Tiesitkö tämän

 Muuttuvat olosuhteet miten ne vaikuttavat aurinkossähköjärjestelmiin.

Uusituvat energiavarat ovat nyt saanet tuulta purjeisiin on siis herätty, että täällä on myös mahdollisuus ja tulevaisuus. Herää myös kysymys onko aurinkoenergia uusiutuvaa energiaa - mielestäni ei vaan tekniikka jolla sitä hallitaan tai hyödynnetään tehokkaasti. Kaikilla näillä toimenpiteillä on yhteinen tavoite tämän yhteisön hyvinvoinnin kasvattaminen ja turvaaminen.

 Ilmaston muutos näkyy jo 30 vuoden aikajaksolla

Käytännössä tiedossa olevat energian säteilymäärät ja saatavuus on vakio, ainut muutos joka nostaa aurinkoenergian uuteen näkökulmaan ilmastonmuutos. Miten aurinkoenergialla voimme edistää asetettuja tavoitteiden eteenpäin saattamisessa. Edelleen meidän tulee tiedostaa määrätyt tosiasiat ns. tiedossa olevat kemian fysiikan lait joissa ei ole tapahtunut vielä mahtavia mullistuksia tai uusia läpilyöntejä. Suurimmat muutokset ovat tapahtuneet teknisissä prosessissa eli tuotannossa.

Joku aika sitten kuningaskuluttajassa aurinko energian satavuutta pohdittiin jossa todettiin että, olemme vain 5 % yksikköä huonomassa tilanteessa kuin Saksan Rostockissa. Parhaat tulokset saavutetaan etelä - ja länsirannikolla jossa lumimäärät ovat talvella ehkä pienemmät kuin täällä kehitysalueella. Samalla on todettava että Saksan kaamos ei ole niin pitkä kuin meillä, että säteilymäärät tulee tasaisempana jaksona ja tuotto ja tarve kohtaa hiukan paremmalla hyötysuhteella.

                             

Mutta, mutta kun tuo ilmastonmuutos tulee myös tänne, tuskin rannikolla lumi kestää aurinkopaneelin pinnassa viikkosotalla.

Uuden tai käytössä olevan tiedon hyödyntämien on nyt meidän maassamme edennyt EU:n rahoitushankkeitten kautta. Eri korkeakoulut kisaavat keskenään kenellä maan suurin aurinkokenttä mutta samalla saamme luotettavaa perustietoa. Tosin tuntuu olevan hidasta tuo uuden ja todellisen tiedon julkaiseminen joillakin alueilla.

Jo 90 - luvulla tiedettiin että, paneelien hyötysuhteen kasvu tulee olemaan noin 1 % viidessä vuodessa ja silloin kaupallisten aurinkopaneelien hyötysuhde oli noin 12 %. Tieteellisiä saavutuksia saavutetaan mutta milloin ne ovat valmiita ns. kaupalliseen jakeluun on erittäin pitkä prosessi.  Aurinkoenergian hyödyntämisen esteenä ovat olleet kartellit, säännökset määräykset ja politiikka.

Maan pinnalle tuleva auringonsäteily

Maan pinnalle tuleva säteily vaimentuu matkalla kun läpäisee ilmakehän. Tämän vaikutus säteily intenssitteetin on noin 20 %.Maan pinnalle tuleva säteily on joko suoraa säteilyä tai hajasäteilyä.

Kirkkaana päivänä yleensä suora säteily on 80 -90 % säteilystä. Harvoin saavutamme yli 100 % arvon.

Ilmassa  AM   ( Air Massa)  on tärkeä tekijä kun määritellään aurinkopaneelien ( STC ) standardiolosuhteita jotka on ilmoitettu  AM 1,5

1 )  Ilmakehän ylärajaan kohdistuva säteily AM 0

2 ) Kun säteily kohdistuu suoraan maan pintaan  ( aurinkovyöhyke ) on AM 1

3  ( STC ) standardin mukainen ilmassa AM 1.5

Auringon säteily  keskiarvot 45 ° kulmassa eri paikkakunnilla vuositasolla

Etelä - Suomi säteily noin 1211 kWh / m²

Keski - Suomi sätelily noin  1127 kWh /m²

Pohjois - Suomi säteily noin 1032 kWh/m²

Aiemmin mitatut tulokset olivat ns 0 - tasolle  mutta aurinkoenergian hyödyntämisessä on järkevää käyttää kyseistä tietoa

Kuva. Auringon kokonaissäteilyenergian summa 45 asteen kulmassa etelään päin suunnatulle pinnalle, huomaa kWh/ m2

Laskelmissa tulee myös huomioida muutamat muuttuvat tekijät

Järjestelmän alueellinen sijaintipaikka    talvi olosuhteet lumen kerttymä eri rannikolla kuin sisämaassa

Paneelin sijoituspaikka ympäristön lämpötila ilman virtaukset rakennusten heijastumat

Paneeliin kohdistuvat aurinkotuntien määrä  suuret tehtaat ilmaan tulevat höyry ja saastepilvet, pilvien muutokset rannikkoseutu

Järjestelmän rakenne kokonaisuutena

Suunnittelijan melkoinen moka: Myös meillä on sorruttu samoihin suunitelijan mokiin, kun käytössä esim. Eun:n rahoitusta niin pistettään katto maksimaalisen täyteen aurinkopaneelia.

Muut muuttuvat tekijä  asennustapa energian siirto kokonaisuuden yhteen sopivuus, sekä energian todellinen hyödyntäminen.

Muuttuvat olosuhteet  käytännössä

Aurinkosähköjärjestelmän kaikki tuotteet testataan pääsääntöisesti  25 °C lämpötilassa, paneelit, säätimet, invertterit ja akut. Todellisuudessa meidän tulee mitoituksessa ja tuotevalikoimassa  huomioida muuttuvat olosuhteet, jotka meillä ovat talven kylmyys ja kesän helteet. Yksi olennainen tekijä on täyttääkö kaikki laiteet EN:n  normiston ja standardit ja myyjän tulee näiden tietojen perusteella valita tuotteet meidän olosuhteiden vaatimusten mukaisesti

Komponenttien kestävyys muuttuvissa olosuhteissa

Rakenteensa puolesta aurinkopaneeli kestää muuttuvat olosuhteet - 40 °C + 80 °C yleinen toleranssi, mutta riittääkö pelkkä CE hyväksyntä. Monelle se riittää. mutta meille ei lähtökohtana on EN 612515 standardi sisältää niitä vaatimuksia jotka tulevat vastaan muuttuvissa olosuhteissa. Yksi merkittävä testi on joka kohdistuu juuri lämpötilan muutoksiin, vanhenemistesti, korroosiotesti / suola, lasin kantavuustesti ( lumiolosuhteet ) iskunkestävyys tässä muutamia.

Energian tuotossa eniten tuottaa ongelmia säteilymäärien vaihtelu joka vuositasolla voi olla 40 % mihin ja miten se vaikuttaa. Virta arvo on aina riippuvainen saatavaan säteilyyn nähden ja siihen lämpötilan vaikutus on vain 0.03 %. Suurin vaikutus on jännitetasoon ja kerroin keskimäärin noin 0,35 % astetta kohden kun poikkeamme siitä 25 °C testausarvosta. Jännite laskee kun paneelin pintalämpötila nousee ja päinvastoin kun lämpötila laskee. Paneelin tuottama teho on jännite ( V ) x virta ( A ) joten siellä yleisin kerroin on 0,30 - 0,45 % muuttuvaa astetta kohden. ( Kyseinen kerroin kertoo ( TK Pmpp ) aika paljon paneelin teknisestä tasosta oletko kuullut sattumalta ? ) Huomaa yleensä etumerkki miinus tarkoittaa kun mennään korkeisiin lämpötiloihin. Meille ongelmia tuottaa kevät talvi kun jännitetaso ja kokonaisteho nousee yllättävän suuriksi. Tämä aiheuttaa laiterikkoja, lataussäätimissä ja verkko inverttereissä jotka on mitoitettu standardin mukaisilla tehoarvoilla.

 Lataussäätimelle on asetettu suurempia vaatimuksia standardien suhteen kuin aurinkopaneelille,  EN 61000-6-2: 1999, EN 55022:1994 EN 6033-1 ja EN 603335-2-29

Missä mennään ja mihin suuntaan

Kun seuraa missä mennään teorian ja käytännön kanssa niin on nähtävissä merkittäviä edistysaskeleita uteliaisuuteen kehittää ja hakea uusia sovellutuksia tai jatkaa oman näkemyksen ja tiedon varassa joka saattaa olla vuosikymmeniä vanhaa teoriaa.

Mikä on yksi selkeä asia - aurinkopaneelit on tehty muuttamaan auringon säteily sähköiseksi energiaksi. Tarkoitan tällä seuraavaa - kokonaisuus lähtee liikkeelle jo kaavoitusarkkitehdin pöydältä tulevaisuutta ajatellen. Myös jokaisessa kohteessa tulee miettiä miten saavutetaan energiatehokkain ratkaisu, kun nyt on menossa ns. kuuma buumi verkkoon syöttävien järjestelmien osa-alueella.

Mikä pahinta usein on esillä mitä on tehty, mutta milloin saamme rehellisen vastauksen missä tehtiin virheitä, jos et tee mitään ei synny virheitä, mutta eihän kaikkien tarvitse tehdä samoja virheitä.

Aurinkoenergian tuotto ja kulutus eivät kohtaa toisiaan.

Suomessa on tällä hetkellä noin 20 % energia vaje sähkön tuotannossa mikä on tosiasia. Tämä luo mahdollisuudet ottaa käyttöön niin tuuli kuin aurinkoenergian tuotantoa ylimenokauden ajaksi. Mutta kuten jo nyt olemme havainneet niin tulokset ovat jääneet minimaalisiksi kokonaisvajeen täyttämisen suhteen. Tämän talvisen kaamosajan vajeen täyttäminen tulee olemaan haastava tehtävä. Johtavat asiantuntijat puhuvat julkisuudessa, että otetaan mallia Saksanmaalta siellä on saavutettu aurinkoenergialla jo 50 % tuottoaste. Tämä pitää paikkansa mutta määrättynä aikajaksona, yhtenä aurinkoisena päivänä osa aurinkoenergian tuottamasta energiasta myytiin ulos miinus hinnalla. Myös lentävät lauseet että olemme tuottaneet aurinkoenergialla taloyhtiön vuoden sähkötarpeen, saattaa antaa vähän väärän kuvan.

Alueelliset olosuhteet poikkevat toisistaan

Tänään 22.01.2016 katsoin lämpömittaria - 28 C ja samalla netistä mitä on Frankfurtin lämpötila -3 C. Toinen merkittävä havainto oli että siellä päivän pituus on noin 2 tuntia pitempi. Olettaisin että auringon säteilymäärä on korkeampi koska myös säteilykulma on suurempi kuin meillä. Toisin sanoen olosuhteet eri alueilla poikkeavat toisistaan hyvin paljon. Kun meillä energian tarve suurin niin tuotto on minimissään vaikka meidän säteilymäärät poikkeavat vain 2 % Frankfurtin säteilymääristä. On myös muistettava että kaamosaika on pitkä ja pimeä sen turvaaminen uudella akkutekniikalla ei onnistu. Akku tekniikkaa voidaan hyödyntää vaan ns. hyvään paisteaikaan vuorokautisen tuoton tasaamiseen, siinä ollaan lähellä kannatavuus rajaa.

Onko opetusohjelmissa mahdollisuus säästöihin vai ei herättää kysymyksiä ja paljon puhetta eikö vaan.

Mielenkiinnolla olen seurannut oman toimialani etenemistä ja kehittymistä missä todella mennään. Mielestäni yhä useammissa oppilaitoksissa  kuten Ammattikorkeakouluissa tehdään Euroopan unionin / sosiaalirahaston kautta päällekkäisiä tutkintoja ja selvityksiä ja koelaitoksia.  Näin toimialalla toimineena herää monasti ajatus kuinka esitetyt ohjelmat perustuvat niin sanottuun epäolennaiseen teoriapohjaiseen tietoon ja vanhoihin olettamuksiin. Aurinkoenergian hyödyntämistä pidetään jo melkoisena rakettitieteenä.