Aurinkoenergian tuotanto


Aurinkoenergialla tarkoitetaan auringon säteilyenergian hyödyntämistä sähkö- tai lämpöenergiana. Aurinkoenergian käyttämisellä tarkoitetaan yleensä auringon säteilemän energian suoraa hyödyntämistä aurinkokennojen tai aurinkokeräimen avulla. Näiden lisäksi kehitteillä on useita teknisiä sovelluksia niin suoran kuin epäsuorankin säteilyenergian hyödyntämiseksi.

Aurinkoenergian tuotannossa päästöjä ja jätetty syntyy vain laitteiden valmistus- ja kierrätysvaiheessa. Aurinkoenergian hyödyntämiseen vaadittavien paneelien hinnan vuoksi aurinkoenergia on ollut melko kallista, mutta sen hintakehitys on laskussa kohti fossiilisten polttoaineiden tasoa.

Auringon säteily

Maan pinnalle kohdistavan auringon säteilyn kokonaisteho on noin 170 000 TW. Siitä heijastuu takaisin noin 30 prosenttia, eikä säteilystä voida käytännössä hyödyntää kuin pieni osa. Maapallon maa- ja vesialueet sekä ilmakehä lämpenevät absorboimalla auringon säteilyä. Meristä haihtunutta vettä sisältävä lämmin ilma kohoaa ylöspäin ja aiheuttaa ilmakehässä kiertoliikettä, mikä kuljettaa lämpöä. Tarpeeksi korkealle kohonneen ilmamassan vesihöyry tiivistyy pilviksi matalassa lämpötilassa ja palaa lopulta takaisin kiertokulkuun satamalla. Maapallon maa-alueisiin ja valtameriin absorboitunut auringon säteily pitää planeetan pintalämpötilan keskimäärin 14 ° C:ssa.

Ihmiskunnan vuosittainen energiankulutus vastaa samaa energiamäärää, joka maanpintaan ja ilmakehään absorboituu yhden tunnin aikana, joten aurinkoenergialla on runsaasti potentiaalia. Kasvit käyttävät fotosynteesissä auringon energiaa, ja muuttavat sitä kemialliseksi energiaksi. Tätä kautta auringon energiaa sitoutuu biomassaan valtavia määriä kulkeutuen lopulta esimerkiksi ravinnoksi ja polttoaineeksi. Aurinkokennoilla auringon säteilyn energiasta voidaan muuttaa sähköksi noin 21 prosenttia, kun taas aurinkokeräimillä saadaan talteen 25–30 prosenttia auringon säteilyn energiasta lämmöntuotantoon.

Aurinkosähkö ja aurinkolämpö

Aurinkosähkön tuottamiseen käytetään normaalisti auringon säteilyä valosähköisen ilmiön avulla sähköenergiaksi muuntavia aurinkokennoja. Aurinkokennoista suurin osa tätä nykyä on liitettynä sähköverkkoon, mutta niitä voi käyttää myös irrallaan. Aurinkokennoilla voi tuottaa sähköä pienimuotoisesti sähköverkon ulkopuolella. Sähkön saannin jatkuvuus turvataan akkujen avulla.

Aurinkolämmitys tai aurinkolämpö on auringon säteilyn energian käyttämistä lämmitykseen. Energian keräämiseen käytetään aurinkokeräintä, jolla auringon säteily muutetaan käyttökelpoiseksi lämmöksi. Lämpökeräimet vastaanottavat hajasäteilyä ja toimivat myös pilvisellä päällä. Aurinkolämmön avulla auringon energia voidaan käyttää suoraan lämmöksi muuttamatta sitä välillä sähköksi. Järjestelmä soveltuu esimerkiksi käyttöveden, uima-altaiden, teollisuuden prosessiveden ja rakennuksien lämmittämiseen.

Aurinkoenergian tuotanto ja taloudellisuus Suomessa

Maailman suurimmat aurinkoenergian tuottajamaat asennetun aurinkoenergiatuotantokapasiteetin mukaan ovat Kiina (kapasiteetti vuoden 2016 lopussa 77 434 MW), Japani (41 600 MW), Saksa (41 600 MW), Yhdysvallat (34 711 MW) ja Italia (19 251 MW). Suomen aurinkoenergiantuotantokapasiteetti vuonna 2016 oli 20 MW. Asennetun tuotantokapasiteetin kasvu on ollut Suomessa suhteellisesti merkittävää (vuonna 2013 tuotantokapasiteetti oli 10 MW), mutta absoluuttisesti maailman kehitykseen nähden kasvu on kuitenkin ollut vähäistä.

Aurinkoenergian tuotanto perustuu auringon valon määrään. Pimeimpään aikaan Suomessa ei juuri saada talteen aurinkoenergiaa. Alkukeväästä ja loppusyksystä sitä on saatavilla Suomessa huomattavasti vähemmän kuin Keski-Euroopassa, mutta keskikesän aikaan saatavilla olevaa aurinkoenergiaa on reilusti enemmän Keski-Eurooppaan nähden. Talvella sen saatavuus jälleen romahtaa. Keski-Suomessa aurinkoenergiaa tulee neliömetrille vuosittain noin 900 kWh. Hampurissa vastaava luku on 938 kWh ja Lissabonissa 1 689 kWh.

Kun aurinkoenergiajärjestelmien hinnat ovat maailmanlaajuisesti laskeneet, aurinkoenergian tuotannosta on tullut viime vuosina taloudellisesti kannattavaa Suomessa tiettyjen reunaehtojen vallitessa. Sähkön ja lämmön tuotanto aurinkoenergialla on taloudellisesti kannattava investointi Suomessa, jos aurinkoenergia tuotetaan omaan käyttöön, sillä korvataan kalliimpaa ostoenergiaa ja investointien laskenta-aikana käytetään paneelien tai keräimien takuuaikaa, joka on yleensä 25 vuotta. Yritysten ja kuntien tapauksessa kannattavuuden ehtona on lisäksi Työ- ja elinkeinoministeriön myöntämän energiatuen saaminen. Pientalouksien aurinkosähköjärjestelmien takaisinmaksuaika on tyypillisesti 24–32 vuotta.