Aurinkoenergia

Aurinkosähköjärjestelmään kuuluvat aurinkopaneelit, telineet, kaapelit, invertteri ja turvakytkimet. Aurinkopaneelit kiinnitetään aurinkopaneeleita varten suunniteltuihin telineisiin sopivaan suuntaan ja kaltevuuteen aurinkoon nähden. Auringon säteistä aurinkopaneelin sisältämät aurinkokennot alkavat tuottamaan sähköenergiaa, joka viedään kaapeleita pitkin invertterille. 

Invertteri valvoo ja optimoi aurinkopaneeleiden tuottoa ja muuntaa aurinkopaneeleiden keräämän tasavirran vaihtovirraksi. Invertterin muuntama vaihtovirta on samaa sähköä kuin sähköyhtiöltä ostettu sähkö. Itse tuotettua aurinkoenergiaa voi käyttää samaan tapaan kuin sähköyhtiöltä ostettua sähköä, esimerkiksi kodinkoneisiin, sähköauton lataamiseen, sekä kodin ja käyttöveden lämmitykseen.

Suurin osa kiinteistöistä soveltuu aurinkosähkön tuottamiseen. Aurinkopaneelit kannattaa sijoittaa mahdollisimman aurinkoiselle paikalle hyväkuntoiselle katolle. Suunnittelukäynnillä kartoitetaan tuottopotentiaali, aurinkopaneeleiden sopiva määrä ja optimaalinen asennuspaikka.

Aurinkopaneelit nostavat jo itsessään kiinteistön arvoa laskemalla käyttökustannuksia ja parantamalla olennaisesti energiatehokkuutta. Aurinkosähköjärjestelmän tuotto voidaan laskea jakamalla aurinkopaneeleiden vuodessa tuottama sähkö aurinkosähköjärjestelmän hinnalla. 

Yksi kilowattipiikki tuottaa noin 800kWh sähköä. Esimerkiksi kymmenen 430W aurinkopaneelia tuottaa keskimäärin vuodessa 3440kWh sähköä.

Itse käytetyn aurinkosähkön määrä vaikuttaa vuosituottoon, sillä omasta aurinkoenergiasta ei tarvitse maksaa sähköveroa tai sähkön siirtomaksuja, jotka muodostavat sähkölaskusta yli 50 %. Itse käytetyn sähkön osalta tuotto on siten yli kaksinkertainen myytyyn sähköön verrattuna.

Pörssisähkösopimuksella oman sähkönkulutuksen optimoinnilla on mahdollisuus parantaa aurinkosähköjärjestelmän tuottoa huomattavasti. Ostamalla yöllä sähköä halvalla ja myymällä omaa aurinkosähköä päivällä voikin käydä niin, että kuukauden sähkölaskun saa pudotettua nollaan tai jopa negatiiviseksi, jolloin sähkölaskun saapumista voi odotella aina hymyissä suin.

Aurinkosähkö on samaa vaihtovirtasähköä kuin isoista voimalaitoksista tuleva sähkö. Itse tuotettua aurinkoenergiaa voi siis käyttää aivan kuten sähköyhtiöltä ostettua sähköä, kuten kodinkoneisiin, sähköauton lataamiseen sekä kodin ja käyttöveden lämmitykseen.

Keskimäärin aurinkosähköjärjestelmän yksi kilowattipiikki (kWp) tuottaa vuodessa 800 kWh sähköä. Aurinkovoimalan kilowattipiikit saa kertomalla paneeleiden tehon paneeleiden määrällä. Esim. 10 kpl x 430 Wp aurinkopaneeleita = 4300 Wp = 4,3 kWp. Tämän 4,3 kWp aurinkovoimalan keskimääräinen sähköntuotanto on 4,3 x 800 kWh = 3440 kWh vuodessa. Tuottolaskelmaa on mahdotonta laskea täysin tarkasti, sillä toteutumaan vaikuttaa mm. aurinkopaneeleiden suuntaus, kallistus, varjot ja sää.

Ennen aurinkopaneeleiden kytkemistä tehdään sähköyhtiön kanssa sopimus ylijäämäsähkön myynnistä. Jos aurinkopaneelit tuottavat yli oman kulutuksen, sähköyhtiö ostaa ylituotannon ja hyvittää sähkön hinnan seuraavalla sähkölaskulla. Parhaimmillaan voi käydä niin, että sähkölasku on miinusmerkkinen eli sähköyhtiön hyvitys on suurempi kuin ostettu sähkö. Myytävästä ylituotantosähköstä ei tarvitse maksaa siirtomaksua tai veroa.

Wp = wattipiikki, maksimiteho watteina

kWp = kilowattipiikki, maksimiteho kilowatteina (=1000 Wp)

kWh = kilowattitunti, mittayksikkö, sähkön määrä tunnin aikana. Käytetään ilmaisemaan kuinka monta kilowattituntia on keskimäärin tuotettu tai kulutettu. Tunnin 5 kW -teholla käyvän aurinkosähköjärjestelmän energiantuotanto on 5 kWh.

DC = Direct Current eli tasavirta, yhteen suuntaan kulkeva virta, joka kulkee aurinkopaneeleilta invertterille.

AC = Alternatic Current eli vaihtovirta. Kotitalouden sähköpistokkeista saatava verkkovirta. Invertteri muuttaa aurinkopaneeleista saatavan tasavirran vaihtovirraksi.

Aurinkopaneeleita voi vertailla tehon, hinnan ja valmistajan perusteella. Aurinkopaneelin teho on usein ilmoitettu watteina, esim. 430W. Hintavertailua voi tehdä jakamalla aurinkovoimalan kokonaishinnan aurinkovoimalan teholla (€/KWp). 

Teho vanhan ja uuden aurinkopaneelin välillä voi vaihdella paljon. Uudemmilla ja tehokkaammilla aurinkopaneeleilla saadaan samalla aurinkopaneelien määrällä tuotettua enemmän energiaa, tai vaihtoehtoisesti sama määrä energiaa vähemmällä määrällä aurinkopaneeleita. Esimerkiksi jos 10 kpl 380W aurinkopaneeleita ja 9 kpl 430W uudempaa aurinkopaneeleita maksavat saman verran, on kannattavampaa valita uudemmat aurinkopaneelit.

Aurinkopaneelin pääkomponentit ovat aurinkokennot, takakalvo, lasi ja kehys Aurinkopaneelin kehyksen paksuus vaihtelee 30–50 mm välillä. Aurinkopaneelit kiinnitetään telineisiin kehyksestä. Aurinkopaneeleiden on läpäistävä samat kestävyystestit, joten ohuempi kehys kertoo vahvempien materiaalien käytöstä. Aurinkopaneelit kiinnitetään
telineisiin neljästä kohtaa aurinkopaneelin pitkältä sivulta vankistaen rakennetta
pituussuunnassa. Leveä aurinkopaneeli asettaa korkeammat vaatimukset aurinkopaneelin kehykselle, jolloin niissä kehys on usein paksumpi ja kapeissa aurinkopaneeleissa kehys on ohuempi.

Lasi suojaa aurinkokennoja mekaaniselta rasitukselta ja lialta, kuten lumelta ja pölyltä. Lasi on pinnaltaan hieman epätasainen, jotta auringonsäteet osuisivat aurinkokennoihin myös sivusuunnilta.

Aurinkopaneeli tuottaa energiaa aurinkokennoista. Yhdessä aurinkopaneelissa on satoja toisiinsa kytkettyjä aurinkokennoja. Aurinkokennot valmistetaan piikivestä. Piikiven tyyppi voi olla joko yksitikeinen (mono) tai monikiteinen (poly). Ero yksikiteisen ja monikiteisen piikennon välillä voidaan havaita helposti, sillä yksikiteisen piin pinta on tasainen ja musta, kun taas monikiteisen piikennon pinta on epätasainen ja sinertävä. Yksikiteisen piikennon valmistuksessa syntyvästä hionta- ja leikkuujätteestä voidaan valmistaa monikiteistä piitä.

Monikiteisen piikennon valmistusprosessissa muodostuu kidevirheitä, joka pienentää kennon hyötysuhdetta, mutta toisaalta parantaa auringon hajasäteilystä saatavaa tuottoa. Suomessa kumpikin piikidetyyppi tuottaa suunnilleen saman verran aurinkoenergiaa. Monikidepii on hieman halvempi valmistusmenetelmä, mutta yksikiteisen aurinkokennon teho on korkeampi. Uusin aurinkokennon valmistustapa on shingle-kennoiksi, jossa aurinkokennot ovat kooltaan pienempiä ja limitetty hieman toistensa päälle. Shingle mahdollistaa aurinkopaneelin pinta-alan tehokkaamman käytön, minkä johdosta samalta pinta-alalta saadaan tuotettua enemmän energiaa. Pienet shingle-kennot kestävät tavallisia aurinkokennoja paremmin mikromurtumia.

Takakalvo voi olla värillinen, läpinäkyvä tai jopa lasinen. Läpinäkyvä kalvo tai takalasi päästävät valoa läpi myös aurinkopaneelin takapuolelta, mistä voi olla etua maa-asennuksessa. Katolla kalvon läpinäkyvyydellä ei ole merkitystä, sillä etenkin lasi nostaa aurinkopaneelin valmistuskustannuksia tarpeettomasti. Kattoasennuksessa tuotto saadaan aurinkopaneelin päältä.

Aurinkopaneelit rakennetaan aurinkokennoista, joiden energian tuotantokyky pysyy miltei samana 30 vuotta. Tämän jälkeen aurinkokennojen energian tuotantokyky hiipuu ja aurinkopaneelit voi kierrättää ja vaihtaa uusiin. Kierrätettävistä aurinkopaneeleista löytyy PV-Cycle -tunnus. Aurinkopaneelit hyvittävät tuottamallaan energialla niiden valmistukseen käytetyn hiilijalanjäljen jo kahden ensimmäisen vuoden aikana.

Tuotetakuu ja tehdastakuu tarkoittavat samaa asiaa ja takaavat aurinkopaneelin valmistusvirheet ja kestävyyden. Tuotetakuut vaihtelevat aurinkopaneelien valmistajista riippuen 10–30 vuoden välillä. Uudemmissa aurinkopaneeleissa on paranneltuja rakenneratkaisuja, jolloin uusien aurinkopaneeleiden tuotetakuu on tyypillisesti pidempi kuin vanhemmissa aurinkopaneeleissa.

Tehotakuu takaa aurinkokennojen suorituskyvyn standardiolosuhteissa mitattuna 25 vuoden päästä. Testi on sama kaikille valmistajille, jolla varmistetaan aurinkokennojen kestävyys laitteiston elinkaaren aikana. Testin läpäisy on edellytys Euroopan markkinoilla, joten kaikista myytävistä paneeleista löytyy 25 vuoden tehotakuu.

Aurinkopaneeleita vertailtaessa on hyvä tarkistaa, että tuote- ja tehotakuu ovat saman pituiset. 25 vuotta pidemmällä tuotetakuulla ei ole olennaista merkitystä, jos tehotakuu on 25 vuotta.

Aurinkopaneeleiden tehoissa on suuria eroja, joten esimerkiksi kymmenen aurinkopaneelin järjestelmä tehokkaita aurinkopaneeleita voi tuottaa saman verran kuin 14 vanhaa aurinkopaneelia. Aurinkopaneeleiden yhteenlaskettu teho ja siitä maksettava hinta on ratkaiseva vertailutekijä. Aurinkovoimalan voi mitoittaa omaan sähkönkulutukseen sopivaksi tai vaihtoehtoisesti sähkön myyntiä silmällä pitäen reippaasti yli oman sähkönkulutuksen.

Aurinkopaneelit asennetaan aurinkopaneeleita varten suunniteltuihin telineisiin joko katolle, seinälle tai maahan. Katolle asennettuna aurinkopaneeleilla on optimaalinen kaltevuus aurinkoon nähden, lisäksi korkealle asennuspaikalle osuu harvemmin varjoja. Telineiltä tuodaan aurinkopaneeleiden keräämä energia kaapeleita pitkin invertterin kautta sähkökeskukseen.

Invertteri on koko aurinkosähköjärjestelmän aivot ja samalla kallein yksittäinen komponentti, joka valvoo ja optimoi aurinkopaneeleiden toimintaa. Uudemmissa inverttereissä on kehittyneempi MPPT-algoritmi, selkeämpi käyttöliittymä ja kestävämpi rakenne. Samasta invertterimallista on usein valittavana eri teholuokkia, joista olennaisimpana erona on invertterin maksimi AC-teho. 

Maksimi AC-teho: Suurin mahdollinen aurinkopaneeleista saatava teho, jonka invertteri pystyy käsittelemään. Invertterin maksimiteho mitoitetaan aurinkopaneeleiden tehon ja määrän mukaan. Maksimiteho on usein mainittu invertterissä.

Käynnistysjännite (V): Kertoo millä jännitteellä aurinkosähköjärjestelmä herää aamulla henkiin ja alkaa tuottamaan aurinkoenergiaa. SofarSolarin inverttereissä on kaikissa kokoluokissa sama 160 V käynnistysjännite, joka saavutetaan kuudella 430 W Hyundain aurinkopaneelilla.

MPPT (Maximum Power Point Tracking) on älykäs säätöjärjestelmä, joka tarkkailee aurinkopaneeleiden ominaisuuksia aktiivisesti ja optimoi toimintajännitettä parhaan hyötysuhteen saavuttamiseksi. Esimerkiksi jos osa paneeleista on varjossa ja yhteenlaskettu jännite pienenee, MPPT-algoritmi laskee koko aurinkovoimalalle parhaan hyötysuhteen ja optimoi sähköntuotannon auringossa oleville aurinkopaneeleille.

Inverttereistä löytyy usein kaksi MPPT-porttia, joihin voidaan kytkeä itsenäisiä aurinkopaneelikenttiä. Esimerkiksi kahden kattolappeen asennuksessa kummankin kattolappeen paneelit kytketään omiin MPPT-portteihin. Aurinkovoimalan hyötysuhde kasvaa ja MPPT antaa paremman kokonaistuoton aurinkovoimalalle. Uusissa SofarSolar G3 -inverttereissä on kehittynyt MPPT-algoritmi, joka parantaa aurinkopaneeleiden vuosituottoa muutamia prosentteja vanhoihin invertterimalleihin verrattuna.

Mikroinverttereiden toimintaperiaatteena on ohjata aurinkovoimalan toimintaa pienempinä 1-4 aurinkopaneelin yksikköinä. Mikroinvertterit nostavat aurinkovoimalan kokonaiskustannuksia. Aurinkopaneeleiden tehojen kasvaessa ja perinteisten inverttereiden MPPT-säätimien kehittyessä mikroinverttereiden käyttö on vähentynyt.

Inverttereitä voi vertailla ominaisuuksien, hinnan, tuotetakuun ja hyötysuhteen perusteella. Invertterin valintaa voi verrata tietokoneen hankintaan. 10 vuotta sitten kehitettyä invertteriä ei kannata enää ostaa. Ominaisuuksista tärkeimpiä ovat maksimi AC-teho, käynnistysjännite ja hyötysuhde. Uusi, oikein mitoitettu ja hyvillä ominaisuuksilla varustettu invertteri on varma valinta. Jos invertteri asennetaan sisätiloihin, kannattaa valita hiljainen invertteri ilman tuulettimia.

Telineet pitävät aurinkopaneelit kiinni katolla tuulessa ja tuiskeessa. Ulkomailla valmistetuissa telineissä on hyvä huomioida telineiden ja aurinkopaneelikiinnikkeiden soveltuvuus pohjoisiin kattotyyppeihin ja ilmasto-olosuhteisiin. Suomessa aurinkosähköjärjestelmien asennukseen käytetään tästä syystä pääosin kotimaisia telineitä. Nordic Sun valmistaa Suomessa hyväksi havaittuja kattokiinnitysjärjestelmiä, joissa on erikseen omat kattokiinnikkeet jokaiselle kattotyypille.

Aurinkosähköjärjestelmään kuuluu olennaisena osana turvakytkimet, joita tulee jokaiseen aurinkovoimalaan vähintään yksi. Turvakytkin tarvitaan katkaisemaan virta invertterin ja sähkökeskuksen väliltä (AC-turvakytkin). Turvakytkimet on asennettava lukitsemattomaan ja helposti löydettävään paikkaan huoltotöitä varten.

Aurinkosähköjärjestelmän mitoituksessa huomioidaan aurinkopaneeleiden tarvitsema tila, kiinteistön sähkönkulutus, tavoiteltu tuotto, suuntaus, kallistus ja varjot. Ammattilainen osaa katsoa reitit aurinkosähkökaapeleille, sopivan sijainnin invertterille ja tarvittaessa sijoittaa aurinkopaneelit useampaan eri kenttään. Katolla tulee huomioida varjostavat läpiviennit ja kattoturvatuotteet. Lumiesteisiin tulee jättää tilaa 30–50 cm katon kallistuskulmasta riippuen ja joskus lumiesteet tulee poistaa aurinkopaneeleiden tieltä kokonaan. Aurinkopaneelit voi asentaa pystyyn tai vaakaan, mutta vaaka-asennuksessa telineitä tarvitaan enemmän.

Aurinkopaneeleiden suuntauksella on merkitystä tuotannon ajoittumiseen. Itään suunnatuilla aurinkopaneeleilla saadaan sähköä aikaisin aamulla, kun taas länteen suunnatuilla paneeleilla tuotanto painottuu iltaan. Paras ilmansuunta on etelään, jolloin tuotantoa saadaan tasaisesti päivän aikana. Asennuspaikkojen mahdollistaessa aurinkopaneeleiden tuotantoa voi optimoida suuntaamalla aurinkopaneelit oman kulutuksen mukaan. Jos oma kulutus on suurinta ilta-aikaan, kannattaa aurinkopaneelit silloin suunnata länteen.

Kallistuskulma vaikuttaa vuosituotannon jakautumiseen. Optimaalinen kallistuskulma on 30 ja 60 asteen välillä, joka toteutuu usein tavallisella omakotitalon katolla. Maahan asennettaessa aurinkopaneelit kiinnitetään telineisiin, jotka mukailevat katon kallistuskulmaa. Loiva kallistuskulma tuottaa energiaa enemmän kesällä. Jyrkällä katolla tuotanto on tasaisempaa ja ajoittuu myös talviaikaan. Kaikilla kallistuskulmilla on omat etunsa: loivalla katolla kesän tuottolukemat ovat ihanteelliset ja jyrkällä katolla aurinkoenergiaa tuotetaan vuoden aikana tasaisemmin.

Varjostusten vaikutus aurinkoenergian tuottoon johtuu aurinkopaneelin sisäisistä kytkennöistä. Pieni varjostuma heikentää aurinkopaneelissa kiertävän sähkön määrää ja suuri varjostuma voi pudottaa jännitteen kokonaan. Uusimmat aurinkopaneelit on varustettu ohitusdiodeilla, jotka aktivoituessaan ohjaavat sähkön kiertämään varjon ja virtaamaan toista reittiä. Myös aurinkopaneelin teholla on merkitystä varjostumien vaikutukseen. Tehokas aurinkopaneeli sietää paremmin varjoja, kun yhden paneelin sisällä kiertää enemmän virtaa ja jännite pysyy korkealla varjostumista huolimatta.

Laajennusta pohdittaessa on hyvä huomioida hinta, invertterin laajennusvara ja takuut. Aurinkosähköjärjestelmän hinta on aina edullisempi, kun hankitaan koko aurinkosähköjärjestelmä yhdellä kertaa. Aurinkopaneeleita on mahdollisuus lisätä myös jälkikäteen, kunhan invertterin kapasiteetti riittää suuremmalle määrälle aurinkopaneeleita. 

Ensimmäistä aurinkosähköjärjestelmää hankittaessa pohditaan usein isomman ja samalla kalliimman invertterin valintaa. Laajennusvara ei ole kannattavaa, jos laajentaminen ei toteudukaan tai aurinkosähköjärjestelmän laajentaminen aiotaan tehdä vasta useiden vuosien päästä ensimmäisten aurinkopaneeleiden hankinnasta. 

Jos laajennus hankitaan toiselta asennusliikkeeltä, ensin asennettujen aurinkopaneeleiden asennustakuu raukeaa. Tästä syystä laajennusta tekevän asennusliikkeen on otettava vastuu myös ensimmäisestä aurinkosähköjärjestelmästä, joten laajennuksen hinta on suurempi.