PerModin käytettävyys akullisten aurinkosähköjärjestelmien mitoitukseen ja simulointiin on kaiken kaikkiaan tässä käyttötarkoituksessa heikko. Aurinkosähköjärjestelmien komponent-tien lisäys ohjelmistoon on työlästä, koska se vaatii laboratorio-olosuhteissa suoritettavia laajoja mittauksia invertterille ja akulle. Komponenttien tietolehdestä saatavat arvot eivät riitä. Lisäksi Aurinkopaneelien tuottama energia ja kulutusprofiili vaaditaan useista simu-lointiohjelmistoista poiketen sekuntitasolla. Aurinkopaneelien tuotantoennustetta ei myös-kään voida PeMod:illa simuloida. Sekuntitason tietojen hankinta on normaaliolosuhteissa haastavaa.
PerMod on kehitetty Saksassa ja sen toiminnot vastaavat saksalaisia käytäntöjä sekä lainsää-däntöjä aurinkosähkön tuotannossa, eikä niitä voida suoraan soveltaa Suomen olosuhteisiin.
PerModin käyttämää syöttötariffia ei ole Suomessa käytössä. Suomen oloissa oman käytön ylittävästä aurinkosähköstä maksetaan yleensä sähkön silloinen spot-hinta. Myös sähkön-hinta voi riippua vuorokauden ajasta sähkösopimuksen mukaan. PerMod:issa sähkönsähkön-hinta ja syöttötariffi ovat simuloinnin ajan vakioita. Lisäksi saksalaisessa lainsäädännössä aurin-kosähkön pientuotannon syöttötehoa rajoitetaan 70 %:iin sen nimellistehosta, joka aiheuttaa piikkituotannon aikana tuotannon rajoittamista ja vääristää PerMod:in simuloinnin tuloksia muilla lainsäädäntöalueilla.
Akullisia aurinkosähköjärjestelmiä mitoitettaessa PerMod:in laskema SPI on epäkäytännöl-linen. Se ilmoittaa vain ideaalisen- ja häviöllisen aurinkosähköjärjestelmän taloudellisten hyötyjen suhteen. PerMod:in simulaatioiden lisätiedoista voidaan kuitenkin laskea myös mi-toituksessa hyödyllisiä tietoja, kuten akun lataussyklit vuoden aikana ja omakäyttöaste. Jos eri akkukapasiteetteja tai muiden tehoelektroniikan komponenttien vaikutusta aurinkosäh-köjärjestelmään halutaan tutkia, täytyy ne suorittaa eri simulaatioina. PerMod ei myöskään tarjoa käyttäjälle valmiita työkaluja aurinkosähköjärjestelmien analysointiin taloudelliselta tai tekniseltä kannalta. MATLAB-koodia muokkaamalla saadaan näkyville aurinkosähkö-järjestelmien aiheuttama vuotuinen vaikutus sähkölaskuun. Sen perusteella käyttäjä voi itse laskea erilaisia kannattavuusparametreja.
PerMod:in päätoiminto on laskea akullisten aurinkosähköjärjestelmien energiahäviöitä. Se ei kuitenkaan ota huomioon lämpötilan, jännitteen tai tehon vaikutusta tehoelektroniikan ja
akun hyötysuhteeseen. Lisäksi se ei huomioi akun ja muiden komponenttien ikääntymisen vaikutusta hyötysuhteeseen ja akun kapasiteettiin. Aurinkosähköjärjestelmän johdotuksissa tapahtuvia ohmisia häviöitä ei myöskään huomioida. PerMod laskee kuitenkin sekuntitason kulutus- ja tuotantotietojen perusteella akun lataus- ja purkutehon eroista johtuvia ohjaushä-viöitä. Tässä kandidaatintyössä esitellyt muut ohjelmistot ottavat huomioon lämpötilan ja komponenttien ikääntymisen vaikutuksen hyötysuhteeseen.
Taulukossa 5.1 on vertailtu tässä kandidaatintyössä esiteltyjä aurinkosähköjärjestelmien mi-toitukseen ja simulointiin tarkoitettuja ohjelmistoja ja niiden keskeisiä toimintoja Per-Mod:iin.
Taulukko 5.1 Tässä kandidaatintyössä esitellyt simulaatio-ohjelmat ja niiden keskeisten ominaisuuksien vertailu.
PVsyst SAM PerMod
Lähtöarvot Kulutus- ja tuotantotiedot tunti- tai kuukausitasolla.
Tuotanto voidaan simu-loida alkuarvojen pohjalta.
Kulutus- ja tuotantotiedot tuntitasolla. Tuotanto voi-daan simuloida alkuarvo-jen pohjalta.
Vaaditaan sekuntitason kulutus- ja tuotantotie-dot valmiina käyttä-jältä.
Komponentit Valmiiksi valittavissa pal-jon eri komponentteja.
Käyttäjä voi myös lisätä omien komponenttien tie-dot niiden tietolomak-keesta.
Valmiiksi valittavissa pal-jon eri komponentteja.
Käyttäjä voi lisätä omien komponenttien tiedot nii-den tietolomakkeesta.
Valmiiksi valittavissa muutamista eri kom-ponenteista. Käyttäjän lisäämille komponen-teille vaaditaan katta-via omia mittauksia.
Tulokset Kattavat analyysityökalut tekniseltä ja taloudelliselta mahdol-lista itse selvittää muita avainlukuja.
Akullisten aurinkosähköjärjestelmien mitoitukseen tässä kandidaatintyössä esitellyt ohjel-mistot SAM Tool ja PVsyst ovat paljon käytännöllisempiä. Taulukosta 5.1 huomataan, että
niiden vaatimat alkuarvot ovat helpommin toteutettavissa sekä niistä saatavat simulointitu-lokset ovat monipuolisemmat. PerMod soveltuu enemmänkin tutkimuskäyttöön tai kompo-nenttivalmistajien avuksi eri komponenttien suorituskyvyn vertailuun.
LÄHTEET
Aurinkosahkoakotiin.fi. Akut ja varastointi. [verkkojulkaisu]. [viitattu: 7.2.2021]. Saata-vissa: https://aurinkosahkoakotiin.fi/akut-ja-varastointi/.
Auvinen K. 2020. Kannattavuus. [verkkojulkaisu]. Päivitetty 27.5.2020. [viitattu:
7.2.2021]. Saatavissa: http://www.finsolar.net/kannattavuus/.
Bundesverband Energiespeicher e.V. (BVES) and Bundesverband Solarwirtschaft (BSW).
2019. Efficiency guideline for PV storage systems. [verkkodokumentti]. [viitattu 26.10.2020]. Saatavissa: https://www.bves.de/wp-content/uploads/2019/07/Efficien-cyGuideline_PV-Storage_2.0_EN.pdf.
Energiavirasto 2020: Aurinkosähkön tuotantokapasiteetti jatkoi kasvuaan vuonna 2019 - vuosikasvua 64 prosenttia. Tiedote. https://energiavirasto.fi/-/aurinkosahkon-tuotantokapa-siteetti-jatkoi-kasvuaan-vuonna-2019-vuosikasvua-64-prosenttia
EnergySage 2019. AC vs. DC solar battery coupling: what you need to know. [verkkojul-kaisu]. [viitattu: 1.12.2020]. Saatavissa: https://news.energysage.com/ac-vs-dc-solar-bat-tery-coupling-what-you-need-to-know/
EnergySage 2020. Most efficient solar panels: solar panel cell efficiency explained. [verk-kojulkaisu]. [viitattu: 21.3.2021]. Saatavissa: https://news.energysage.com/what-are-the-most-efficient-solar-panels-on-the-market/
Freeman, J. M., DiOrio, N. A., Blair, N. J., Neises, T. W., Wagner, M. J., Gilman, P., &
Janzou, S. 2018. System Advisor Model (SAM) general description (versio 2017.9. 5) (No.
NREL/TP-6A20-70414). National Renewable Energy Lab.(NREL), Golden, CO (United States).
IEA PVPS. 2020. National Survey Report of PV Power Applications in FINLAND 2019.
[verkkodokumentti]. [viitattu 22.3.2021]. Saatavissa: https://iea-pvps.org/wp-con-tent/uploads/2020/09/NSR_Finland_2019.pdf.
Kalogirou S., 2014. Solar Energy Engineering: Processes and Systems. Toinen painos. Saint Louis: Elsevier Science & Technology.
Kauranen, J., 2012. Valosähköisten aurinkopaneeleiden hyötysuhteet. Kandidaatintyö. Lap-peenrannan teknillinen yliopiston. Lappeenranta.
Mermoud A., Villoz A., Wittmer B., Apaydin H. 2020 . Economic optimization of pv systems with storage. PVsyst SA Route de la Maison-Carrée 30, CH 1242 Satigny, Switzerland.
Olafsson, S., 2003. Making Decisions Under Uncertainty – Implications for High Technol-ogy Investments. BT TechnolTechnol-ogy Journal. Vol. 21. nro. 2. sivut: 171, 176.
Patsios C., Wu B., Chatzinikolaou E., Rogers D. J., Wade N., Brandon N. P., & Taylor P.
2016. An integrated approach for the analysis and control of grid connected energy storage systems. Journal of Energy Storage. Vol. 5. sivut: 48-61.
PVsyst Photovoltaic software. Features. [verkkojulkaisu]. [viitattu: 5.2.2021]. Saatavissa:
https://www.pvsyst.com/features/
Ruf H. 2018. Limitations for the feed-in power of residential photovoltaic systems in Ger-many–An overview of the regulatory framework. Solar Energy. Vol. 159. Sivut: 588-600.
Tahkokorpi Markku (toim.). 2016. Aurinkoenergia Suomessa. Helsinki: Into Kustannus.
207 sivua. ISBN: 978-952-264-663-7.
University of Applied Sciences Berlin (HTW Berlin). 2020. Performance Simulation Model for PV-Battery Systems (PerMod). [verkkodokumentti]. [viitattu 26.10.2020]. Saatavissa https://pvspeicher.htw-berlin.de/wp-content/uploads/PerMod_Documentation.pdf
Vartiainen E., 2020. Tulevaisuuden energiajärjestelmässä varastointi on avainasemassa.
[verkkojulkaisu]. [viitattu: 5.2.2021]. Saatavissa: https://www.fortum.fi/tietoa- meista/blogi/forthedoers-blogi/tulevaisuuden-energiajarjestelmassa-varastointi-avainase-massa
Weniger J., Tjaden T., Bergner J., & Quaschning V. 2016. Emerging performance issues of photovoltaic battery systems. In 32nd European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition (pp. 2372-2380).
Weniger, J., Tjaden, T., & Quaschning, V. 2014. Sizing of residential PV battery systems.
Energy Procedia. Vol. 46. Sivut: 78-87.
LIITTEET
Liite 1. Esimerkkisimulaation tulokset DC-kytketylle järjestelmälle.
Ideaalinen systeemi
Kiinteistön sähkönkulutus 9363 9379 16
Aurinkopaneelien
Akulle syötetty tasasähkö 2726 2822 96
Akulta saatu tasasähkö 2726 2689 −37
Liite 2. Esimerkkisimulaation tulokset AC-kytketylle järjestelmälle.
Kiinteistön sähkönkulutus 9363 9394 31
Aurinkosähköjärjestelmän
Akulle syötetty vaihtosähkö 2496 2705 209
Akulta saatu vaihtosähkö 2496 2258 −238
Akulle syötetty tasasähkö 2496 2503 7
Akun lataus aurinkosähköllä 2496 2645 149
Kiinteistön kuluttama