sähköverkon hyväksyntä ja mahdollisesti rakennus- tai toimenpidelupa riippuen paikkakunnasta ja asennustavasta. Verkkoon liitettäessä kannattaa selvittää netotus-, syöttötariffi- tai älykkään mittaroinnin käytännöt ja maakohtaiset tukijärjestelmät.
Kustannukset, takaisinmaksu ja kannattavuus
Aurinkosähkön kannattavuuteen vaikuttavat paneelien ja invertterin hankintahinta, asennuskustannukset, järjestelmän tuotto paikallisissa olosuhteissa, sähkön hinta sekä mahdolliset tuet ja verokannustimet. Monissa maissa kotitalousjärjestelmät maksavat itsensä takaisin yleensä muutamissa vuosissa — takaisinmaksuaika riippuu paikallisesta sähkön hinnasta ja tuesta.
Kestävyys ja ympäristövaikutukset
Aurinkosähkö vähentää hiilidioksidipäästöjä käyttövaiheessa verrattuna fossiilisiin polttoaineisiin. Paneelien valmistuksessa käytetään kuitenkin energiaa ja raaka-aineita; moderneilla tuotantomenetelmillä ja kierrätyksellä energian takaisinmaksuaika on tyypillisesti vain muutamia vuosia ja elinkaarivaikutus on edelleen merkittävästi alhaisempi kuin useimmilla fossiilisilla vaihtoehdoilla. Paneelien ja akkujen kierrätys on kasvava teema, ja lainsäädäntö sekä kierrätysratkaisut kehittyvät jatkuvasti.
Yleisiä käytännön vinkkejä
- Tarkista katon kunto ennen asennusta — kattoremontti kannattaa tehdä ennen paneelien asennusta.
- Valitse luotettava asentaja ja pyydä useampi tarjous sekä järjestelmäkatselmus.
- Harkitse akkuvarastoa, jos haluat riippumattomuutta verkosta tai parempaa itsekulutusta.
- Seuraa tuotantoa ja huolla järjestelmää säännöllisesti – monet inverterit tarjoavat etävalvonnan.
Aurinkosähkö on teknisesti kypsä ja nopeasti kehittyvä energiaratkaisu, joka sopii sekä pieneen kotitalouskäyttöön että suuriin maapuistoihin. Kun suunnittelu, suuntaus ja varjostuksen minimointi tehdään oikein, aurinkosähkö voi tarjota pitkäikäisen, edullisen ja ympäristöystävällisen energianlähteen.
Aurinkosähköjärjestelmä "puu" Steiermarkissa, Itävallassa
Nellis Solar Power Plant Nellis Air Force Base -lentotukikohdassa Yhdysvalloissa. Nämä paneelit seuraavat aurinkoa yhdellä akselilla.
Paneelit
Aurinkosähköpaneeleissa on useita eri jännitteitä. Yleisimpiä ovat 12 voltin, 24 voltin ja 48 voltin jännitteet. Kuten akut, myös useat aurinkopaneelit voidaan liittää toisiinsa korkeamman jännitteen tuottamiseksi, esimerkiksi kaksi 48 voltin paneelia yhteen kytkettynä tuottaa 96 volttia. Järjestelmän invertteri, akut ja aurinkopaneelit ovat yleensä kaikki saman jännitteen omaavia. Korkeamman jännitteen järjestelmän etuna on, että käytetään ohuempaa johtoa, joka on edullisempaa ja helpompi vetää putkiston läpi. Korkeamman jännitteen asennuksen haittapuolena on se, että sähköisku ja valokaarialtistukset aiheuttavat suuremman vaaran, joten yli 48 voltin asennuksia on yleensä vain aurinkovoimaloissa tai kaupallisissa rakennuksissa.
Aurinkosähköasennukseen kuuluu yleensä aurinkopaneelien sarja, invertteri, ladattavat akut (yökäyttöön), latauksenohjain (laite, joka estää akkuja latautumasta liikaa), kaksi GFCI-virtakatkaisijaa (toinen ennen invertteriä ja toinen sen jälkeen) sekä liitäntäkaapelit. Joskus invertterin jälkeen on myös muuntaja, joka voi syöttää virtaa 240 voltin suurille laitteille, kuten pyykinkuivaajalle tai uunille. Muuntaja on usein osa invertteriä, eikä sitä näe. Kaikki invertterin (tai muuntajan, jos sellainen on) jälkeen on asennettu kuten tavallisessa sähkölaitoksessa (katkaisijakeskus, valot, pistorasiat, kytkimet jne.). Jos muuntajaa ei ole, voidaan käyttää vain 120 voltin laitteita. Ilman muuntajaa olevat asennukset on merkittävä katkaisijakeskukseen, jotta tulevat sähköasentajat tietävät, että 240 voltin laitteita ei voida asentaa. Joissakin laitteistoissa on tasavirtavalaistus ja mahdollisesti tasavirtalaitteita. Tämän etuna on, että tasavirtakuormien osalta vältetään invertterin häviöt. Näissä laitteistoissa on erillinen tasavirtakytkinpaneeli, joka on kytketty ennen invertteriä. Turvallisuussyistä tasavirtajohtoja ei voi johtaa samassa kanavassa kuin vaihtovirtajohtoja, eikä tasavirtapistorasioihin saa kytkeä vaihtovirtapistoketta ja päinvastoin.
Maailman suurimmat aurinkosähkövoimalat (vanhentunut)
| Maailman suurimmat aurinkosähkövoimalat (vähintään 50 MW) | |||||
| Aurinkosähkövoimala | Maa | Sivuston koordinaatit |
| Tuotanto ( | Huomautukset ja viitteet |
| Topaz Solar Farm | YHDYSVALLAT | 35°23′N 120°4′W / 35.383°N 120.067°W | 500 | asennettu kapasiteetti kesäkuussa 2014. kohti lopullista kapasiteettia 550 MW | |
| Desert Sunlight Solar Farm | YHDYSVALLAT | 33°49′33″N 115°24′08″W / 33.82583°N 115.40222°W | 500 | Käyttöönotettu marraskuusta 2013 lähtien kohti lopullista kapasiteettia 550 MW. | |
| Longyangxia Dam -aurinkopuisto | Kiina | 36°07′20″N 100°55′06″E / 36.12222°N 100.91833°E | 320 | Valmistui joulukuussa 2013 | |
| Aurinkotähti I ja II | YHDYSVALLAT | 309 | Rakenteilla, valmistuessaan 579MW | ||
| California Valley Solar Ranch | YHDYSVALLAT | 35°20′N 119°55′W / 35.333°N 119.917°W | 292 | 399 | |
| Agua Calienten aurinkoenergiahanke | YHDYSVALLAT | 32°57.2′N 113°29.4′W / 32.9533°N 113.4900°W | 290 | 626 | valmistui huhtikuussa 2014 |
| Antelope Valley Solar Ranch | YHDYSVALLAT | 34°46′N 118°25′W / 34.767°N 118.417°W | 266 | 230 MWAC . On saanut valtion lainatakuun | |
| Charanka Solar Park | Intia | 23°54′N 71°12′E / 23.900°N 71.200°E | 224 | 17 rinnakkain sijoitettua voimalaitosta, joista suurin on 25 MW | |
| Mesquite Solar -hanke | YHDYSVALLAT | 33°20′N 112°55′W / 33.333°N 112.917°W | 207 | 413 | jopa 700 MW, kun se on valmis |
Aurinkosähkövoimalat
Lieberosen aurinkosähköpuisto.
.jpg)
Vepřekin aurinkopuisto.
Presidentti Barack Obama DeSoton seuraavan sukupolven aurinkoenergiakeskuksessa.
Aurinkokennot
Aurinkokenno tai aurinkokenno on laite, joka muuttaa valoenergian sähköksi. Aurinkosähkö tunnetaan parhaiten menetelmänä, jolla sähköä tuotetaan käyttämällä aurinkokennoja, jotka muuttavat auringon energian elektronivirraksi. Alexandre-Edmond Becquerel havaitsi aurinkosähköilmiön ensimmäisen kerran vuonna 1839. Eric Seale (11. heinäkuuta 2003). "Valosähköinen vaikutus". Arkistoitu alkuperäisestä 12. lokakuuta 2010. Haettu 24. toukokuuta 2012. Käytännöllisesti katsoen kaikki aurinkosähkölaitteet ovat jonkinlaisia fotodiodeja.
Aurinkokennoja voidaan käyttää työkalujen käyttövoimana tai akun lataamiseen. Aurinkosähköä käytettiin ensimmäisen kerran kiertävien satelliittien ja muiden avaruusalusten voimanlähteenä, mutta nykyään aurinkosähkömoduuleja käytetään useimmiten verkkoon kytkettyyn sähkön tuotantoon. Tällöin tarvitaan invertteriksi kutsuttua työkalua, joka muuntaa tasavirran vaihtovirraksi. Kennot on suojattava ympäristöltä, ja ne pakataan yleensä tiiviisti lasilevyn taakse. Kun tarvitaan enemmän tehoa kuin mitä yksittäinen kenno voi tuottaa, kennot liitetään sähköisesti yhteen aurinkosähkömoduuleiksi eli aurinkopaneeleiksi. Yksittäinen moduuli riittää hätäpuhelimen virransyöttöön, mutta taloa tai voimalaitosta varten moduulit on sijoitettava useampaan ryhmään.
Kysymyksiä ja vastauksia
K: Mitä on aurinkosähkö?
V: Aurinkosähkö (PV) on aurinkosähköä sisältäviä kennorakenteita, jotka muuttavat auringon säteilyn tai auringon energian tasavirtaiseksi sähköksi.
K: Miten aurinkokennojen ja aurinkosähköisten paneelien valmistus on kehittynyt viime vuosina?
V: Uusiutuvien energialähteiden kasvavan kysynnän vuoksi aurinkokennojen ja aurinkosähköjärjestelmien valmistus on viime vuosina edistynyt huomattavasti, ja kustannukset ovat laskeneet.
K: Kuinka paljon aurinkosähkökapasiteettia oli maailmanlaajuisesti vuoden 2013 lopussa?
V: Aurinkosähkövoiman maailmanlaajuinen kokonaiskapasiteetti oli 130 000 MW vuoden 2013 lopussa.
K: Kuinka monessa maassa aurinkosähköä käytetään?
V: Aurinkosähköä käytetään yli 100 maassa.
K: Missä aurinkosähköä voidaan asentaa?
V: Asennukset voidaan asentaa maahan (ja joskus integroida maanviljelyyn ja laiduntamiseen) tai rakentaa rakennuksen kattoon tai seiniin.
K: Millaista sähköä aurinkosähkö tuottaa?
V: Fotovolatiikka tuottaa tasavirtasähköä.
