Kaiken kaikkiaan ohjelmasta tuli halutunlainen sekä se antaa oikeanlaisia tuloksia tuotannolle sekä kannattavuuslaskennassa. Ohjelman ulkoasusta tuli siisti sekä helppokäyttöinen ja pienellä ohjeistuksella kuka tahansa pystyy laskemaan sillä aurinkopaneelijärjestelmän tärkeimmät parametrit. Tulokset esitetään selkeästi, sekä osaan kohdista tarjotaan ohjearvot. Lisäksi kappaleen 5.3 Esimerkki laskentaa on hyvä käyttää hyväksi ensimmäisellä kokeilukerralla. Itse laskentaosuus on monimutkainen hahmottaa, jonka takia sitä ei kannata yrittää muokata, ellei varmasti tiedä mitä tehdä. Ohjelma on lyhyesti ottaen erittäin helppokäyttöinen ja käytännöllinen, jos koko kappaleen 5 lukee läpi.
Suuri etu ohjelmassa on laaja valikoima muutettavia parametreja sekä tarkat intensiteettitiedot, kun taas monet muut ohjelmat käyttävät keskiarvointensiteettejä sekä vähemmän parametreja. Ohjelmaa voi käyttää aurinkopaneelijärjestelmien vertailuun, tuotannon arviointiin, kannattavuuden arviointiin, asennustavan vertailuun sekä arvioimaan tulevaisuuden näkymiä aurinkosähkölle.
Ohjelma ei ole kuitenkaan täydellinen ja sitä voisi viedä vielä eteenpäin. Muutama esimerkki voisi olla intensiteettien haku automaattisesti Exceliin rajapinnan avulla, jolloin kaikkien eri asemien ja vuosien intensiteettejä voisi käyttää suoraan ohjelmassa. Toiseksi ohjelmaan voisi lisätä mahdollisuuden syöttää oman vuoden tuntikohtaisen kulutuksen ja verrata
aurinkopaneelijärjestelmän tuotantoon, jonka avulla voitaisiin laskea mahdollinen verkkoon myytävän sähkön määrä. Tällä hetkellä ohjelma ei sitä huomioi. Invertterin kynnysjännitettä ei myöskään huomioida, jonka vuoksi tuotantoa saadaan laskennallisesti sellaisista intensiteeteistä, joilla invertteri ei vielä kykene syöttämään sähköä verkkoon. Tämä osuus kokonaisintensiteetistä on kuitenkin erittäin pieni. Lisäksi ohjelma laskee intensiteetit huonosti heti auringon noustua tai laskettua. Jos laskettu horisontaalinen intensiteetti on pienempi kuin Ilmatieteenlaitoksen tarjoama horisontaalinen intensiteetti (eli datan arvo on suurempi kuin laskettu optimi), niin laskenta voi yliarvioida tuotannon liian korkeaksi.
Laskenta antaa myös vääriä tuloksia, jos aurinko ei ole vielä noussut, mutta säteilydatan mukaan säteilyä olisi jo. Kumpaakin tapaukseen on tehty oma virheenkorjaus.
Jälkimmäisessä tapauksessa intensiteetti asetetaan nollaksi. Myös muita ominaisuuksia voisi harkita ohjelmaan, mutta se on tällä hetkellä jo erittäin kätevä työkalu järjestelmän suunnitteluun.
Aurinkolaskureita on löytynyt jo pitkän aikaa internetistä. Esimerkiksi PVWATTS tarjoaa laadukkaan tuotantoarvioinnin (PVWATTS 2018) ja vuotuisen rahallisen hyödyn. Tehtyä Excel-ohjelmaa voidaan verrata esimerkiksi tämän ohjelman laskentaan käyttäen kappaleen 5.3 esimerkkilaskelman arvoja. Käytettäviä parametreja löytyy vähemmän PVWATTS omasta laskennasta, sillä aurinkopaneelien NOCT sekä lämpötilakertoimia ei kysytä tässä ohjelmassa. Ohjelma käyttää ilmeisesti joka päivälle tiettyä keskiarvointensiteettiä neliömetriä kohden riippuen kuukaudesta. Muuten suoria parametrieroja ei ole tuotannon laskemiseen. Kannattavuutta ei tässä ohjelmassa käsitellä muuten, kuin laskemalla vuoden rahallisen tuoton käyttämällä sähkön annettua hintaa ja vuosituotantoa. PVWATTS antaa ensimmäisen vuoden vuosituotannoksi 7688 kWh ja vuosituotoksi 769 €. Excel-ohjelman esimerkkilaskenta antaa vuosituotannoksi 7343 kWh ja vuosituotoksi 690 €.
Vuosituotantoarvio eroaa vain noin 4,5 %. Osa ohjelmista käyttää Googlen karttaa hyväksi.
Tällainen on esimerkiksi Fortum Oyj:n aurinkolaskuri (Fortum 2018), jonka avulla oma asunto voidaan hakea kartalta. Satelliittikuvan perusteella Fortumin ohjelma pystyy arvioimaan järjestelmäkoon, jonka katolle voi asentaa. Tämän jälkeen se laskee tuotannon ja takaisinmaksuajan järjestelmälle. Ongelmana tässä ohjelmassa on se, että käyttäjä voi vaikuttaa parametriarvoihin heikosti. Tämän takia vertailua on vaikeaa tehdä toteutettuun Excel-ohjelmaan. Myös Areva Solar Oy tarjoaa aurinkopaneelilaskurin (Areva Solar 2018).
Tämä ohjelma kysyy vain muutaman arvon kuten sijainnin, järjestelmäkoon, paneelien
kulman sekä suuntauksen. Ohjelma laskee vain vuosituotannon, joka on 6943 kWh ja se on noin 400 kWh alle Excel-ohjelman antaman arvion.
Koska tarkkoja laskentatapoja ei selitetä, niin on vaikea arvioida millä tavoilla laskennat eroavat toteutettuun Excel-ohjelmaan. Excel-ohjelma antaa enemmän vapauksia muuttaa alkuparametreja sekä tuottaa tuloksena enemmän hyödyllisiä parametreja. Jos Areva Solar Oy:n ja PVWATTS –ohjelmien antamia vuosituotantoja verrataan Excel-ohjelman antamaan vuosituotantoon, niin Excel-ohjelman antama tulos osuu kyseisten arvioiden puoliväliin. Lähimmäksi pääsee SolarShopin oma arvio kyseisen järjestelmän tuotannosta, joka on 7200 kWh. Tässä ei huomioida asennustietoja, vaan arvio on tehty puhtaasti pelkän järjestelmän perusteella. Näiden seikkojen perusteella voidaan arvioida, että toteutettu laskentaohjelma toimii verrattain hyvin.
6 YHTEENVETO
Tietoisuus energiatehokkuuden ja uusiutuvien energialähteiden lisäämiseksi on jatkuvasti kasvanut ympäri maailmaa. Ilmastosopimukset, maakohtaiset ilmastotavoitteet sekä yksittäisten ihmisten halu panostaa uusiutuvaan energiaan on merkki siitä, että olemme menossa kohti ympäristöystävällisempää tulevaisuutta. Aurinkosähkö tulee olemaan varmasti yksi suurista vaikuttajista tulevaisuudessa. Esimerkiksi Suomessa aurinkosähkön kapasiteetti tuplaantui viime vuonna ja koko maailman aurinkoenergian määrä on 400-kertaistunut tämän vuosituhannen alusta. Suuri kiinnostus aurinkosähköön on myös johtanut sen teknologian jatkuvaan kehitykseen tuoden järjestelmien hintoja alas sekä parantaen niiden teknisiä ominaisuuksia kuten hyötysuhteita. Jos Swansonin laki pitää paikkaansa jatkossakin, niin ei kauaa kun aurinkopaneelien määrä esimerkiksi kotitalouksissa saattaa kasvaa todella paljon hintojen tippuessa, sillä niiden lyhentynyt takaisinmaksuaika tekee niistä kannattavan investoinnin. Toinen kannustin voi olla esimerkiksi sähkön hinnan nousu.
Työn rakennetta muutettiin työn aikana. Alkuperäisesti tarkoitus oli suunnitella lämpövoimalaan aurinkopaneelit ja tarkastella aurinkopaneelien kannattavuutta, mutta sitä muutettiin siten, että lämpövoimalan aurinkopaneelien suunnittelu muutettiin aurinkojärjestelmän kannattavuuslaskentaohjelman tekoon. Seuraavat tavoitteet asetettiin:
- Uusiutuvan energian rooli maailmalla esitetään
- Aurinkopaneelien toiminta, tyypit ja asennustavat selvitetään
- Kertoa paneelijärjestelmän suunnittelun päävaiheet. Lisäksi selvitetään komponenttien tarve sekä toiminta, määräykset ja suunnitteluprosessi
- Suunnitella Excel-ohjelma, jolla laskea aurinkojärjestelmän pääarvoja kuten tuotanto, takaisinmaksuaika ja kokonaistuotto käyttämällä Ilmatieteenlaitoksen tarjoamia intensiteettidatoja. Lisäksi ohjelmaan voidaan syöttää haluaman paneelijärjestelmän sekä asennuksiin liittyvät tiedot
Vaikka Suomi sijaitsee pohjoisessa, niin aurinkovoimalaan investoiminen on kannattavaa pitkällä tarkasteluajalla. Mikro- sekä pientuotannossa käytetään enimmäkseen yksi- tai piikidekennoja niiden hyvän hyötysuhteen, tilaystävällisyyyden ja kohtuullisen hinnan takia.
Tarkalla järjestelmäsuunnittelulla sekä järjestelmän kilpailuttamisella mahdollistetaan järkevä takaisinmaksuaika, joka lyhenee jatkuvasti pienenevien järjestelmähintojen sekä
parantuvien järjestelmähyötysuhteiden avulla. Paneelijärjestelmän hankinta on myös hyvä tapa osallistua ilmastonmuutoksen hidastamiseen tuottamalla itse osa omasta sähkönkulutuksesta ja myös myydä sitä verkkoon, jos tuotanto ylittää oman kulutuksen.
Järjestelmän suunnittelun ja asennuksen lukuun ottamatta verkkoon kytkennän voi tehdä itse, jonka avulla voi säästää osan järjestelmäinvestoinnista. Tarjolla olevat valmiit aurinkovoimalapaketit ovat myös hyvä tapa hankkia järjestelmä, sillä monet yritykset tarjoavat niin sanottua ’avaimet käteen’-järjestelmähankintatapaa, jolloin järjestelmän tarjoaja hoitaa kaikki järjestelmäsuunnittelusta asennukseen. Tämä on hyvä tapa hankkia järjestelmä, jos ei ole varma kuinka se tehdään tai järjestelmän suunnitteluun ja asennukseen ei ole aikaa.
Suunniteltu Excel-ohjelma saatiin valmiiksi ja halutut ominaisuudet saatiin mukaan siihen.
Ohjelma käyttää Ilmatieteenlaitoksen tarjoamia intensiteettejä, jotka ovat annettuna muutamalle kaupungille kahtena eri vuotena. Suunnittelua tehtäessä intensiteetit valitaan siten, että valittu intensiteettidata on mahdollisimman lähellä suunniteltavan järjestelmän sijaintia. Laskentaan syötetään aurinkopaneeleiden asennustiedot, järjestelmän hinta, järjestelmän sijainti ja invertterin sekä paneelien tekniset tiedot, jotta kuukausikohtainen tuotanto saadaan laskettua. Kannattavuuslaskennassa käytetään laskettua tuotantoa, sähkön hintaa, pitoaikaa sekä halutessaan laskentakorkoa, jonka jälkeen ohjelma laskee estimaatit takaisinmaksuajasta, vuosittaisesta kassavirrasta, LCOE sekä rahallisesta hyödystä pitoajan loputtua. Ohjelmaa verrattiin Areva Solar Oy:n, PVWATTS:n sekä Fortumin omiin laskentaohjelmiin käyttämällä esimerkkijärjestelmää. Tuloksena saatiin, että toteutettu Excel-ohjelma tarjoaa enemmän suunnitteluparametreja sekä kannattavuustermejä kuin kyseiset ohjelmat. Saadut tuotantotulokset osuvat Areva Solar Oy:n ja PVWATTS:n puoliväliin. SolarShop tarjoaa myös oman arvion vuosittaisesta tuotannosta tarjoamastaan järjestelmästä, joka eroaa vain 2 % lasketusta tuotantoestimaatista. Tarkemmat yksityiskohdat löytyvät kappaleesta 5.3 Esimerkki laskenta. Myös muuttamalla suunnitteluparametreja saadaan haluttu muutos tuotantoon ja kannattavuuteen. Näiden seikkojen perusteella voidaan arvioida, että ohjelma toimii erittäin hyvin aurinkovoimalan suunnittelutyökaluna.
Ohjelmaan jäi kuitenkin hieman paranneltavaa. Ohjelmaan voisi lisätä rajapinnan Excelin ja Ilmatieteenlaitoksen avoimen datan välille, jotta useamman kaupungin intensiteettejä voisi
käyttää laskennassa. Ohjelma ei myöskään huomioi invertterin kynnysjännitettä, vaan se olettaa, että kaikki säteily voidaan muuttaa sähköksi. Lisäksi invertterin hyötysuhde ei ole vakio koko käyttöalueella, mutta se on lähes vakio kunnes kynnysjännitteen ylitys on tarpeeksi suuri. Näiden aiheuttamat virheet kokonaistuotannossa ovat pieniä. Lisäksi Ohjelma arvioi huonosti kohtisuoran säteilyn kohtisuorassa paneeliin, jos aurinko on juuri noussut, mutta tämänkin aiheuttama virhe kokonaislaskennassa on pieni. Myös mahdollisuus lisätä oma sähkönkulutus yhdeksi suunnitteluparametriksi, jonka avulla voitaisiin verrata tuotantoa ja kulutusta, josta saataisiin laskettua mahdollinen ylituotanto.
Tämä olisi hyödyksi järjestelmän mitoittamisessa. Näiden toimintojen lisääminen tai laskennan parantaminen eivät ole kuitenkaan tarpeellisia ja tämän hetkisellä ohjelmalla voidaan tehdä jo normaalia kattavammat laskelmat aurinkovoimalan tuotannosta ja kannattavuudesta.
LÄHTEET
Agora Energiewende 2015. Current and future cost of photovoltaic. [20.8.2018]. Saatavilla
https://www.agora-energiewende.de/fileadmin/Projekte/2014/Kosten-Photovoltaik-2050/AgoraEnergiewende_Current_and_Future_Cost_of_PV_Feb2015_web.pdf
Areva Solar 2018. Aurinkolaskuri. [14.9.2018]. Saatavilla http://www.arevasolar.fi/fi/aurinkolaskuri
Aurinkovirta 2018. Kiinnitystelineet. [1.9.2018]. Saatavilla
http://www.aurinkovirta.fi/aurinkosahko/aurinkovoimala/kiinnitysteline/
Askari Mohammad Badger, Mirzaei Vahid, Mirhabibi Mohsen 2015. Types of solar cells and application. [3.9.2018]. Saatavilla
http://article.sciencepublishinggroup.com/pdf/10.11648.j.ajop.20150305.17.pdf
British Petrolium 2017. Oil reserves. [20.7.2018]. Saatavilla
https://www.bp.com/en/global/corporate/energy-economics/statistical-review-of-world-energy/oil/oil-reserves.html
Clean Wire Energy 2018. History behind Germany’s nuclear phase out. [22.7.2018].
Saatavilla
https://www.cleanenergywire.org/factsheets/history-behind-germanys-nuclear-phase-out
Energyinformative 2014. The real lifespan of solar panel. [1.9.2018]. Saatavilla http://energyinformative.org/lifespan-solar-panels/
Europian comission 2012. Solar intensity downloads. [20.7.2018]. Saatavilla http://re.jrc.ec.europa.eu/pvg_download/map_index.html
Electronics tutorials 2018. Bypass diodes in solar panels. [15.8.2018]. Saatavilla https://www.electronics-tutorials.ws/diode/bypass-diodes.html
Finsolar 2018. Aurinkoenergian tilastot. [20.7.2018]. Saatavilla http://www.finsolar.net/aurinkoenergia/aurinkoenergian-tilastot/
Fortum 2018. Aurinkolaskuri. [14.9.2018]. Saatavilla https://aurinkolaskuri.fortum.fi/
Fraunhofer ISE 2017. Current status of concentrator photovoltaic (CPV) technology.
[1.9.2018]. Saatavilla
https://www.ise.fraunhofer.de/content/dam/ise/de/documents/publications/studies/cpv-report-ise-nrel.pdf
Greenmatch 2015. Types of solar panels. [5.9.2018]. Saatavilla https://www.greenmatch.co.uk/blog/2015/09/types-of-solar-panels
Homer energy 2018. PV calculations. [13.9.2018]. Saatavilla
https://www.homerenergy.com/products/pro/docs/3.11/homers_calculations.html
Hänninen 2018. Investoinnin takaisinmaksuaika. [4.9.2018]. Saatavilla https://docplayer.fi/3558263-Investoinnin-takaisinmaksuaika.html
IEA 2014. How solar energy could be the largest source of electricity by mid-century.
[27.8.2018] Saatavilla
https://www.iea.org/newsroom/news/2014/september/how-solar-energy-could-be-the-largest-source-of-electricity-by-mid-century.html
Ilmasto-opas 2017. Ilmasto ja Ilmastojärjestelmä. [19.11.2018]. Saatavilla http://ilmasto-
opas.fi/fi/ilmastonmuutos/ilmio/-/artikkeli/38587818-0832-4835-8c1b-3e33315c240f/ilmasto-ja-ilmastojarjestelma.html
Ilmatieteenlaitos 2017. Avoimen datamme hyödyntäjille. [6.11.2017]. Saatavilla https://ilmatieteenlaitos.fi/esimerkkeja-avoimen-datan-hyodyntajista
Ilmatieteenlaitos 2018. Vuoden 2017 sää. [6.11.2017]. Saatavilla https://ilmatieteenlaitos.fi/vuosi-2017
Irena 2018. International renewable energy agency renewable energy statistics. [21.7.2018].
Saatavissa
http://resourceirena.irena.org/gateway/dashboard/
Lumise 2018. Kaapelin poikkipinta-alan valinta. [15.9.2018]. Saatavilla https://www.lumise.fi/file_view.php?name=0/Latausyksikk_-5A.pdf
Lumme-energia 2018. Tuet ja avustukset aurinkosähköön. [1.9.2018]. Saatavilla https://www.lumme-energia.fi/aurinkosahko/tuet-ja-avustukset/
Lvd 2015. Solar derating factor. [14.9.2018]. Saatavilla http://www.lwd.com/solar/deratingfactors.htm
Mollick 2006. Establishing Moore’s Law. [19.11.2018]. Saatavilla
https://www.researchgate.net/publication/3331068_Establishing_Moore's_Law
Motiva 2016. Verkkoon liitetty aurinkosähköjärjestelmä. [10.9.2018]. Saatavilla
https://www.motiva.fi/ratkaisut/uusiutuva_energia/aurinkosahko/jarjestelman_valinta/tarvit tava_laitteisto/verkkoon_liitetty_aurinkosahkojarjestelma
Motiva 2018a. Auringon säteilyn määrä Suomessa. [5.8.2018]. Saatavilla
https://www.motiva.fi/ratkaisut/uusiutuva_energia/aurinkosahko/aurinkosahkon_perusteet/
auringonsateilyn_maara_suomessa
Motiva 2018b. Lupa-asiat. [10.9.2018]. Saatavilla
https://www.motiva.fi/ratkaisut/uusiutuva_energia/aurinkosahko/ennen_jarjestelman_hanki ntaa/lupa-asiat
Partain Larry, Hansen Richard and Hansen Shirley 2016. ‘Swanson’s Law’ plan to mitigate global climate chance. [19.11.2018]. Saatavilla
https://www.researchgate.net/publication/311255868_'Swanson's_Law'_plan_to_mitigate_
global_climate_change
Pennstate 2018. Collector orientation. [13.9.2018]. Saatavilla https://www.e-education.psu.edu/eme810/node/576
Playgreen 2018. Valmiit aurinkopaneelijärjestemät. [13.9.2018]. Saatavilla http://verkkokauppa.playgreen.fi/category/40/valmiit-aurinkopaneelijarjestelmat
PVeducation 2018. Nominal operating cell temperature. [13.9.2018]. Saatavilla https://www.pveducation.org/pvcdrom/modules/nominal-operating-cell-temperature
PVWATTS 2018. PVWATTS calculator. [14.9.2018]. Saatavilla https://pvwatts.nrel.gov/
Rexel 2018. Rexel aurinkosähköjärjestelmät. [1.9.2018]. Saatavilla https://www.rexel.fi/globalassets/palvelut/rexel-aurinkoenergia-low.pdf
Scientific American 2011. Smaller, cheaper, faster: Does Moore’s law apply to solar cells.
[27.8.2018]. Saatavilla:
https://blogs.scientificamerican.com/guest-blog/smaller-cheaper-faster-does-moores-law-apply-to-solar-cells/
SMA-sunny 2015. 7 reasons why you should oversize PV array. [5.9.2018]. Saatavilla:
https://www.sma-sunny.com/en/7-reasons-why-you-should-oversize-your-pv-array-2/
Solar Energy Mgmt 2018. Orlando, Florida power systems. [25.7.2018]. Saatavilla https://solarenergymgmt.com/orlando-solar-power-solar-panels-orlando-fl-new
Solar choice 2017. Sizing inverters to optimize solar panel system efficiency. [5.9.2018].
Saatavilla
https://www.solarchoice.net.au/blog/optimizing-solar-panel-system-efficiency-through-inverter-sizing/
Solar facts and advices 2013. Cadnium Telluride- Good and the bad. [1.9.2018]. Saatavilla http://www.solar-facts-and-advice.com/cadmium-telluride.html
Suntekno 2013. Aurinkoenergia. [20.8.2018]. Saatavilla
http://suntekno.bonsait.fi/resources/public/tietopankki/aurinkoenergia.pdf
The World Bank 2016. Solar energy to power India of the future. [20.7.2018]. Saatavilla http://www.worldbank.org/en/news/feature/2016/06/30/solar-energy-to-power-india-of-the-future
Tindosolar 2017. Micro-inverters. [10.9.2018]. Saatavilla http://www.tindosolar.com.au/learn-more/micro-inverters/
Ton 2005. Summary Report on the DOE High-tech Inverter workshop. [19.11.2018].
Saatavilla
https://web.archive.org/web/20120227145827/http://www1.eere.energy.gov/solar/pdfs/inv erter_ii_workshop.pdf
Vaasan sähkö Oy 2018. Aurinkossähkön suosio kasvaa vauhdilla. [19.11.2018]. Saatavilla
https://www.sttinfo.fi/tiedote/aurinkosahkon-suosio-kasvaa-vauhdilla?publisherId=58661976&releaseId=68823858
Ympäristöministeriö 2013a. Kioton ilmastosopimus. [15.7.2018]. Saatavilla http://www.ym.fi/pariisi2015
Ympäristöministeriö 2017b. Pariisin ilmastosopimus. [15.9.2018]. Saatavilla http://www.ym.fi/pariisi2015