Aurinkoenergia

Aurinkoenergiateknologiat voidaan jakaa kolmeen merkittävään pääsuuntaan: aurinko-lämpöpaneeleihin, aurinkosähköpaneeleihin ja keskittäviin aurinkoenergiavoimaloihin.

Suomessa vuotuinen auringonsäteily ei riitä keskittäviin aurinkovoimaloihin, jotka vaa-tivat yli 2 000 kWh/m² vuotuisen säteilytehon kannattaakseen taloudellisesti. Näin suuri säteilymäärä saadaan Euroopassa vain Välimeren aurinkoisimmilla rannoilla. Ilmatie-teen laitoksen auringonpaistetilastojen mukaan keskimääräinen vuotuinen kokonaissä-teily ajanjaksolla 1971–2000 vaihteli Suomessa mittausaseman sijainnin mukaan arvosta 726 kWh/m² (Kevo) arvoon 941 kWh/m² (Helsinki-Vantaa) (Ilmatieteen laitos 2008). NASAn satelliittimittauksissa koko vuoden keskimääräiseksi auringon säteilyte-hoksi Suomessa saatiin 500–1 000 kWh/m² (UNEP/GRID-Arendal 2008), ja näiden mittausten tulokset Suomesta ja muualta Euroopasta on esitetty kuvassa 3.5.

Aurinkopaneelit ovat modulaarisia eli niitä voidaan teoriassa kytkeä toisiinsa suuri määrä ja rakentaa iso voimala. Paneelit vaativat kuitenkin paljon tilaa, joten käytännön syistä suurin IEA:n PVPS-ohjelmassa kokeiltu aurinkosähköpaneelirykelmä on ollut yli 500 talon lähiöön rakennettu 1 MW:n hajautettu voimala (IEA-PVPS 2008). Yksittäisen talon paneeli on siinäkin teholtaan muutaman kilowatin ja tuottaa vain osan asennus-kohteensa sähköstä, mutta paneelit on ostettu ja asennettu keskitetysti, jolloin hinta on saatu alemmaksi.

Aurinkopaneelien etuina ovat ilmaisen energianlähteen ja hiilidioksidipäästöttömyyden lisäksi myös muista päästöistä, esimerkiksi pienhiukkasista, vapaa energiantuotanto.

Näin aurinkopaneelit eivät huononna esimerkiksi kaukolämpöverkon ulkopuolella olevan pientaloalueen ilmanlaatua kuten puun pienpoltto.

Kuva 3.5. Maan pinnalle osunut keskimääräinen auringon säteilyteho neliömetriä kohden elokuun 1983 ja kesäkuun 1993 välisenä aikana (UNEP/GRID-Arendal 2008).

Paneelien yleistymistä on rajoittanut niiden korkea hinta ja kehitysvaiheessa oleva tek-niikka. Suomessa paneeleja on perinteisesti käytetty ainoastaan etäisissä kohteissa, ku-ten kesämökeissä tai saaristossa, missä sähköjohdon vetäminen runkoverkosta olisi vielä kalliimpaa. Kymmenen viime vuoden aikana Kiinassa ja Saksassa on kuitenkin otettu käyttöön huomattava määrä lämpöpaneeleja ja Saksassa sekä Japanissa huomattava määrä sähköpaneeleja. Jokaisessa maassa teknologian merkittävä yleistyminen on vaa-tinut valtiolta mittavia osto- ja tuotantotukia.

Eur’Observerin mukaan Suomessa asennettiin vuonna 2006 verkkoon kytkettyjä sähkö-paneeleja 30 kW ja verkkoon kytkemätöntä hajatuotantoa 270 kW. Vuoden 2006 lopussa verkkoon kytkettyjä sähköpaneeleja oli asennettu yhteensä 223 kW ja hajatuotantoa 3,8 MW (Eur’Observ’ER 2007a). Näiden lukujen perusteella verkkoon kytkettyjen PV-paneelien yhteenlasketun nimellistehon kasvunopeus oli yli 15 % vuodessa ja aurinkosäh-kön hajatuotannon yli 10 %. Aurinkolämpöpaneeleja asennettiin Suomessa 2 400 m² vuonna 2006, jolloin saavutettiin 3 400 m² kokonaispinta-ala (Eur’Observ’ER 2007b). Lämpö-paneelien kokonaispinta-ala kasvoi vuonna 2006 huikeasti, noin 230 %, mutta lähtöti-lanne oli niin alhainen, että vuonna 2007 ja 2008 kasvu tasaantunee.

Aurinkopaneelit ottavat jatkuvasti teknologisia harppauksia. Tällä hetkellä markkinoilla olevien sähköpaneelien hyötysuhde on noin 15 %, mutta laboratoriossa on saavutettu jopa 42,8 %:n hyötysuhde. DARPAn rahoittaman tutkimusohjelman kokonaistavoitteena on saavuttaa 50 %:n hyötysuhde laboratoriossa seuraavan vuosikymmenen aikana ja massavalmistuksessa sen jälkeen. Hyötysuhde vaikuttaa lähinnä tarvittavan pinta-alan

määrään, sillä polttoainekustannuksia ei ole. Eri yliopistojen tutkimusohjelmat tulevat parantamaan myös paneelien elinikää, joka on nykypaneeleissa noin 25 vuotta. Arvioi-den mukaan elinikää saadaan uusilla tekniikoilla kasvatettua noin 40–50 vuoteen. Koska useissa paneeleissa ei ole liikkuvia osia, myös huomattavasti suurempia lukuja on esitetty eri lähteissä.

Tuotantomäärien kasvaessa paneelien hinta on pudonnut huomattavasti. IEA-PVPS-ohjelmassa kerättyjen tietojen pohjalta PV-paneelin asentaminen Euroopassa maksoi vuonna 2006 keskimäärin 7 500 euroa/kW alle 10 kW:n laitoksissa ja 6 500 euroa/kW sitä suuremmissa kokonaisuuksissa. Saksassa on jo saavutettu suuren mittakaavan edut ja siellä asentamisen kustannukset olivat noin 4 500 euroa/kW. Investointikustannusten lisäksi paneeleilla on ainoastaan huoltokustannukset, joiden Sandia arvioi olevan vuosi-tasolla noin 0,15 % investointikustannuksista (Sandia 2008).

PV-tekniikka kehittyy huomattavan nopeasti, joten tulevaisuuden hinta-arviot ovat vai-keita tehdä ja vanhenevat suhteellisen nopeasti. Vuonna 2003 tehdyn tutkimuksen varo-vaisimmassa skenaariossa hinnat kehittyivät kuvan 3.6 mukaisesti (Moor et al. 2003).

Kuvaan on piirretty myös vuodesta 1990 jo tapahtunut hintakehitys (IEA-PVPS 2008).

Vuoden 2004 lukuarvoon on piirretty virhepalkkina PVPS-ohjelman hintakatsauksen ala- ja yläkvartaalit. Edellisen kappaleen hintatiedot olivat vuodelta 2006, joten hal-vimmissa maissa hintakehitys on ollut nopeampaa kuin kummassakaan esitetyistä skenaa-rioista, kun taas pienten markkinoiden maassa, kuten Suomessa, hinnat ovat kuitenkin korkeampia kuin kuvaajaan piirretyt. Hintoihin vaikuttaa huomattavasti tuotannon ke-hittyminen eri komponenttien osalta. Tuotannon keke-hittyminen puolestaan riippuu ky-synnän kehityksestä, joten on muistettava, että kustannusten laskeminen kuvien esittämällä tavalla vaatii toimenpiteitä.

Kuva 3.6. PV-paneelien jo tapahtunut hintakehitys (IEA-PVPS 2008) ja tulevaisuuden ennuste (Moor et al. 2003).

Aurinkopaneelien teoreettinen potentiaali on hyvin suuri, sillä Suomen asuntokanta on suuri ja esimerkiksi moottoriteiden varsien hukkapinta-ala laaja. Käytännössä aurinko-voiman yleistymistä kuitenkin rajoittavat monet seikat, joista merkittävin on pitkä ta-kaisinmaksuaika. Tällä hetkellä aurinkopaneelien taloudellinen potentiaali sähköntuo-tannossa on mitätön, sillä ne ovat perinteisiä ratkaisuja halvempia ainoastaan ulkosaaris-tossa tai kesämökeillä, minne sähköjohdon vetäminen olisi hyvin kallista. Silti paneeleja asennetaan myös suurten kaupunkien keskustoihin, sillä paneelit toimitetaan yleensä yhdessä muiden energiaratkaisuiden kanssa, ja ostajat haluavat suojella ympäristöä ja hengitysilmaa.

Eräs haastateltu rakennuspalvelu tarjosi rakentamisen yhteydessä yhteispakettia 4,6 m² aurinkolämpöpaneeleista, ilmalämpöpumpusta ja lattialämmityksestä 10 000 euron hintaan vuonna 2007. Pakettina nämä tulevat huomattavasti halvemmaksi, koska tekniikoita varten pitäisi kuitenkin asentaa samoja osia, kuten putkistot. Paketissa aurinkolämpö lämmittää asuntojen käyttövettä, joten myös kesällä saatava suurempi lämpöteho saadaan hyödynnettyä. Lisäksi ilmalämpöpumppu mahdollistaa myös ilmastoinnin kesäisin. Yk-sittäisten lämpöpaneelien kustannukset asennettuina olisivat olleet noin 2 500 euroa (Heikkinen 2008).

Jos paneelien tekniikka ja hinta kuitenkin kehittyvät nykytahdilla, voi aurinkosähkön hinta saavuttaa fossiilisen sähkön hinnan jo lähivuosikymmeninä. Aivan eteläisimmässä Euroopassa aurinkosähkö on jo ollut halvempaa kuin sähkön piikkihinta kesäisin. Tällä hetkellä todellinen teknistaloudellinen potentiaali on kuitenkin riippuvainen valtion myöntämistä investointituista. Esimerkiksi säteilyolot ovat suunnilleen samat Etelä-Suomessa

ja Pohjois-Saksassa, mutta jälkimmäisessä on asennettuna aurinkopaneeleja huomattavasti enemmän, koska Saksassa aurinkosähkö saa noin 50 c/kWh:n (= 500 e/MWh) syöttötarif-fin (Eur’Observ’ER 2007a).