Aurinkoenergia ja aurinkosähkö Suomessa

Aurinkoenergiaa Suomessa - LUT:n tasakattoaurinkovoimala

Vastoin yleistä kuvaa, Suomi vastaa Keski-Eurooppaa aurinkoenergian tuotannossa. Esimerkiksi Lappeenranta on Saksan Frankfurtin veroinen aurinkosähkön tuotantopotentiaaliltaan. Pimeitä talvia kompensoi valoisa kesä, jolloin aurinkoa riittää lähes vuorokauden ympäri.

"Suomen etuna on matala ympäristön lämpötila, joka parantaa aurinkokennojen hyötysuhdetta. Aurinkopaneelit toimivat sitä paremmin, mitä kylmempää on. Aurinkopaneelit kestävät myös lumikuormaa. Järjestelmän voi myös kytkeä sähköverkon rinnalle, ja laitteet ovat jo melko edullisia ja helppoja asentaa", kertoo LUT:n tutkijaopettaja Antti Kosonen.

Aurinkopaneelien hankkimisen ja asentamisen jälkeen aurinkoenergian tuottaminen on ilmaista: aurinkoa riittää, sen hyödyntäminen ei saastuta eikä sen tuottaminen synnytä melua. Etelä-Suomessa yhden hehtaarin suuruinen aurinkopaneeli vastaa sähköenergian tuotantopotentiaaliltaan noin 330 hehtaaria metsää, jonka vuotuinen tuotto on kymmenen kuutiota hehtaarilta.

Aurinkoenergia talteen talvellakin

Auringon energiaa saa Suomessa loistavasti talteen talvellakin. Esimerkiksi aurinkopaneelien julkisivuasennukset toimivat hyvin Pohjoismaissa, koska aurinko paistaa talvella erittäin matalalta eikä julkisivuasennuksiin kerry lunta. Seinäpaneelit tuottavat hyvin varsinkin kirkkaina talvipäivinä, etenkin maaliskuussa, kun aurinko paistaa jo hyvin ja lumen heijastus lisää valon säteilyä paneeleihin ja ne tuottavat enemmän.

Ja kun uusiin rakennuksiin pitää kuitenkin laittaa jokin julkisivumateriaali, niin miksei aurinkopaneeleita. Lisäksi paneelien hinnat ovat tulleet alas, joten enää ei tarvitse miettiä vuosituotannon kannalta kaikkein optimaalisinta asennuskulmaa.

Kun mennään päiväntasaajalle, ei paneeleita tietenkään kannata asentaa julkisivuihin, koska aurinko paistaa kohtisuoraan taivaalta. Suomessa optimaalinen asennuskulma on vuosituotannon osalta aika jyrkkä. Ja se on meille pohjoismaalaisille valttikortti erilaisten asennuskohteiden osalta.

Kiinteistöjen katoille tarvittaisiin aurinkovoimaloita

Aurinkovoiman osuus Suomen sähköntuotannosta on toistaiseksi alle promillen luokkaa, mutta tilanne muuttunee tulevaisuudessa. Jos tavoitteeksi asetetaan, että vuoteen 2022 mennessä Suomessa käytetystä sähköenergiasta tuotetaan prosentti aurinkovoimalla, tarvitaan kiinteistöjen katoille 330 000 kolmen kilowatin aurinkosähkövoimalaa.

Se puolestaan tarkoittaisi 33 000 voimalan asennusta vuosittain, kymmenen vuoden ajan. Investointia voisi verrata ilmalämpöpumppuun, joita asennettiin vuonna 2010 noin 60 000 kappaletta.

"Tavoite on realistinen, mutta se vaatii kunnilta ja valtiolta kannustimia. Olisikin laadittava menettelytavat, joilla sähköenergian tunnin sisäinen nettomittaus toteutetaan. Samoin kuntien rakennustoimen määräykset eli byrokratia hankaloittaa nykyisellään kattoasennuksia", sanoo LUT:n sähkötekniikan professori Jarmo Partanen.

Euroopassa aurinkoenergian tuottaminen on iso bisnes. Suurimmat aurinkosähkön tuottajat ovat Saksa, Italia ja Espanja. Saksassa aurinkosähköä tuotetaan 1 500 kertaa enemmän asukasta kohti kuin Suomessa, vaikka aurinkoa näillä kahdella alueella saadaan vuositasolla suurin piirtein saman verran. Mutta Saksassa vauhdittajana on ollut syöttötariffi eli takuuhinta tuotetulle sähkölle.

Aurinkosähköjärjestelmän hinnan voimakkaan alentumisen myötä siitä on tullut taloudellisesti kilpailukykyinen, jos kaikki tuotettu pystytään itse hyödyntämään. Näin on tilanne esimerkiksi LUT:n Green Campuksella. Katso aurinkovoimalamme reaaliaikaisia tuotantolukemia ja lue lisää omasta aurinkovoimalastamme.

Saksan jälkeen Italia ja Espanja ovat järjestyksessä suurimmat aurinkoenergian tuottajat. Saksassa suurin osa aurinkoenergiasta tuotetaan omakotitalojen yhteydessä olevilla aurinkokennoilla, kun taas Espanjassa on keskitytty suuriin aurinkopuistoihin.

Aurinko on todennäköinen ykkönen pitkällä aikavälillä

Aurinko on fuusioreaktori ja tuottaa ilmaiseksi energiaa. Fuusiossa vety muuttuu heliumiksi, ja tämä prosessi tuottaa hyvin paljon energiaa. Kaikki tähdet maailmankaikkeudessa toimivat samalla tavalla.

Jätteenä aurinko tuottaa heliumia, jota maailmankaikkeuteen kyllä mahtuu. Auringon eliniäksi arvioidaan noin viisi miljardia vuotta. Eli auringosta tulee riittämään energiaa sukupolvesta toiseen.

Aurinko tuottaa energiaa luonnostaan. Aiemmin ihmiskunnalla ei ole kuitenkaan ole ollut teknologiaa, jolla aurinkoenergia saataisiin hyvin talteen. Auringon lämpöä talteen ottavat keräimet ovat kehittyneet aimo harppauksin aivan viime vuosina.

Tämän kehityksen vuoksi ihmiskunta on onnekseen menossa energian tuotannossa kohti suurta muutosta eli aurinkotaloutta. Sen piiriin kuuluvat kaikki uusiutuvat energialähteet, kuten aurinkosähkö ja -lämpö, tuuli-, vesi- ja aaltovoima, biomassa eri muodoissaan sekä geoterminen lämpö.

Pitkällä aikavälillä, sanotaan vuoden 2050 jälkeen, aurinkoenergia voi olla pääasiallinen energian tuotantoratkaisu. Se tulee olemaan mitä todennäköisimmin erittäin taloudellinen tapa tuottaa sähköä, ja sähkön varastointikin voidaan tulevaisuudessa toteuttaa tehokkaasti. Toki vesivoimaa, tuulivoimaa ja bioenergiaa tuotetaan niillä alueilla, joissa sitä on luontevasti tarjolla.

Siirtyminen fossiilisista polttoaineista aurinkosähköjärjestelmiin kestää useita vuosikymmeniä. Olisikin ihmisten oman edun mukaista, että aurinkosähköjärjestelmiä aloitettaisiin käyttää jo nyt. Ei kannattaisi odotella, koska maapallon hiilidioksidipäästöjä voisi vähentää meistä itse kukin pienin askelin. Ensimmäinen askel oikeaan suuntaan voisi olla itse kullekin aurinkopaneeleiden asentaminen omalle katolle.

Kohti puhtaampaa energiaa

Puhtaalla energialla tarkoitetaan uusiutuvaksi energiaksi miellettyjen tuuli- ja aurinkoenergian lisäksi muun muassa biopolttoaineita sekä erilaisia energiatehokkuuteen ja hiilidioksidipäästöjen vähentämiseen tähtääviä toimia.

Euroopassa on otettu käyttöön kaksi keinoa hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi. Toinen on päästökauppa, jossa saastuttaville eli perinteisille fossiilisille polttoaineille on pyritty laittamaan reipas lisähinta. Se nostaisi fossiilisten polttoaineiden tuotantokuluja, ja näin uusiutuvalle energialle ajatellaan tulevan lisää liikkumatilaa. Näin ei kuitenkaan ole tapahtunut, kun päästöjen hinta on jäänyt hyvin alhaiseksi.

Toinen keino hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi on poistaa esteitä aurinko- ja tuulisähkön rakentamiselle ja näin kiihdyttää markkinan kehittymistä. Esimerkiksi Saksassa ja myös Suomessa aurinkosähköjärjestelmien hinta on alan markkinoiden ja teknologian kehittymisen myötä pudonnut noin seitsemässä vuodessa peräti 80 prosenttia. Kaiken takana on ajatus, että uusiutuvan energian hinta täytyy tehdä niin edulliseksi, että se voittaa hiilenpolton.

Aurinkopaneelijärjestelmien hinta on siis laskenut viime vuosina huimasti, ja niistä on tullut taloudellisesti kannattavia jopa ilman tukimekanismeja.

Tämä onkin saanut yksittäiset ihmiset ryhtymään sähköenergian pientuottajiksi, ja "Power to the People" -ajattelu yleistyy hyvää vauhtia myös Suomessa. Taustalla on ajatus, että kuluttajien omien pienvoimaloiden käyttöönotto on tehtävä mahdollisimman helpoksi.

"Parhaita kohteita markkinaehtoiselle yleistymiselle ovat aurinkopaneelien rakentaminen päivittäistavarakauppoihin, toimistokiinteistöihin ja julkisiin rakennuksiin", kertoo tutkijaopettaja Kosonen.

Saksassa on tehty useita toimenpiteitä aurinkovoiman lisäämiseksi. Aurinkovoimakapasiteetin osalta merkittävin edistäjä on ollut 1990-luvulta alkaen syöttötariffijärjestelmä, joka koskee myös pientuottajia. Syöttötariffin lisäksi Saksassa aurinkovoimalan sähköverkkoon liittymisbyrokratia on tehty yksinkertaiseksi.

Lisäksi Saksassa on panostettu pitkäjänteisesti aurinkosähköjärjestelmien teknologiakehitykseen, mikä on synnyttänyt sekä aurinkopaneeleja, verkkoliityntälaitteita ja muuta aurinkosähköjärjestelmiin komponentteja valmistavaa kotimaista teollisuutta vaikkakin osa tuotannosta on siirtynyt Kiinaan.

Lisääntyvä uusiutuva energia tuo myös haasteita

Aurinko- ja tuulivoiman voimakas lisääminen tuo monien etujen lisäksi myös haasteita sähköenergiajärjestelmän hallintaan. Voimaloiden tehoa ei voida säätää vastaavalla tavalla kuin perinteisissä voimalaitoksissa.

Sähköjärjestelmän tehotasapainon hallinta tilanteessa, jossa sekä tuotanto ja kulutus vaihtelevat ohjaamattomasti, on aiempaa vaikeampaa. Kun markkinoille tulee merkittävä määrä takuuhinnalla tuotettua aurinko- ja tuulisähköä, on seurauksena hetkiä, jolloin sähkön markkinahinta on hyvin alhainen. Se aiheuttaa taloudellisia haasteita ilman tukea toimiville voimantuottajille. Keskeinen kysymys onkin, millä turvataan valojen palaminen tulevaisuudessa.

Ratkaisu edellä mainittuihin haasteisiin ei ole aurinko- ja tuulisähkön kieltäminen. Sähkön varastointi ja kuormien reagointi muuttuvissa tilanteissa ovat keinoja, joilla tehotasapaino voidaan hoitaa myös tilanteessa, kun ei paista eikä tuule tai ilma muuttuu hyvin nopeasti. 

Lisääntyvä uusiutuvan energian teknologia on markkinatalouden mukaisesti aikaan saanut kehitystä myös perinteisten voimaloiden puolella. Niiden käyttöominaisuuksia on tehty joustavammiksi, koska markkinoilla on selkeä tarve joustoihin ja niistä myös maksetaan.

Ihannetilanne olisikin, että jatkossa kaikkea energiantuotantokapasiteettia rakennettaisiin ilman tukea tai piilotukia, ja kaikki eri energiantuotannon muodoista aiheutuvat kustannukset otettaisiin kustannuslaskennassa huomioon.

Kuluttajasta kuluttajatuottajaksi

"Tulevaisuudessa kaksi kolmasosaa päivittäisestä energiatarpeesta saadaan suoraan uusiutuvista energialähteistä", arvioi LUT:n aurinkotalouden professori Christian Breyer. Aurinkoenergialla on tässä merkittävä rooli. Samalla energiantuotannosta tulee osa ihmisten arkea.

"Ihmiset tuottavat ja osittain myös käyttävät itse tuottamaansa energiaa, ja ylimääräinen energia syötetään verkon kautta muille käyttäjille. Olemme siis samaan aikaan sekä energian kuluttajia että tuottajia."

Varastointi on Breyerin mukaan seuraava suuri tutkimuskysymys.

"Meidän on yhdistettävä energian kysyntä sekä uusiutuvan energian saatavuus ja toimintavarmuus. Siksi on investoitava energiavarastoihin."

Varastointiin on jo kehitetty useita erilaisia ratkaisuja, mutta LUT:ssa tutkitaan muun muassa, miten aurinko- ja tuulienergia voidaan muuntaa kaasuksi, esimerkiksi metaaniksi, myöhempää sähkön tai lämmön tuotantoa varten. Metaani vastaa kemiallisesti biokaasua mutta ei aiheuta hiilidioksidipäästöjä, jos prosessissa käytetään kestäviä hiilen lähteitä, kuten sellutehtaiden savukaasuja.

Tällä power to gas -hankkeella voimme todistaa, että uusi hajautetun tuotannon energiamalli toimii. Malli pyritään aikanaan yleistämään globaaliksi, jotta se kuvaisi paikallista, hajautettua energiantuotantoa myös muualla maailmassa.

Lue lisää aurinkoenergiasta