Aurinkosähkön hyödyntäminen tehdaskiinteistössä

2020

Topias Soini

AURINKOSÄHKÖN HYÖDYNTÄMINEN

TEHDASKIINTEISTÖSSÄ

Energia- ja ympäristötekniikka 2020 | 47 sivua

Topias Soini

AURINKOSÄHKÖN HYÖDYNTÄMINEN TEHDASKIINTEISTÖSSÄ

Tämän opinnäytetyön tarkoituksena oli suunnitella verkkoon kytkettävä aurinkosähköjärjestelmä sekä selvittää hankinnassa huomioon otettavat lupa-asiat ja sopimukset. Lisäksi laaditaan arviot järjestelmän kokonaistuotannosta sekä taloudellisesta kannattavuudesta. Työn toimeksiantajan toiveena oli korvata osa verkosta ostettavasta sähköstä omavaraisella aurinkoenergialla.

Työssä käytettiin apuna Valentin Softwaren PV*Sol-simulointiohjelmistoa. Ohjelmiston avulla voidaan selvittää voimalan taloudellista kannattavuutta ja voimalan tuotantoarvio, kun tiedetään halutun voimalan koko, maantieteellinen sijainti, asennustapa sekä kohteen sähkönkulutus.

Työn tulokset osoittavat, että aurinkosähköjärjestelmä on nykyään varteenotettava vaihtoehto myös Suomen olosuhteissa, mikäli halutaan tuottaa uusiutuvaa energiaa ja vähentää verkosta ostettavan sähkön määrää. Työn tuloksena saatiin yritykselle aineistoa järjestelmän hankinnasta, vaadittavista lupa-asioista sekä taloudellisesta kannattavuudesta. Yritys voi hyödyntää aineistoa tehdessään investointipäätöstä aurinkovoimalasta.

ASIASANAT:

aurinkoenergia, aurinkosähkö, aurinkopaneeli, kannattavuus

Energy and Environmental Engineering 2020 | 47 pages

Topias Soini

UTILIZING SOLAR ENERGY IN A FACTORY BUILDING

The purpose of this thesis was to design a grid-connected photovoltaic system and to find out the permit issues and agreements to be taken into account in the procurement. In addition, estimates are made of the system’s total energy production and financial profitability. The client wished to replace part of the electricity purchased from the grid with self-sufficient solar energy.

Valentin Software’s simulation software called PV*Sol was used as an aid in this thesis. The software can be used to determine the economic profitability and production estimate of a solar power plant, if we know the size of the desired plant, its geographical location, the method of installation and the electricity consumption of the site.

The results of the work show that a photovoltaic system is a viable option even in Finland, if you want to produce renewable energy and reduce the amount of electricity purchased from the grid.

As a result of this thesis the company has material for the procurement of the system, the required permits and financial profitability of the system. The company can utilize the material when making an investment decision on a solar power plant.

KEYWORDS:

solar energy, photovoltaic, solar panel, profitability

KÄYTETYT LYHENTEET TAI SANASTO 7

1 JOHDANTO 8

2 AURINKOENERGIA 9

2.1 Aurinko 9

2.2 Auringon säteily 10

2.3 Auringon säteily Suomessa 11

3 AURINKOSÄHKÖ 14

3.1 Aurinkosähkön markkinatilanne 15

3.1.1 Asennettu kapasiteetti 15

3.1.2 Aurinkosähkön hintakehitys 17

3.2 Aurinkopaneeli 18

3.2.1 Aurinkopaneelin toiminta 21

3.2.2 Aurinkopaneelin ominaiskäyrä 23

3.2.3 Aurinkopaneelin teho 24

3.2.4 Lämpötilan vaikutus paneelin tehoon 25

3.2.5 Aurinkopaneelin sijainti, suuntaus ja kallistuskulma 27

3.3 Aurinkosähköjärjestelmät 29

4 AURINKOSÄHKÖJÄRJESTELMÄN KANNATTAVUUS 32

4.1 Investointikulut 32

4.2 Paneelien vuosituotto 33

4.3 Ostosähkön hinta ja hinnan kehitys 33

4.4 Aurinkopaneelien tuotantotehon lasku 34

4.5 Verkkoon myydyn sähkön hinta ja itse käytetyn sähkön osuus 34 5 HANKINTAPROSESSI, LUVAT JA ILMOITUKSET 36

5.1 Energiateollisuuden suositukset 36

5.2 Kunnan rakennusvalvontaviranomaisen vaatimat luvat 37 5.3 Paikallisen sähköverkkoyhtiön vaatimukset verkkoon liittymiseen 38

5.4 Sähkön myynti verkkoon 38

5.5 Sähköverovelvollisuus 39

6.2 Voimalan sijoittaminen 41

7 TULOKSET 42

7.1 Simulointiohjelmisto 42

7.2 Järjestelmän tuotto 43

7.3 Takaisinmaksuaika ja sijoitetun pääoman tuotto 43

8 YHTEENVETO 45

LÄHTEET 46

KUVAT

Kuva 1. Maapallon kierto auringon ympäri (Suntekno 2010). 9 Kuva 2. Auringon säteily maahan (Suomen Aurinkosuojaus Ry 2016). 11 Kuva 3. Helsingin ja Rostockin säteilymäärät kuukausittain (YLE, Ilmatieteen laitos). 12 Kuva 4. Suomen vuotuinen auringon säteilymäärä vaakasuoralle pinnalle. Keskiarvo

vuosilta 1981–2010 (YLE, Ilmatieteen laitos). 13

Kuva 5. Aurinkosähkön tuotantokapasiteetti maailmassa (IRENA 2019b). 16 Kuva 6. Aurinkosähkön tuotantokapasiteetti Suomessa (IRENA, Energiavirasto). 17

Kuva 7. Aurinkosähkön kustannusjakauma (IRENA 2017). 18

Kuva 8. Aurinkopaneeliston koostuminen (Samlex Solar 2012). 19 Kuva 9. Yksikiteinen aurinkopaneeli ja kenno (Ledwatcher 2016). 20 Kuva 10. Monikiteinen aurinkopaneeli ja kenno (Ledwatcher 2016). 20 Kuva 11. Amorfinen ohutkalvopaneeli ja kenno (Ledwatcher 2016). 21 Kuva 12. Kennotyyppien ominaisuuksia (Sähkötieto ry, 2017). 21 Kuva 13. Aurinkokennon toimintaperiaate (Suntekno 2010). 22 Kuva 14. 50 Wp aurinkopaneelin ominaiskäyrä eri säteilyvoimakkuuksilla (Suntekno

2010). 24

Kuva 15. Lämpötilan vaikutus aurinkopaneelin ominaiskäyrään (Suntekno 2010). 26 Kuva 16. Aurinkopaneelin tehon riippuvuus lämpötilasta, kun lämpötilakertoimen arvo

on -0,35 %/°C (Suntekno 2010). 27

Kuva 17. Ilmansuunnan vaikutus aurinkopaneelien vuotuiseen tuottoon (Motiva 2019b.) 28 Kuva 18. Tulokulman vaikutus paneelin tehoon (Suntekno 2010). 29 Kuva 19. Verkkoon kytketty aurinkosähköjärjestelmä (Motiva 2019d). 30 Kuva 20. Itsenäinen aurinkosähköjärjestelmä (Motiva 2019d). 30 Kuva 21. Sähkön hinnan kehitys kuluttajatyypeittäin (Käpylehto 2016, 95). 34 Kuva 22. Sähkön osto- ja myyntihinnan muodostuminen (Aurinkosähköjärjestelmän

hankintaopas, 2018). 35

Kuva 26. 360 kWp aurinkosähköjärjestelmän arvioitu takaisinmaksuaika. 44

Aggregaatti Sähköä tuottava laite, joka käyttää yleensä nestemäistä polttoainetta kuten bensiini tai diesel.

Aurinkokenno Komponentti, joka muuttaa auringonsäteilyn sähköenergiaksi.

Aurinkopaneeli Useista sarjaan ja rinnan kytketyistä kennoista muodostuva sähköntuotantolaite.

Aurinkovakio Auringonsäteilyn voimakkuus neliömetrin

kokoiselle alueelle maan ilmakehän ulkopuolella.

Eo = 1368 W/m².

Invertteri Laite, joka muuntaa aurinkopaneelien tuottaman tasavirran vaihtovirraksi.

GW Gigawatti

kW Kilowatti

kWh Kilowattitunti

MW Megawatti

MWh Megawattitunti

MPP Maksimitehopiste. Ne paneelin virran ja jännitteen arvot, joilla saavutetaan suurin mahdollinen teho kussakin olosuhteissa.

Nimellisteho Paneelin teho testiolosuhteissa. Ilmoitetaan yleensä huippuwatteina (Wp).

Puolijohde Materiaali, joka johtaa sähköä paremmin kuin eriste, mutta huonommin kuin metalli.

STC Standarditestiolosuhteet, jossa valmistajat ilmoittavat aurin- kopaneelien ominaisuudet.

Ylijäämäsähkö Se osa paikallisesti tuotetusta sähköstä, jota ei pystytä itse kuluttamaan suoraan kohteessa.

1 JOHDANTO

Luotettava energiajärjestelmä on nykyaikaisen yhteiskunnan perusedellytys. Ilmaston lämpeneminen ja ilmastonmuutos ovat kiistatta yksiä suurimmista ongelmista nykymaa- ilmassa. On olemassa tieteellinen yhteisymmärrys siitä, että nykyinen ilmastonlämpene- minen johtuu todennäköisimmin ihmisen toiminnasta ja etenkin fossiilisten polttoaineiden aiheuttamista päästöistä.

Samaan aikaan uusiutuvien energianmuotojen, kuten aurinkoenergian ja tuulivoiman, kustannukset ovat tulleet viimeisten vuosien aikana huomattavasti halvemmiksi. Tästä syystä yhä useammat kotitaloudet ja yritykset ovat alkaneet harkitsemaan uusiutuvien energiamuotojen hyödyntämistä omassa toiminnassaan ja myös aurinkoenergian käyttö on lisääntynyt viime vuosina voimakkaasti maailmanlaajuisesti.

Tämän opinnäytetyön tarkoituksena on suunnitella ja tehdä selvitys verkkoon kytkettä- vän aurinkosähköjärjestelmän hyödyntämisestä ja kannattavuudesta työn toimeksianta- jalle Naantalissa. Työn lähtökohtana oli vähentää yrityksen ostosähkön tarvetta ja lisätä omavaraisen uusiutuvan energian määrää. Mitoituksen pääajatuksena on, että suurin osa tuotetusta sähköenergiasta menisi omaan käyttöön ja mahdollisimman vähän myy- täisiin verkkoon. Työssä on käytetty apuna simulointiohjelmistoa, jonka avulla on simu- loitu järjestelmän tuottoa sekä taloudellista kannattavuutta.

Opinnäytetyössä käsitellään aurinkoenergian perusteita, aurinkosähköjärjestelmän toi- mintaa, aurinkosähkön hintakehitystä, järjestelmän hankintaan liittyviä toimenpiteitä ja lupa-asioita, sekä järjestelmän tuottoa ja taloudellista kannattavuutta. Opinnäytetyön tu- losten on tarkoitus antaa yritykselle aineisto, joka toimii apuna yrityksen mahdolliselle aurinkosähköinvestoinnille.

2 AURINKOENERGIA

2.1 Aurinko

Aurinko on kaasupallo, jonka ulkokuori koostuu enimmäkseen vedystä (75 %) ja heliu- mista (23 %). Loput kuoresta koostuu muista alkuaineista, kuten hapesta, hiilestä, rau- dasta, typestä sekä maapallolla tuntemattomista kemiallisista yhdisteistä. (Tahkokorpi 2016, 11.) Maapallo kiertää aurinkoa keskimäärin 150 miljoonan kilometrin etäisyydellä hieman ellipsin muotoisella radalla. Tästä syystä maapallo on lähinnä aurinkoa tammi- kuussa ja kauimpana auringosta kesäkuussa. Vuodenaikojen vaihtelut johtuvat maapal- lon noin 23,5 astetta kallistuneesta pyörimisakselista. Kallistuman takia pohjoinen pal- lonpuolisko saa vähemmän aurinkoa vuodenvaihteessa, jolloin eteläisellä pallonpuolis- kolla on kesä. (Suntekno 2010.) Kuvassa 1 on havainnollistettu maapallon liikettä aurin- gon ympäri.

Kuva 1. Maapallon kierto auringon ympäri (Suntekno 2010).

Maapallolla käytettävissä ydinvoimaloissa energia on peräisin fissioreaktiosta, jossa ras- kaan atomin, kuten uraani U-235 ydin hajoitetaan pienemmiksi tytärytimiksi samalla va- pauttaen energiaa. Auringossa reaktio on päinvastainen. Auringon säteilemä energia on peräisin sen ytimessä tapahtuvasta fuusioreaktiosta. Fuusiossa eli lämpöydinreaktiossa

kaksi vetyatomin ydintä, kaksi protonia ja kaksi neutronia yhdistyy heliumatomin yti- meksi. Auringossa fuusioituu joka sekunti 600 miljoonaa tonnia vetyä 596 miljoonaksi tonniksi heliumia, josta vapautuva energia antaa auringolle sen kokonaistehon 3,8 x 10²³ kW. Tästä kokonaistehosta maapallolle tulee noin 1,7 x 10¹⁴ kW. Määrä vastaa noin 20 000 -kertaisesti koko maapallon teollisuuden ja lämmityksen käyttämää tehoa. Fuu- sioreaktiossa syntyvää valtavaa energiamäärää kuvaa hyvin se, että yhden vetygram- man lämpöarvo on sama kuin 27 tonnilla hiiltä. (Erat ym. 2008, 10.)

2.2 Auringon säteily

Kaikki teoreettisesti mahdollinen säteily ei saavu maanpinnalle asti, sillä ilmakehän kaa- sumolekyylit ja vesihöyry sekä erilaiset ilmansaasteet ja pöly vaimentavat maanpinnalle tulevan säteilyn määrää merkittävästi. Säteilyn voimakkuus ilmakehän ulkopuolella ne- liömetrin kokoiselle alueelle on keskimäärin 1 368 W/m² (aurinkovakio), kun taas maan- pinnalla mitattuna saadaan yleensä noin 800–1 000 W/m² säteilyteho. Parhaimmillaan säteilyn tehosta häviää noin 40 % ilmakehän läpi kulkiessaan. Myös vuodenajalla sekä kellonajalla on suuri merkitys maanpinnalle saapuvaan säteilytehoon. Säteilyn voimak- kuus on pienempi silloin, kun aurinko on lähellä horisonttia eli nousemassa tai laske- massa, koska silloin säteily joutuu kulkemaan pidemmän matkan ilmakehässä. Samasta syystä myös talvella säteilyteho on pienempi kuin kesällä. (Tahkokorpi 2016, 13–14.) Auringon säteily jaetaan tavallisesti kolmeen osaan:

•suora säteily

•hajasäteily

•heijastunut säteily

Suora säteily tarkoittaa suoraan auringosta tulevaa säteilyä, joka ei ole muuttanut suun- taansa matkalla auringosta tarkastelupisteeseen. Hajasäteily on taivaalta tulevaa sätei- lyä, joka tulee muusta suunnasta kuin suoraan auringosta kuten pilvistä, ilman epäpuh- tauksista ja muusta vastaavasta sironnutta säteilyä. Heijastunut säteily tarkoittaa maan- pinnasta, vesistöjen pinnasta, rakennuksista ja muista vastaavista kiinteistä kohteista heijastunutta säteilyä. (Motiva 2019a.) Kuvassa 2 on havainnollistettu säteilyn eri tyyp- pejä.

Kuva 2. Auringon säteily maahan (Suomen Aurinkosuojaus Ry 2016).

Tyypillisimmin ilmastomittauksissa kohteena on kokonaissäteily, joka on suoran aurin- gonsäteilyn ja hajasäteilyn summa. Aurinkoenergian hyödyntämisen kannalta myös hei- jastunut säteily voi kuitenkin olla merkittävää, etenkin kevättalvella, kun lumi on vielä maassa. (Tahkokorpi 2016, 30.) Lumesta, kattopinnoista ja vedestä heijastunut säteily voi lisätä kallistetuille paneeleille tulevaa kokonaissäteilyä hetkellisesti jopa yli 20 %.

(Motiva 2019a.)

2.3 Auringon säteily Suomessa

Suomessa merkittävä osa kokonaissäteilystä on hajasäteilyä. Etelä-Suomessa keski- määrin noin puolet vaakatasolle pinnalle tulevasta vuotuisesta säteilystä on hajasäteilyä.

Pilvisenä päivänä hajasäteilyn osuus voi olla jopa 80 % ja kirkkaana kesäpäivänä noin 20 %. (Tahkokorpi 2016, 14.) Aurinkopaneelien tuottaman energian kannalta ei ole kui- tenkaan suurta merkitystä, onko paneelille tuleva säteily suoraa vai hajasäteilyä. (Motiva 2019a.)

Auringonsäteilyn teho ja aurinkoisten tuntien määrä vaihtelevat maapallon liikkeiden mu- kaan. Etelä-Suomessa päästään lähes samaan vuotuiseen kokonaissäteilyn määrään kuin Pohjois-Saksassa, joka on yksi kotitalouksien tuottaman aurinkosähkön kärkimaita.

Suomen pohjoisen sijainnin takia auringon säteily jakautuu kuitenkin eteläisempään Eu- rooppaan verrattuna enemmän kesäkuukausille, joten tuotanto vaihtelee huomattavasti vuodenaikojen mukaan. (Motiva 2019a.) Suomessa tyypillistä on myös se, että aurinko

paistaa suuren osan ajasta suhteellisen alhaalta, joten ympäristön varjostuksista on täl- löin suurempi haitta. (Tahkokorpi 2016, 23.)

Kuvassa 3 on esitetty ilmatieteen laitoksen aurinkosähkötutkimuksessa tehty vertailu Helsingin ja Pohjois-Saksassa Itämeren rannalla sijaitsevan satamakaupunki Rostockin välillä. Kuvasta voidaan todeta, että Helsingissä saadaan ainakin viiden kuukauden ajan saman verran tai enemmän säteilyä kuin Rostockissa. Koko vuoden säteilykertymä on Rostockissa vain noin 5 % suurempi kuin Helsingissä ja kesäkuukausina Helsingissä saadaan jopa enemmän säteilyenergiaa. (Ilmatieteen laitos.)

Kuva 3. Helsingin ja Rostockin säteilymäärät kuukausittain (YLE, Ilmatieteen laitos).

Kuvassa 4 on esitetty Suomen pitkän ajan keskiarvo vuotuiselle säteilykertymälle vaa- kasuoralle tasolle. Etelä-Suomessa kokonaissäteilyenergian määrä vaakatasolle pin- nalle on noin 900–1000 kWh/m², Keski-Suomessa noin 850–900 kWh/m² ja Pohjois-Suo- messa noin 725–800 kWh/m² vuodessa. Hyödynnettävän säteilyn määrää voidaan kui- tenkin nostaa merkittävästi, jopa 20–30 % vuositasolla, suuntaamalla paneelit etelään päin noin 40 asteen kulmassa. (Motiva 2019a.) Suomessa auringon säteily on voimak- kaimmillaan toukokuun alun ja heinäkuun lopun välisenä aikana auringon paistaessa

korkeammalta. Vastaavasti marraskuusta helmikuulle säteilyn osuus vuotuisesta sätei- lystä on vain noin 5–10 % Etelä-Suomessa.

Kuva 4. Suomen vuotuinen auringon säteilymäärä vaakasuoralle pinnalle. Keskiarvo vuosilta 1981–2010 (YLE, Ilmatieteen laitos).

3 AURINKOSÄHKÖ

Aurinkosähköllä tarkoitetaan tavallisesti auringon säteilyenergian muuntamista sähkö- energiaksi valosähköisen ilmiön avulla. Valosähköisen ilmiön havaitsi ensimmäistä ker- taa jo vuonna 1839 ranskalainen fyysikko Alexandre-Edmond Becquerel, mutta vasta myöhemmin 1800-luvun lopulla ja 1900-luvun alussa ilmiötä alettiin ymmärtää parem- min. Albert Einstein selitti valosähköisen ilmiön vuonna 1905 valon kvanttiteorian avulla.

(Mertens 2014.)

Vuonna 1950 yhdysvaltalainen Nobel-palkittu fyysikko ja tiedemies William B. Shockley esitti selityksen pn-liitoksen toiminnasta ja loi näin teoreettiset perusteet yhä tänään käy- tettäville aurinkokennoille. Neljä vuotta myöhemmin näiden tietojen pohjalta luotiin en- simmäinen pii-aurinkokenno, jonka hyötysuhde oli 6 %. Hyötysuhde saatiin seuraavan parin vuoden aikana kasvamaan kymmeneen prosenttiin, mutta silloisten aurinkokenno- jen kalliin valmistushinnan takia niitä käytettiin aluksi lähinnä satelliiteissa. 1900-luvun loppupuolella erinäiset tapahtumat, kuten vuoden 1973 öljykriisi ja ydinvoimaonnetto- muudet pakottivat hallitukset miettimään vaihtoehtoisia energian lähteitä. Teknologian kehitys, kansalliset lainsäädännöt ja tuet johtivat aurinkosähkön voimakkaaseen kas- vuun 2000-luvulla ja aurinkosähköstä tuli pian yksi nopeimmin kasvavista uusiutuvista energiamuodoista maailmassa. (Mertens 2014.)

Aurinkosähköllä on monia etuja perinteisiin energian tuotantomuotoihin verrattuna. Se on käytännössä päästötöntä lukuun ottamatta valmistuksesta, kuljetuksesta ja asennuk- sesta syntyviä päästöjä. Aurinkosähköjärjestelmissä ei ole liikkuvia osia, joten ne ovat yksinkertaisia, hiljaisia, helppoja asentaa ja laajentaa tarvittaessa sekä ne vaativat vain vähän huoltoa. Aurinkopaneelien käyttöikä on suhteellisen pitkä, jopa 30 vuotta. Useat aurinkopaneelivalmistajat tarjoavat paneeleille tyypillisesti 25 vuoden tuotantotakuun, mikä tarkoittaa, että paneelien tuottama teho on vielä 25 vuoden kuluttua 80 % alkupe- räisestä. Suomessa aurinkosähkön haittapuolena on tuotannon suuri vuodenaikaisvaih- telu. (Vattenfall 2018.)

3.1 Aurinkosähkön markkinatilanne

Aurinkosähkö on yksi nopeimmin kasvavista uusiutuvan energian tuotantomuodoista ja sillä uskotaan olevan tärkeä merkitys yhtenä osana tulevaisuuden energiantuotantoa.

Joissain arvioissa odotetaan, että aurinkosähkö tuottaa kolmanneksen maapallon säh- köstä vuonna 2050. Aurinkosähkön voimakasta kasvua ovat kiihdyttäneet muun muassa syöttötariffit, verohelpotukset sekä muut hallitusten tarjoamat kannustimet. Aurinkosäh- köä voidaan hyödyntää sekä isoissa kaupallisissa kohteissa että pienemmissä järjestel- missä, kuten kotitalouksissa ja henkilökohtaisessa käytössä.

Aurinkosähkö on loistava vaihtoehto tuottaa sähköä ihmisille, jotka eivät asu lähellä voi- mansiirtolinjoja, etenkin kehitysmaissa, joissa auringon korkean säteilyintensiteetin takia aurinkosähkö on jo nyt edullisin tapa tuottaa energiaa. Aurinkopaneelien valmistuskus- tannukset ovat laskeneet voimakkaasti viimeisen vuosikymmenen aikana, mikä tekee niistä paitsi kohtuuhintaisen, joissain tapauksissa jopa halvimman sähköntuotantomuo- don. Asennetun kapasiteetin noususuunnan ja alenevien järjestelmäkustannusten odo- tetaan säilyvän myös tulevina vuosina. (IRENA 2019a.)

3.1.1 Asennettu kapasiteetti

Kuvassa 5 on esitetty aurinkosähkön tuotantokapasiteetin kehitystä maailmassa. Kan- sainvälisen uusiutuvan energian viraston (IRENA 2019b) mukaan globaali kumulatiivi- nen aurinkosähkökapasiteetti oli 480,3 GW joulukuun 2018 lopussa. Lisäystä edellisvuo- den lopulta tapahtui 94,2 GW eli noin 24 %. Vertailun vuoksi vesivoiman kokonaiskapa- siteetti maailmassa oli vuoden 2018 lopussa 1 172 GW ja tuulivoiman 564 GW.

Kuva 5. Aurinkosähkön tuotantokapasiteetti maailmassa (IRENA 2019b).

Suurin osa kapasiteetista, eli noin 274,6 GW on Aasiassa, josta suurin osa sijaitsee Kii- nassa (175 GW). Euroopassa ja Pohjois-Amerikassa vastaavasti tuotantokapasiteetit ovat noin 119,3 GW ja 55,3 GW. Suurimmat aurinkosähkön tuottajamaat Euroopassa ovat Saksa (45,9 GW), Italia (20,1 GW), Yhdistynyt kuningaskunta (13,4 GW), Ranska (9,4 GW), Turkki (5,0 GW), Espanja (4,7 GW), Alankomaat (4,1 GW) ja Belgia (4,0 GW).

(IRENA 2019b.)

Kuvassa 6 on esitetty aurinkosähkön tuotantokapasiteetin kehitystä Suomessa. Suo- messa sähköverkkoon liitetyn aurinkosähkön pientuotannon (alle 1 MW yksiköt) kapasi- teetti oli vuoden 2018 lopussa noin 120 MW. Lisäystä edellisvuodesta tapahtui 54 MW eli noin 82 %. Aurinkosähkön osalta suomessa on tällä hetkellä vain yksi yli 1 MW:n voimala. (Energiavirasto 2019.)

Kuva 6. Aurinkosähkön tuotantokapasiteetti Suomessa (IRENA, Energiavirasto).

3.1.2 Aurinkosähkön hintakehitys

Myös aurinkosähköjärjestelmien hinnat ovat laskeneet voimakkaasti viimeisen vuosi- kymmenen aikana. Järjestelmän hinta koostuu monesta eri osasta, kuten asennuksesta, suunnittelusta, paneeleista ja niiden kiinnitysjärjestelmästä, kaapeleista, invertteristä ja muista sähkölaitteista.

Isommat järjestelmät ovat tavallisesti suhteessa halvempia kuin pienemmät järjestelmät.

Mitä suurempi järjestelmä on, sitä edullisempi sen yksikköhinta on aurinkosähköjärjes- telmän kokoon suhteutettuna. (SYKE 2020.)

Kuvassa 7 on esitetty globaali keskiarvo aurinkosähköjärjestelmän eri osien nimellishin- nan (USD/kWp) kehityksestä. Kuvasta voidaan todeta, että nykyinen hintojen lasku on johtunut suurimmaksi osaksi paneelien hintojen nopeasta laskusta. Paneelien hinnat ovat laskeneet keskimäärin jopa 90 % vuoden 2009 lopulta. Järjestelmän kokonaiskus- tannusten ennustetaan pysyvän laskussa, vaikkakin paneelien hintojen odotetaan las- kevan paljon nykyistä maltillisemmin. Tulevaisuudessa aurinkosähköjärjestelmien hin- nan laskuun vaikuttavat merkittävästi myös invertterien, asennustelineiden ja muiden asennuskomponenttien sekä suunnittelu- ja asennustöiden hintojen lasku.

Kuva 7. Aurinkosähkön kustannusjakauma (IRENA 2017).

Käytännössä Suomessakin aurinkosähkön tuotantokustannus on jo alittanut verkosta ostettavan sähkön hinnan, eli on saavutettu niin sanottu verkkopariteetti. (Tahkokorpi 2016, 135.)

3.2 Aurinkopaneeli

Aurinkopaneeli on aurinkokennoista koostuva laite, joka muuttaa auringonsäteilyä säh- köenergiaksi (tasavirraksi) valosähköisen ilmiön avulla. (Motiva 2019c.) Aurinkopaneelit valmistetaan kytkemällä yksittäisiä aurinkokennoja sarjaan tai rinnan siten, että niistä muodostuu yleensä noin 200–330 piikkiwatin nimellistehollinen paneeli. Paneelin jännite on sarjaan kytkettyjen kennojen jännitteiden summa ja rinnan kytkennässä muodostuva kokonaisvirta on rinnan kytkettyjen kennojen yhteenlaskettu virta. Kennot ovat erittäin ohuita ja herkkiä, joten ne on sijoitettu läpinäkyvän etulevyn, yleensä lasin, ja taustalevyn väliin. Tämä suojaa kennoja murtumiselta ja säältä. Paneelin ympärille asennetaan alu- miinikehys, joka helpottaa paneelin kiinnitystä tukirakenteisiin. Paneelin takapuolella on kytkentärasia, josta se voidaan yhdistää toisiin aurinkopaneeleihin tai verkkoinvertteriin.

Kuvassa 8 on havainnollistettu, kuinka aurinkopaneelit koostuvat kennoista ja kun kyt- ketään useita aurinkopaneeleita rinnan tai sarjaan, muodostuu halutun tehoinen aurin-

Kuva 8. Aurinkopaneeliston koostuminen (Samlex Solar 2012).

Aurinkokennojen valmistuksessa yleisin materiaali on pii (Si), koska se on suhteellisen edullista ja se on hyvin yleinen alkuaine maankuoressa. Ohutkalvopaneelien valmistuk- sessa käytetään yleisesti myös kadmium-telluridia (CdTe) ja kupari-indium-gallium-se- lenidiä (CIGS). Lisäksi viime vuosina on kehitetty uusi materiaali eli perovskiittiin perus- tuvat epäorgaaniset Grätzel-kennot. Niiden hyötysuhteen on ennustettu olevan hyvä ja valmistuskustannusten alhaiset. (Tahkokorpi 2016, 137.)

Piitä voidaan käyttää kolmessa eri muodossa: yksi- ja monikiteisenä sekä amorfisessa muodossa. Käytännössä yksi- ja monikiteiset paneelit eroavat toisistaan vain vähän.

Yksikiteiset piikennot on sahattu yhtenäisestä piikiteestä, jonka halkaisija on noin 10–16 cm. Yksikiteinen piikenno on helppo tunnistaa kennon pyöreistä kulmista. Yksikiteisten piikennojen etuna on teoriassa hieman parempi hyötysuhde (n. 15–20 %), sillä yhden- mukainen kiderakenne vähentää rekombinaatiota. Yksikiteisten piikennojen valmistus on kuitenkin hieman kalliimpaa kuin monikiteisten kennojen. Kuvassa 9 on esitetty yksikitei- nen aurinkopaneeli sekä kenno.

Kuva 9. Yksikiteinen aurinkopaneeli ja kenno (Ledwatcher 2016).

Monikiteiset piikennot ovat halvempia, ja ne valmistetaan tavallisesti valamalla. Moniki- teinen kenno on yleensä täysin neliskulmainen, ja siinä on selvästi havaittavissa kidera- kenne. Monikiteiset kennot ovat hyötysuhteeltaan hieman yksikiteisiä piikennoja huo- nompia, ja niiden hyötysuhde on keskimäärin noin 13–16 %. (Erat 2008, 124.) Kuvassa 10 on esitetty monikiteinen aurinkopaneeli sekä kenno.

Kuva 10. Monikiteinen aurinkopaneeli ja kenno (Ledwatcher 2016).

Amorfisesta piistä voidaan valmistaa ohutkalvopaneeleita. Amorfisessa kiderakenteessa atomit ovat niin sanotusti täydellisessä epäjärjestyksessä. Amorfisesta piistä valmistetut kennot ovat kevyitä, ohuita ja taipuisia ja niillä on yleensä hieman parempi varjonsieto- kyky. Ne ovat halpoja valmistaa, mutta niiden hyötysuhde on yleensä vain noin 8–10 %.

Ohutkalvopaneelien teho pinta-alaa kohden on pienempi kuin kiderakenteisilla panee-

yksi- ja monikidepaneeleita lyhyempi. (Erat 2008, 125.) Kuvassa 11 on esitetty amorfinen ohutkalvopaneeli sekä kenno.

Kuva 11. Amorfinen ohutkalvopaneeli ja kenno (Ledwatcher 2016).

Kuvassa 12 on vertailtu eri kennotyyppien ominaisuuksia. Kuvasta selviää eri kennotyyp- pien hyötysuhteet, lämpötilan sietokyky, mekaaninen kestävyys, varjostus, käyttöikä sekä hintaluokka.

Kuva 12. Kennotyyppien ominaisuuksia (Sähkötieto ry, 2017).

3.2.1 Aurinkopaneelin toiminta

Aurinkopaneelin pääasiallinen tehtävä on muuttaa auringon valoa suoraan sähkövir- raksi. Aurinkokennojen toiminta perustuu puolijohteille. Puolijohde on materiaali, jonka sähkönjohtavuus huoneenlämpötilassa on johteen ja eristeen välillä. Aurinkokenno on periaatteessa hyvin suuri fotodiodi, jossa on yhdistetty kaksi eri tyyppistä

puolijohdemateriaalikerrosta, boorilla seostettu p-tyypin kerros ja fosforilla seostettu n- tyypin kerros. Näiden kerrosten välille syntyy pn-liitos. Kun kenno altistuu auringon va- lolle, niin ainakin osalla fotoneista on riittävän suuri energia läpäisemään ohut pintaker- ros ja ne pääsevät pn-liitokseen, jossa ne voivat muodostaa varauksenkuljettajia eli elektroniaukkopareja ja sitä kautta sähkövirran. Lähellä pn-liitosta muodostuvista pa- reista elektronit siirtyvät n-puolelle ja aukot p-puolelle. Liitoksen väliin jäävälle rajapin- nalle syntyy tämän takia sähkökenttä, joka estää varausten siirtymisen rajapinnan yli n- puolelta p-puolelle, ja näin ollen kennon ylä- ja alapinnan välille syntyy jännite-ero ja liitos voi toimia ulkoisen piirin jännitelähteenä. (Suntekno 2010.) Kuvassa 13 on esitetty aurin- kokennon toimintaperiaate.

Kuva 13. Aurinkokennon toimintaperiaate (Suntekno 2010).

Piikennojen teoreettinen hyötysuhde on noin 31 %, mutta hyötysuhdetta heikentävät muun muassa metallijohtimien liitokset, resistanssi sekä paneelin päällä olevasta lasista syntyvät heijastukset. Nykyisin lasin pinnalla onkin alettu käyttää heijastusta vähentävää pinnoitetta, minkä ansiosta paneelin hyötysuhdetta saadaan paremmaksi. Lisäksi on ha- vaittu, että tummempi paneeli heijastaa vähemmän auringon valoa. Aurinkokennossa ei ole liikkuvia osia ja sen rakenne on kemiallisesti hyvin stabiili, minkä takia paneelien tek-

Aurinkokennon koko on tyypillisesti 156 mm x 156 mm ja paksuus noin 0,15–0,2 mm.

Yksi aurinkokenno tuottaa noin 0,5–0,6 V nimellisjännitteen. Kennojen määrä vaihtelee paneelin koon mukaan, mutta tyypillisesti yhdessä paneelissa on 60 tai 72 kennoa. Esi- merkiksi 60 kennoinen paneeli tuottaa siis noin 30–36 V nimellisjännitteen. Kennosta saatava sähkövirta riippuu kennon pinta-alasta ja auringon säteilyn voimakkuudesta, sillä sähkövirta on suoraan verrannollinen muodostuvien elektroniaukkoparien lukumää- rään. Kirkkaalla auringonpaisteella kennot tuottavat sähkövirtaa noin 32 mA/cm². Tämä tarkoittaa, että esimerkiksi 156 mm x 156 mm suuruinen kenno tuottaa maksimissaan 7,8 A virran. Jos kennot kytketään sarjaan, on paneelista saatava virta yhtä suuri kuin yhden kennon tuottama virta. (Suntekno 2010.)

3.2.2 Aurinkopaneelin ominaiskäyrä

Aurinkopaneelin ominaiskäyrä ilmoittaa virran ja jännitteen arvot, joilla paneeli voi toimia.

Ominaiskäyrään liittyviä pisteitä ovat tyhjäkäyntijännite (Voc), oikosulkuvirta (Isc) ja mak- simitehopiste (MPP). Maksimitehopisteellä kuvataan virran ja jännitteen arvoja, joilla pa- neelista saadaan suurin teho kussakin käyttöolosuhteissa. Aurinkokennolle ominaista on, että valaistusolosuhteiden muuttuessa virran ja jännitteen suhde ei pysy samana.

Sen takia invertterin tekemä jatkuva optimointi on tarpeellista. Oikosulkuvirta tarkoittaa paneelin tuottamaa enimmäisvirtaa, kun paneelin navat ovat kytkettynä oikosulkuun. Pa- neelin suurin jännite eli tyhjäkäyntijännite saadaan, kun paneeliin ei ole kytketty mitään kuormaa. (Suntekno 2010.)

Kuvassa 14 on esitetty 50 Wp aurinkopaneelin ominaiskäyrä kolmella eri auringonsätei- lyn voimakkuudella lämpötilassa +25 °C. Kuvasta voidaan todeta, että paneelin tuottama virta pienenee lähes suorassa suhteessa säteilyn voimakkuuteen. Myös jännite piene- nee säteilyn heikentyessä. Paneelin maksimitehopiste saavutetaan vähän sen jälkeen, kun virta on käyrällä alkanut laskea. Käytännössä maksimitehopiste on kuitenkin vaikea saavuttaa, sillä valaistusolosuhteet vaihtelevat paljon ja paneelin lämpötilan noustessa sen teho pienenee. (Suntekno 2010.)

Kuva 14. 50 Wp aurinkopaneelin ominaiskäyrä eri säteilyvoimakkuuksilla (Suntekno 2010).

3.2.3 Aurinkopaneelin teho

Aurinkopaneelin teho voidaan laskea Joulen lain kaavalla:

𝑃 = 𝑈𝐼,

jossa P on teho (W), U on jännite (V) ja I on virta (A). Aurinkopaneelin tuottama energia saadaan kaavasta:

𝐸 = 𝑃𝑡,

jossa E on energia (Wh), P on teho (W) ja t on aika (h).

Esimerkiksi kuvan 14 maksimitehopisteen arvoilla napajännitteen ollessa 17 V ja virran 2,8 A saadaan paneelin tehoksi P = 17 V x 2,8 A = 47,6 W. Paneeli tuottaa kyseisessä maksimitehopisteessä kolmen tunnin aikana energiaa E = 47,6 W x 3 h = 142,8 Wh.

Paneelin hyötysuhde η on paneelin tuottaman tehon ja paneelille tulevan säteilyn suhde.

𝜂 =

𝑆𝐴

𝑥 100 %,

jossa P on paneelin tuottama teho, S auringonsäteilyn voimakkuus ja A paneelin pinta- ala. Esimerkiksi, kun paneelin tuottama teho on 47,6 W, auringonsäteilyn voimakkuus 800 W/m² ja paneelin pinta-ala 0,42 m², on hyötysuhde noin 14 %.

Paneeliin kytketty kuorma tai akusto määrää paneelin jännitteen ja virta hakeutuu ky- seistä jännitettä vastaavaan pisteeseen kulloistakin säteilyä ja lämpötilaa vastaavalla ominaiskäyrällä. Kuorma voidaan laskea Ohmin laista:

𝑅 =

𝐼

Kun kuorman resistanssi on pieni, pienenee näin ollen myös jännite ja paneelin tuottama teho. Toisaalta jos resistanssi on liian suuri, virta pienenee ja myös silloin paneelin tuot- tama teho jää pieneksi. Paneelin suurin teho saavutetaan aina ominaiskäyrän maksimi- tehopisteessä. Maksimitehopiste kuitenkin muuttuu esimerkiksi säteilyn voimakkuuden tai paneelin lämpötilan muuttuessa ja siksi myös optimikuorma vaihtelee. (Suntekno 2010.)

Jotta aurinkopaneeleita voidaan helposti vertailla keskenään, niiden nimellisteho (Wp) ilmoitetaan yleensä standarditestiolosuhteissa (STC). Nämä olosuhteet ovat:

• Auringon säteily 1000 W/m²

• Paneelin kennojen lämpötila +25 °C

• Auringon säteilyn spektri normitettu ilmamassalle 1,5.

Suomessa tällaisiin olosuhteisiin voidaan päästä esimerkiksi kirkkaana ja kylmänä kevät- tai syyspäivänä. (Tahkokorpi 2016, 139.)

3.2.4 Lämpötilan vaikutus paneelin tehoon

Aurinkopaneelin teho riippuu monesta eri tekijästä. Säteilyn voimakkuus, tulokulma, suuntaus, auringon korkeus, ilmakehän absorptio sekä paneelin lämpötila kaikki vaikut- tavat osaltaan paneelin tehoon. Kylmä aurinkopaneeli tuottaa paremmin kuin lämmin, mikä johtuu puolijohteen ominaisuuksista. Kun paneelin lämpötila laskee, napajännite

nousee ja sen seurauksena myös teho nousee. Tästä syystä on tärkeää, että asennuk- sissa katon ja paneelien väliin jätetään tilaa, jotta väliin syntyy paneelistoa jäähdyttävä ilmavirta. (Käpylehto 2016, 61–62.)

Kuvassa 15 on esitetty aurinkopaneelin ominaiskäyrä neljässä eri lämpötilassa. Kuvasta huomataan, että paneelin virta kasvaa lämpötilan noustessa. Tämä vaikutus on kuitenkin vain noin +0,065 %/°C. Samalla kuitenkin paneelin napajännite laskee huomattavasti voimakkaammin lämpötilan noustessa. Paneelin jännitteen lasku on yleensä noin -0,5

%/°C ja parhaillakin paneeleilla noin -0,35 %/°C. Tämän takia paneelin tehon alenema on lämpötilan noustessa samaa luokkaa kuin jännitteen lasku. (Suntekno 2010.)

Kuva 15. Lämpötilan vaikutus aurinkopaneelin ominaiskäyrään (Suntekno 2010).

Kuvasta 16 huomataan lämpötilan vaikutus paneelin tuottamaan tehoon lämpötilakertoi- mella -0,35 %/°C. Kun paneelin lämpötila on 0 °C saadaan paneelista noin 10 % enem- män tehoa kuin +25 °C standardiolosuhteissa. Vastaavasti 10 % tehon alenema saavu- tetaan, kun kennojen lämpötila on noin 50 °C–55 °C. Paneelin lämpötila voi nousta kirk- kaassa auringonpaisteessa helposti yli 50 asteeseen vaikka ulkoilman lämpötila olisi vain Suomen kesälle tyypillinen 20 °C–25 °C. (Suntekno 2010.)

Kuva 16. Aurinkopaneelin tehon riippuvuus lämpötilasta, kun lämpötilakertoimen arvo on -0,35 %/°C (Suntekno 2010).

3.2.5 Aurinkopaneelin sijainti, suuntaus ja kallistuskulma

Aurinkopaneelit tulee aina mahdollisuuksien mukaan sijoittaa mahdollisimman varjotto- maan paikkaan, yleensä rakennuksen katolle, mutta myös maa-asennus on mahdolli- nen, mikäli varjotonta maa-aluetta on käytettävissä. Joissain kohteissa paneelit voidaan asentaa myös rakennuksen seinälle. Aurinkopaneelin kennojen sarjaan kytkennän takia mikään kenno ei saisi jäädä kokonaan varjoon. Mitä korkeammalla, ylempänä ja kauem- pana varjostavista esteistä, kuten puista tai tolpista, paneelit sijaitsevat, sitä paremmat mahdollisuudet niillä on tuottaa energiaa. Etenkin talvella, kun Aurinko paistaa matalam- malta kuin kesällä, voivat varjostukset vaikuttaa merkittävästi paneelien energiantuot- toon.

Aurinkopaneelien optimaalinen suuntaus Suomessa on suoraan etelään eli kohti päivän- tasaajaa. Useimmissa tapauksissa aurinkopaneelit asennetaan kuitenkin helppouden vuoksi katon lappeen suuntaisesti, joten aina suoraan etelään suuntaus ei ole mahdol- lista.

Järjestelmän ympärivuotisen tuoton kannalta suuntauksen kulma voi vaihdella noin ± 90°

etelästä. Tällöin vuosittainen tuotto jää kuitenkin hieman pienemmäksi kuin optimaali- sella suuntauksella. Kuvasta 17 nähdään, että kaakkoon tai lounaaseen suunnatut pa- neelit tuottavat vuositasolla vain noin 7 % vähemmän kuin suoraan etelään suunnatut paneelit. Vastaavasti itään tai länteen suunnatut paneelit jäävät vuositasolla noin 25 % etelään suunnattujen paneelien tuotosta. Paneelien suuntaus vaikuttaa myös siihen mi- hin aikaan vuorokaudesta tuottoa tulee. Jos järjestelmän kuormitushuippu on aamulla, on järjestelmä kannattavaa suunnata itään/kaakkoon päin, jos taas kuormitusta on enemmän illalla, kannattaa paneelit suunnata länteen/lounaaseen päin. (Tahkokorpi 2016, 17–18.)

Kuva 17. Ilmansuunnan vaikutus aurinkopaneelien vuotuiseen tuottoon (Motiva 2019b.) Kuvasta 18 voidaan todeta, että aurinkopaneeleista saadaan paras teho säteilyn tullessa paneelin pintaan nähden kohtisuorassa eli kun tulokulma on 0°. Maapallon liikkeen takia auringon korkeus horisontista vaihtelee Suomessa eri vuodenaikoina hyvinkin voimak- kaasti. Sijainnin leveysaste vaikuttaa keskimääräiseen auringon korkeuteen. Suomessa keskimääräinen optimikallistuskulma on noin 38–45 astetta. Tällöin järjestelmä antaa

vuoden mittaan, saadaan vuositasolla noin 30 % enemmän energiaa kuin kiinteällä pa- neelilla. (Tahkokorpi 2016, 18.)

Kuva 18. Tulokulman vaikutus paneelin tehoon (Suntekno 2010).

3.3 Aurinkosähköjärjestelmät

Aurinkosähköjärjestelmät voivat olla joko verkkoon kytkettyjä (on-grid) tai itsenäisiä, jol- loin niitä ei ole kytketty sähköverkkoon (off-grid). Näistä maailmanlaajuisesti yleisempi hyödyntämistapa on verkkoon kytketyt järjestelmät, joita käytetään esimerkiksi asuinkiin- teistöissä. Suomessa off-grid-järjestelmiä on hyödynnetty jo 1980-luvulta lähtien ja suo- malaisilla kesämökeillä onkin noin 80 000 aurinkosähköjärjestelmää, joita ei ole liitetty sähköverkkoon.

Aurinkosähköjärjestelmän pääkomponentit ovat aurinkopaneelit, vaihtosuuntaaja eli in- vertteri, turvakytkin, kaapelit, kiinnitysjärjestelmä sekä akusto, jota käytetään tavallisesti off-grid-järjestelmissä. (Tahkokorpi 2016, 142.) Kuvassa 19 on havainnollistettu tavalli- sen verkkoon kytketyn aurinkosähköjärjestelmän osat ja toimintaperiaate.

Kuva 19. Verkkoon kytketty aurinkosähköjärjestelmä (Motiva 2019d).

Aurinkopaneelit tuottavat tasavirtaa, jonka vaihtosuuntaaja eli invertteri muuttaa laitteille ja yleiseen sähköverkkoon sopivaksi vaihtovirraksi. Aurinkopaneelit kytketään invertterin kautta rakennuksen sähköpääkeskukseen. Aurinkosähköjärjestelmä on myös oltava ero- tettavissa sähköverkosta turvakytkimellä, johon verkkoyhtiöllä on oltava esteetön pääsy.

Kytkin sijaitsee tavallisesti invertterin ja sähköpääkeskuksen välissä. Verkkoon kytketyn järjestelmän tuottama sähkö syötetään ensisijaisesti kiinteistön omaan käyttöön ja mikäli omaa kulutusta ei ole riittävästi voidaan ylijäämäsähkö syöttää edelleen sähköverkkoon.

Järjestelmään kuuluva sähkömittari mittaa verkkoon syötettyä ja sieltä otettua tehoa. Ja- keluverkon haltija huolehtii mittaroinnista.

Kuvassa 20 on esitetty esimerkiksi kesämökillä käytettävän itsenäisen aurinkosähköjär- jestelmän osat ja toimintaperiaate.

Itsenäisissä, verkkoon kytkemättömissä järjestelmissä paneelien tuottama sähkö varas- toidaan akkuihin, mikäli sähkön tuotanto ja kulutus eivät tapahdu samalla hetkellä. Itse- näiseen järjestelmään kuuluu myös lataussäädin, joka asennetaan aurinkopaneelien ja akuston väliin. Lataussäätimen tehtävä on säätää aurinkopaneelien ulostulojännite toi- mimaan maksimitehopisteessä, jolloin paneelit tuottavat sähköä mahdollisimman tehok- kaasti. Säädin myös suojaa akkuja ylilatautumiselta rajoittamalla latausvirtaa. Tasavirtaa käyttäviin laitteisiin voidaan ottaa virtaa suoraan akuista, mutta jos tasavirta halutaan muuttaa vaihtovirraksi, on järjestelmään lisättävä invertteri, kuten verkkoon kytketyissä järjestelmissä. Itsenäisissä järjestelmissä käytetään yleensä myös aggregaattia varavoi- manlähteenä. (Tahkokorpi 2016, 147–148.)

Itsenäisten aurinkosähköjärjestelmien tyypillisimpiä käyttökohteita ovat esimerkiksi säh- köverkon ulkopuolella sijaitsevat vapaa-ajan asunnot ja mökit, veneet, asuntoautot ja akkujen latausjärjestelmät.

4 AURINKOSÄHKÖJÄRJESTELMÄN KANNATTAVUUS

Aurinkoenergiainvestointien kannattavuus on parantunut huomattavasti viime vuosina ja se näkyy myös investointien lisääntymisenä. Aurinkosähköjärjestelmän hankintaop- paassa (2018) neuvotaan, että kun investointeja suunnitellaan, tulee pitää mielessä, että aurinkoenergiajärjestelmät ovat pitkäikäisiä ja järjestelmät ovat Suomen oloissa aina vain täydentävä energiamuoto. Aurinkosähköjärjestelmän oikein mitoittaminen on kes- keistä hyvän lopputuloksen kannalta. Järjestelmän kannattavuuteen vaikuttaa huomat- tavasti se kuinka paljon tuotetusta sähköstä pystyy käyttämään itse.

Mitoitettaessa järjestelmää on hyvä ymmärtää, että aina kun aurinkosähkön tuotanto ylit- tää sähkönkulutuksen, ylimenevä sähkö syötetään sähköverkkoon. Vaikka moni sähkö- yhtiö maksaakin korvauksen verkkoon syötetystä sähköstä, on korvaus niin pieni, että on kannattavinta mitoittaa aurinkosähköjärjestelmä niin, että mahdollisimman paljon tuo- tetusta sähköstä saadaan omaan käyttöön. Järjestelmän kokoa saattaa joissain tapauk- sissa rajoittaa myös käytettävissä oleva kattopinta-ala tai muun asennuspaikan pinta- ala, sekä ulkonäkötekijät. (Motiva 2019b.)

Akkujen hinnat ovat niiden kapasiteettiin ja käyttöikään nähden vielä sen verran korke- alla, että niiden käyttö verkkoon kytketyissä järjestelmissä ei ainakaan tällä hetkellä ole taloudellisesti kannattavaa. (Aurinkosähköjärjestelmän hankintaopas, 2018.)

Oikein mitoitettuna aurinkosähköjärjestelmä on Suomessakin taloudellisesti kannattava investointi ja se maksaa itsensä takaisin noin 15 vuodessa. Takaisinmaksuaikaa parem- pana kannattavuuden mittarina pidetään kuitenkin investoinnin tuottoastetta. Hyvin suunnitellun aurinkosähköinvestoinnin tuottoaste on nykyään noin 5–12 %. Jotta kannat- tavuuslaskelma kestää kriittistä tarkastelua olisi siinä hyvä huomioida ainakin seuraavat asiat. (Käpylehto 2016, 93.)

4.1 Investointikulut

Investointikuluihin kuuluvat kaikki kustannukset, jotka aiheutuvat järjestelmän käyttöön- otosta. Tämä sisältää muun muassa laitteiston hinnan sekä suunnittelu- ja asennustyön.

Finsolar-hankkeessa tehdyn kyselyn mukaan omakotitaloluokan aurinkosähköjärjestel-

esimerkiksi viiden kilowatin nimellistehollisen järjestelmän kokonaishinta arvonlisävero mukaan laskettuna on noin 10 000 euroa. Yksikköhinnat (€/kWp) pienenevät tavallisesti järjestelmäkoon kasvaessa ja suuremmissa järjestelmissä päästään jo lähelle 1 000 eu- roa per kilowatti hintaa. (Käpylehto 2016, 94.)

Yritysten sekä yhteisöjen kuten kuntien, seurakuntien ja säätiöiden on mahdollista hakea investointia varten energiatukea, jonka tarkoituksena on edistää uusien ja innovatiivisten ratkaisujen kehittämistä kotimaisen energiajärjestelmän muuttamiseksi kohti vähähiili- sempää energiajärjestelmää. Aurinkosähköhankkeisiin voidaan myöntää 1.5.2019 al- kaen 20 % tukea investoinnin hinnasta. Tuettavan hankkeen investointikustannusten on oltava vähintään 10 000 euroa. Energiatukea ei myönnetä hankkeille, jotka on aloitettu ennen tukipäätöstä. (Business Finland 2019.)

4.2 Paneelien vuosituotto

Paneelien vuosittaiseen tuottoon vaikuttavat esimerkiksi paneelien lämpötila, maantie- teellinen sijainti, varjostukset, asennuskulma ja suuntaus. Perussääntönä on, että yksi kilowatti asennettua kapasiteettia tuottaa Suomessa vuositasolla hieman yli 800 kWh sähköä. Etelä-Suomessa voidaan päästä jopa lähemmäs 900 kWh vuosituottoa. (Käpy- lehto 2016, 96.)

4.3 Ostosähkön hinta ja hinnan kehitys

Aurinkosähköjärjestelmät ovat tavallisesti pitkäikäisiä, joten sähkön hinnan kehityksellä on merkittävä vaikutus kannattavuuslaskelman tulokseen. Sähkön hinta saattaa vaih- della merkittävästi eri verkkoyhtiöiden alueella. Sähkön käyttäjä maksoi vuonna 2015 keskimäärin noin 15 senttiä kilowattitunnilta. Hintaan sisältyy sähköenergian hinta, siir- tomaksu sekä sähkövero. Sähkön hinnan kehitystä on vaikea arvioida tarkasti, mutta viimeisen 10 vuoden aikana sähkön kokonaishinta on noussut noin muutaman prosentin vuodessa. (Käpylehto 2016, 94.)

Kuvassa 21 on esitetty sähkön kokonaishinnan kehitys kymmenen vuoden ajalta eri ku- luttajatyypeittäin.

Kuva 21. Sähkön hinnan kehitys kuluttajatyypeittäin (Käpylehto 2016, 95).

Kun tarkastellaan sähkön hintaa, on tärkeää, että huomioidaan sähkön kokonaishinta, eikä pelkästään sähköenergian hinta, sillä tulevaisuudessa varsinkin sähkönsiirtohinnat saattavat nousta verkkoyhtiöiden uudistaessa jakeluverkkojaan.

4.4 Aurinkopaneelien tuotantotehon lasku

Aurinkopaneelien tuotantoteho laskee paneelin ikääntyessä. Tuotantotehon lasku riip- puu paneelin ominaisuuksista sekä käyttöolosuhteista. Puolijohteelle ominaista on, että korkeampi lämpötila heikentää sen ominaisuuksia nopeammin kuin matala lämpötila. Ar- vioissa käytetään yleensä tehon laskuna noin 0,2–1 % vuodessa. (Käpylehto 2016, 96.)

4.5 Verkkoon myydyn sähkön hinta ja itse käytetyn sähkön osuus

Kuten luvun 4 alussa todettiin, aurinkosähköjärjestelmää mitoitettaessa keskeisintä on, että tuotannosta käytetään itse mahdollisimman suuri osa, sillä ylimääräisen sähkön

maksama korvaus on pohjoismaisen sähköpörssin Nord Poolin niin sanottu spot-hinta eli kullakin tunnilla voimassa oleva hinta, josta on mahdollisesti vähennetty pieni margi- naali. Sähkön myynnistä saatava hinta on tällä hetkellä noin 2–5 senttiä kilowattitunnilta, kun ostosähköstä tulee maksaa siirtoineen ja veroineen yli 10 senttiä kilowattitunnilta.

(Käpylehto 2016, 96-97.)

Joillain sähköyhtiöillä on tarjolla niin sanottu pankkisopimus, joka tarkoittaa, että sähkö- energia liikkuu samaan hintaan edestakaisin ja ylituotanto menee pankkiin, josta sitä voi seuraavina kuukausina hyödyntää. (Käpylehto 2016, 97.)

Kuvassa 22 on esitetty ostosähkön korvaamisesta ja ylijäämäsähkön myynnistä saata- vaa hyötyä.

Kuva 22. Sähkön osto- ja myyntihinnan muodostuminen (Aurinkosähköjärjestelmän han- kintaopas, 2018).

Korvaamalla ostosähköä itse tuotetulla aurinkoenergialla vältytään sähköenergian, säh- kön siirron ja sähköveron maksulta.

5 HANKINTAPROSESSI, LUVAT JA ILMOITUKSET

Aurinkovoimalan hankitaprosessi lähtee tavallisesti liikkeelle halusta vähentää ostosäh- kön määrää tai jos kiinteistössä on merkittävästi kulutusta kesäaikaan. Esimerkiksi toi- mistot ja muut kiinteistöt, joiden jäähdytykseen käytetään kesällä ilmastointilaitteita ovat erinomaisia kohteita aurinkosähköasennukselle. Ennen järjestelmän hankintaa on hyvä selvittää muun muassa kohteen sijainti, paneelien asennuspaikka sekä kohteen sähkön kulutus mielellään tuntitasolla, jos kyseessä on olemassa oleva rakennus. Tuntikohtais- ten kulutustietojen perusteella voidaan järjestelmä mitoittaa parhaiten oikean kokoiseksi.

Tuntikohtaiset kulutustiedot ovat saatavilla ilmaiseksi jakeluverkkoyhtiöltä. (Tahkokorpi 2016, 177.)

Kun edellä mainitut perustiedot ovat selvitetty, pyydetään niiden pohjalta tarjoukset mie- lellään useammalta mahdolliselta aurinkovoimalan toimittajalta. Kun tarjousten vertailun jälkeen paras toimittaja on päätetty, tehdään sopimus aurinkovoimalan toimittajan kanssa, josta selviää muun muassa hinta, toimitusehdot, takuuehdot sekä muut järjes- telmään liittyvät yksityiskohdat. (Logistiikan maailma 2019.)

Aurinkosähköjärjestelmät toimitetaan nykyään lähes poikkeuksetta avaimet käteen -pe- riaatteella, jolloin järjestelmätoimittaja hoitaa valmiiksi prosessiin liittyvät lupa-asiat sekä verkkoon kytkemisen. (Tahkokorpi 2016, 177.)

5.1 Energiateollisuuden suositukset

Sähköntuotantolaitoksen suunnittelussa tarvitaan myös lupia, jotka on hyvä muistaa ja ottaa huomioon ennen sähköntuotantolaitoksen hankkimista.

Tuotantolaitoksia koskevat tietyt tekniset vaatimukset, sillä kun tuotantolaitos liitetään yleiseen sähköverkkoon, on tärkeää olla varma siitä, että tuotantolaitos on turvallinen, se ei aiheuta mitään häiriöitä sähköverkkoon eikä se esimerkiksi vahingoita muiden säh- könkäyttäjien sähkölaitteita. (Energiateollisuus 2016.)

Jotta tuotantolaitos saa kytkeytyä yleiseen sähköverkkoon, tulee sähköverkon jännite ja taajuus olla sovittujen asettelurajojen sisäpuolella. Tuotantolaitos ei myöskään saa syöt- tää sähköverkkoa silloin, kun verkkoa ei syötetä muualta. Kun verkkojännite palautuu,

voidaan laitos kytkeä takaisin verkkoon joko käsin tai automaattisesti, mikäli verkonhal- tijan kanssa näin on sovittu. (Energiateollisuus 2016.)

Mikäli verkon kanssa rinnan käytettävää tuotantolaitosta halutaan käyttää varavoimana myös esimerkiksi sähkökatkosten aikana, tulee järjestelmään asentaa kaksoiskytkentä- mahdollisuus, jolloin toisella kytkennällä tuotantolaitos saadaan toimimaan täysin ver- kosta erotetussa saarekkeessa. Tämä vaatii erillisen kytkimen sekä lisälaitteiston. Kun yleisessä sähköverkossa ei ole jännitettä, on erittäin tärkeää, että saarekekäytössä oleva tuotantolaitos ei ole yhteydessä sähköverkkoon. Tämä on ehdottoman välttämätöntä, jotta voidaan välttää vaaratilanteet verkon viankorjaus- ja asennustöiden aikana. (Ener- giateollisuus 2016.)

Tuotantolaitos ei saa aiheuttaa häiriöitä verkkoon tai muihin sähköasennuksiin. Mikäli sähköntuotantolaitoksessa ilmenee vika, on sähköntuottajan vastuulla kytkeytyä irti ver- kosta mahdollisimman pian vian havaitsemisen jälkeen. Mikäli verkkoon liitetty tuotanto- laitos aiheuttaa häiriöitä muualle sähköverkkoon, tulee verkonhaltija puuttumaan tilan- teeseen ja voi pahimmassa tapauksessa jopa poistattaa laitteen verkosta. (Energiateol- lisuus 2016.)

Mikäli laitteiston tuottama sähkö ei ole standardien ja muiden vaatimusten mukaista, on sähköntuotantolaitoksen haltija vastuussa laitteistonsa tuottaman sähkön aiheuttamista vahingoista verkonhaltijalle sekä muille verkon käyttäjille. (Energiateollisuus 2016.)

5.2 Kunnan rakennusvalvontaviranomaisen vaatimat luvat

Aurinkosähköjärjestelmien vaatimat rakennus- ja toimenpideluvat on myös tärkeää ottaa huomioon ennen järjestelmän hankintaa. Kuntakohtaiset lupakäytännöt vaihtelevat huo- mattavasti. Joissain kunnissa lupaa ei vaadita, kun taas toisissa kunnissa laitoksen si- joittaminen kohteeseen saattaa vaatia rakennusluvan, toimenpideluvan tai toimenpideil- moituksen. Luvan saamiseen voi vaikuttaa esimerkiksi laitoksen sijainti, järjestelmän koko ja asennustapa. (Energiateollisuus 2019.)

Naantalissa aurinkoenergiajärjestelmät luokitellaan julkisivutoimenpiteiksi, joten ne vaa- tivat asemakaava-alueella poikkeuksetta toimenpideluvan. Toimenpideluvan avulla saa- daan toimenpiteen yksityiskohdat parhaiten selvitettyä. Toimenpidelupaa voidaan hakea sähköisesti lupapiste-palvelusta.

Toimenpidelupahakemukseen tulee liittää ainakin seuraavat liitteet (Naantalin kaupunki):

• pääpiirustukset

• asemapiirros

• pohjapiirustus

• leikkauspiirustus

• julkisivupiirustus, väri- ja materiaalimuutokset

• tarvittaessa naapurien kuuleminen

• ote kauppa- ja yhdistysrekisteristä sekä ote asunto-osakeyhtiön hallituksen ko- kouksen pöytäkirjasta, kun hakijana on asunto-osakeyhtiö tai yritys

• muut mahdolliset rakennusvalvonnan edellyttämät lisäselvitykset

5.3 Paikallisen sähköverkkoyhtiön vaatimukset verkkoon liittymiseen

Sähköntuotantolaitos tarvitsee aina sähköverkonhaltijan luvan ennen verkkoon kytke- mistä. Kun tuotantolaitosta aletaan suunnittelemaan, on hyvä olla yhteydessä paikalli- seen sähköverkonhaltijaan, jotta voidaan varmistaa, että tuotantolaitos soveltuu liittämis- paikkaan. Tuotantolaitoksen käyttöönotto voi joissain tapauksissa edellyttää vahvistuk- sia sähköverkkoon tai muutoksia mittauslaitteistoihin, joten siitäkin syystä on hyvä olla yhteydessä verkonhaltijaan hyvissä ajoin, jotta voidaan varautua mahdollisten muutos- töiden vaatimaan aikaan. (Energiateollisuus 2019.)

Ennen tuotantolaitoksen liittämistä sähköverkkoon tehdään tavallisesti verkonhaltijan kanssa kirjallinen liittymissopimus, josta selviää muun muassa laitoksen tyyppi, nimellis- teho, nimellisvirta, invertterin tiedot, erotuskytkimen sijainti ja tuotantolaitoksen asenta- jan tiedot. (Energiateollisuus 2019.)

5.4 Sähkön myynti verkkoon

Vaikka aurinkosähköjärjestelmää mitoitettaessa pyritään tavallisesti siihen, että kaikki tuotettu sähkö saadaan omaan käyttöön, on hetkelliset ylituotannot kuitenkin mahdolli- sia. Sitä varten on sähköyhtiön kanssa tehtävä sähköostosopimus sähköyhtiön kulutta- jalle tekemän myyntisopimuksen lisäksi. Yleensä se onnistuu muuttamalla jo olemassa olevaa sähkösopimusta. Sähköä ei kuitenkaan ole pakko myydä samaan paikkaan kuin

sähköyhtiöt myös edellyttävät, että myynti sisältyy samaan sopimukseen. (Käpylehto 2016, 128.)

5.5 Sähköverovelvollisuus

”Sähkön ja eräiden polttoaineiden valmisteverosta annetun lain (1260/1996) mukaan sähköverovelvollisten on suoritettava kulutukseen luovutetusta sähköstä valmisteverona energiaveroa ja huoltovarmuusmaksua.” (Verohallinto 2019.)

Sähköverovelvollisia ovat pääsääntöisesti verkonhaltijat sekä sähköntuottajat. Verovel- vollisen tulee rekisteröityä kirjallisesti verohallinnolle sähköverovelvolliseksi ennen säh- köntuotantolaitoksen käyttöönottoa. Pienemmät sähköntuottajat eli enintään 100 kVA:n nimellisteholliset voimalaitokset on vapautettu kaikista sähköverotuksen velvollisuuk- sista. Yli 100 kVA nimellisteholliset aurinkosähköjärjestelmät, joiden vuosituotanto on enintään 800 MWh, ovat velvollisia rekisteröitymään verohallinnolle sähköverovelvolli- siksi. Heidän tulee tehdä veroilmoitus vuosittain, jotta säädettyä vuosituotantorajaa voi- daan valvoa. Tuotetusta sähköstä ei kuitenkaan tarvitse maksaa sähköveroa, vaan ve- roilmoitus on niin sanottu nollaveroilmoitus, jolla ilmoitetaan vain tuotetun sähkön määrä.

Yli 100 kVA nimellisteholliset aurinkosähköjärjestelmät, joiden vuosituotanto ylittää 800 MWh tulee rekisteröityä verovelvolliseksi ja toimittaa normaali veroilmoitus (verolliset ja verottomat toimitukset) kuukausittain verohallinnolle sekä maksaa tuotetusta energiasta sähköveroa. (Verohallinto 2019.)

6 AURINKOSÄHKÖN HYÖDYNTÄMINEN KOHDEYRITYKSESSÄ

Työn tarkoituksena oli kartoittaa aurinkosähkön hyödyntämismahdollisuuksia, kustan- nuksia ja kannattavuutta Naantalissa toimivalle yritykselle. Lähtökohtana voimalan suun- nittelussa oli, että pääosin kaikki tuotettu sähkö voitaisiin käyttää suoraan kohteessa itse, jolloin verkkoon myytävän sähkön määrä olisi mahdollisimman pieni.

Järjestelmän oikein mitoittaminen on olennaista taloudellisesti kannattavan lopputulok- sen kannalta. Hankinnan kannattavuuteen vaikuttaa huomattavasti paljonko tuotetusta sähköstä käyttää itse ja paljonko siitä syötetään sähköverkkoon. (Motiva 2020.)

6.1 Tehtaan kulutus

Tehtaan sähkön vuosikulutus vuonna 2018 oli noin 3220 MWh ja vuonna 2019 noin 3300 MWh. Kuvassa 23 on kuvattu tehtaan sähkönkulutusta kuukausittain vuonna 2018 ja kuvassa 24 tehtaan sähkönkulutusta kuukausittain vuonna 2019.

Kuva 23. Tehtaan sähkönkulutus kuukausittain vuonna 2018.

Kuva 24. Tehtaan sähkönkulutus kuukausittain vuonna 2019.

Kuvista voidaan todeta, että tehtaan kulutus on melko suurta ja se vaihtelee kuukausit- tain noin 220–340 MWh:n välillä. Sähkönkulutus on kesäkuukausina hieman pienempää kuin talvella, mikä tulee ottaa huomioon laitosta suunniteltaessa.

6.2 Voimalan sijoittaminen

Koska suurin osa tontilla sijaitsevasta kattopinta-alasta on kallistuneena aurinkosähkölle epäotolliseen suuntaan, on järjestelmä järkevintä toteuttaa maa-asennuksena tontin pohjoispuolella sijaitsevalle maapläntille. Tontin rajallisen pinta-alan vuoksi järjestelmä sisältää 1200 kappaletta 300 Wp aurinkopaneeleita ja näin ollen järjestelmän huippute- hoksi saadaan 360 kWp. Aurinkopaneelit asennetaan kohti etelää noin 40 asteen kul- maan. Aurinkopaneelien maa-asennuksen vaatima pinta-ala on noin 2000 m².

7 TULOKSET

Nykyisten aurinkosähköjärjestelmien käyttöikä on tyypillisesti noin 25–30 vuotta, par- haassa tapauksessa jopa 40 vuotta. Tässä työssä on tarkasteltu investoinnin kannatta- vuutta 30 vuoden ajalta. Vaikka aurinkopaneelit kestävät noin 30 vuotta, on invertterin elinikä tavallisesti 12–15 vuotta, jolloin se joudutaan uusimaan ainakin kertaalleen jär- jestelmän elinaikana. Vaikka aurinkosähköjärjestelmät ovat suhteellisen huoltovapaita, on ne kuitenkin hyvä tarkastaa vuosittain. Tarkastuksessa käydään läpi muun muassa telineet, paneelit, kaapelit, liittimet sekä invertterin toiminta. Aurinkopaneelien puhdista- miseen riittää tavallisesti pelkkä sade, mikäli paneelien kulma on yli 15 astetta. Jos likaa kuitenkin pääsee kertymään, voi se vaikuttaa järjestelmän energiantuottoon, jolloin tar- peen vaatiessa paneelit voidaan pestä suihkuttamalla niitä vesiletkulla. Laskennassa on oletettu järjestelmän huoltokustannukseksi 1000 euroa vuodessa. Laskelmissa ei ole otettu huomioon verkkoon myytävän sähkön osuutta, sillä se on kyseisessä kohteessa hyvin vähäistä.

Laskennassa käytetyt oletukset:

• Järjestelmän vuosittainen energiantuotto: 925 kWh/kWp

• Sähköenergian ostohinta yritykselle: 9,0 snt/kWh

• Ostosähkön hinnan nousu: 2 % / vuosi

• Investoinnin laskentakorko: 1% / vuosi

• Investoinnin kokonaishinta ennen tukea: 360 000 € alv 0 % (1000 €/kWp)

• Business Finlandin investointituki aurinkosähköhankkeelle 20 %

• Invertterin vaihto 15 vuoden kohdalla

• Vuosittainen energiantuoton alenema: 0,7 %

7.1 Simulointiohjelmisto

Aurinkovoimalan simuloinnissa on käytetty apuna Valentin Softwaren kehittämää PV*Sol-simulointiohjelmistoa. Ohjelmiston avulla voidaan simuloida aurinkosähköjärjes- telmän tuotantoa sekä taloudellista kannattavuutta. Ohjelmisto huomioi muun muassa paikallisen säädatan sekä säteilyn määrän, vuodenajat, mahdollisten varjostusten vai- kutuksen paneelien tuottoon sekä paneelien tuotantotehon alenemat. Ohjelmistosta löy-

aktiivisesti. Lisäksi ohjelmistolla voidaan luoda kohteesta havainnollistavia 2D- tai 3D- luonnoksia. (Valentin Software 2020.)

7.2 Järjestelmän tuotto

Kuvassa 25 on esitetty 360 kWp aurinkovoimalan keskimääräistä vuosituotantoa Naan- talissa asennettuna. Vuoden kokonaistuotto on tavallisena vuotena noin 330 MWh, joka vastaa noin 10 % laitoksen vuosittaisesta sähkön kokonaiskulutuksesta. Suurin osa tuo- tannosta sijoittuu maaliskuun ja lokakuun väliseen aikaan. Paras tuotto saadaan touko-, kesä- ja heinäkuussa, jolloin järjestelmän tuotto on hieman yli 50 000 kWh kuukaudessa, kun taas marras-, joulu- ja tammikuussa tuotto on hyvin vähäistä. Kesäkuukausina au- rinkosähköllä saadaan katettua noin 20–25 % laitoksen kokonaiskulutuksesta. Järjestel- mällä tuotetusta energiasta lähes kaikki saadaan hyödynnettyä kohteen omaan käyt- töön.

Kuva 25. 360 kWp aurinkovoimalan arvioitu vuosituotanto Naantalissa.

7.3 Takaisinmaksuaika ja sijoitetun pääoman tuotto

Takaisinmaksuaika tarkoittaa aikaa, jolloin investointi on maksanut itsensä takaisin, toi- sin sanoen nettotuottoa on kertynyt alkuinvestoinnin verran. Aurinkosähköjärjestelmän

takaisinmaksuaikaa on vaikea ennustaa tarkkaan, sillä siihen vaikuttaa merkittävästi useita muuttuvia tekijöitä, kuten sähköenergian tai sähkönsiirron hintakehitys. Tämän työn laskelmissa on käytetty ostosähkölle 2 % vuosittaista korotusta. Mikäli todellinen korotus on suurempi, lyhentää se aurinkovoimalan takaisinmaksuaikaa.

Takaisinmaksuaika ei kuitenkaan ole yksin soveltuva menetelmä kannattavuuden arvi- ointiin eikä anna oikeaa kuvaa aurinkoenergiainvestoinnin kannattavuudesta, koska au- rinkopaneelien käyttöikä on yleensä noin 30 vuotta sekä järjestelmä itsessään on hyvin toimintavarma. Takaisinmaksuaikaa laskettaessa ei oteta huomioon investoinnin pitoai- kaa eikä jäännösarvoa. (BCDC Energia 2016.)

Kuvassa 26 on esitetty simulointiohjelmistolla laskettu takaisinmaksuaika sekä net- tonykyarvo. Simuloinnissa 360 kWp voimalan takaisinmaksuajaksi saatiin noin 13 vuotta.

Vuosittainen säästö sähkölaskussa on noin 23 000 euroa.

Kuva 26. 360 kWp aurinkosähköjärjestelmän arvioitu takaisinmaksuaika.

Toinen tapa laskea aurinkosähköjärjestelmän investoinnin kannattavuutta on sijoitetun pääoman tuottoprosentti, joka kertoo, kuinka paljon investointi on tuottanut vuosittain.

Jos vuosittainen säästö on noin 23 000 euroa ja järjestelmän alkuinvestointi tuen kanssa on noin 290 000 euroa, tarkoittaa se noin 8 % tuottoa sijoitetulle pääomalle. Sijoitetun

8 YHTEENVETO

Aurinkosähkö on tällä hetkellä yksi nopeimmin kasvavista uusiutuvista energiamuodoista niin maailmalla kuin Suomessakin. Sillä on monia etuja perinteisiin tuotantomuotoihin nähden. Aurinkojärjestelmät ovat hyvin yksinkertaisia, pitkäikäisiä sekä suhteellisen huoltovapaita koko niiden elinkaaren ajan. Järjestelmien asentaminen on helppoa ja no- peaa, ja ne ovat helposti laajennettavissa. Aurinkosähköjärjestelmä on hyvä lisä ver- kosta ostettavan sähkön rinnalle myös Suomen olosuhteissa.

Opinnäytetyön tarkoituksena oli selvittää verkkoon kytkettävän aurinkosähköjärjestel- män hankintaprosessin eri vaiheet sekä taloudellinen kannattavuus Naantalissa sijaitse- valle yritykselle. Mitoituksen perustana oli ajatus, että suurin osa tuotetusta sähköener- giasta saataisiin tehtaan omaan käyttöön ja mahdollisimman vähän myytäisiin sähkö- verkkoon. Kun ostosähköä korvataan itse tuotetulla uusiutuvalla energialla, säästetään sähköenergiasta, sähkönsiirrosta sekä sähköverosta. Järjestelmän rajoittavaksi tekijäksi tässä tapauksessa muodostui tontin koko, jonka vuoksi aurinkovoimala päädyttiin toteut- tamaan maa-asennuksena nimellisteholtaan 360 kWp kokoiseksi.

Simuloinnin tuloksena aurinkovoimalan vuosituotoksi saatiin noin 330 MWh, joka vastaa noin 10 % tehtaan vuosittaisesta sähkön kokonaiskulutuksesta. Tuotetusta sähköstä hy- vin suuri osa saadaan käytettyä itse, jolloin verkkoon syötettävän sähkön määrä on to- della vähäistä. Järjestelmän hinta Business Finlandin tuen kanssa oli 290 000 € (alv 0%).

Takaisinmaksuajaksi saatiin noin 13 vuotta ja sijoitetulle pääomalle 8 % vuosittainen tuotto.

Sen lisäksi, että aurinkosähköjärjestelmä on nykyään taloudellisesti kannattava sijoitus, on myös sen ympäristö- ja imagohyödyt selvästi mainitsemisen arvoiset. Tilastokeskuk- sen mukaan (2019) yksi MWh aurinkosähköllä tuotettua energiaa säästää 158 kg hiilidi- oksidipäästöjä. 360 kWp aurinkovoimalalla voidaan siis vähentää hiilidioksidipäästöjä jopa noin 52 tonnia vuodessa.

Työn lopputuloksena saatu materiaali, josta selviää lupa-asiat, verkkoon liittymisen vaa- timukset, tuotantoarviot sekä kannattavuuslaskelmat, toimii apuna yrityksen mahdolli- selle aurinkosähköinvestoinnille.

LÄHTEET

Aurinkotekniikka 2018. Aurinkopaneeleiden taloudellinen kannattavuus. Viitattu 13.3.2020 https://www.aurinkotekniikka.fi/blogi/aurinkopaneeleiden-taloudellinen-kannattavuus

BCDC Energia 2016. Sähkön pientuotannon myyttejä murrettuna. Viitattu 10.4.2020 http://www.bcdcenergia.fi/vierailublogi-sahkon-pientuotannon-myytteja-murrettuna/

Business Finland 2019. Energiatuki. Viitattu 16.1.2020 https://www.businessfinland.fi/suomalai- sille-asiakkaille/palvelut/rahoitus/energiatuki

Energiateollisuus 2016. Tekninen liite 2 ohjeeseen sähköntuotantolaitoksen liittäminen jakelu- verkkoon – nimellisteholtaan yli 100 kVA laitoksen liittäminen. Viitattu 20.3.2020 https://ener- gia.fi/files/1252/tekninen_liite_2_-_yli_100_kVA_paivitetty_20160427.pdf

Energiateollisuus 2019. Sähköntuotantolaitoksen liittäminen jakeluverkkoon. Viitattu 25.3.2020 https://www.elenia.fi/sites/www.elenia.fi/files/S%C3%A4hk%C3%B6tuotantolaitok-

sen_liitt%C3%A4minen_jakeluverkkoon_2019.pdf

Energiavirasto 2019. Aurinkosähkön tuotantokapasiteetti lisääntyi 82 % vuodessa. Viitattu 15.11.2019 https://energiavirasto.fi/tiedote/-/asset_publisher/aurinkosahkon-tuotantokapasi- teetti-lisaantyi-82-vuodessa

Erat B. 2008. Aurinko-opas: Aurinkoenergiaa rakennuksiin. Porvoo: Aurinkoteknillinen Yhdistys ry.

Hiilineutraalisuomi.fi 2020. Aurinkosähköjärjestelmien hinnat laskussa – kannattavuutta arvioi- tava käyttöajan puitteissa. Viitattu 14.5.2020 https://www.hiilineutraalisuomi.fi/fi-FI/Ajankoh- taista/Hiilineutraaliblogi/Aurinkosahkojarjestelmien_hinnat_laskuss(56958)

IRENA 2017. Boosting solar PV markets: The role of quality infrastructure. Viitattu 3.11.2019.

https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2017/Sep/IRENA_So- lar_PV_Markets_Report_2017.as

IRENA 2019a. Renewable power generation costs in 2018. Viitattu 11.11.2019 https://www.irena.org/-/media/Files/IRENA/Agency/Publication/2019/May/IRENA_Renewable- Power-Generations-Costs-in-2018.pdf

IRENA 2019b. Renewable capacity statistics 2019. Viitattu 12.11.2019 https://www.irena.org/- /media/Files/IRENA/Agency/Publication/2019/Mar/IRENA_RE_Capacity_Statistics_2019.pdf

Konrad Mertens Photovoltaics: Fundamentals, Technology and Practice. Chichester: Wiley.

Käpylehto J. 2016. Auringosta sähköt kotiin, kerrostaloon ja yritykseen. Helsinki: Into Kustannus.

Ledwatcher 2016. Solar panel basics and types of solar panels used in flood lights. Viitattu 26.10.2019 https://www.ledwatcher.com/solar-panel-basics-and-types-of-solar-panels-used-in- flood-lights/

Logistiikan maailma 2019. Hankintaprosessi. Viitattu 16.3.2020 http://www.logistiikanmaa- ilma.fi/osto-ja-myynti/hankintaprosessi/

Motiva 2019a. Auringonsäteilyn määrä Suomessa. Viitattu 5.11.2019 https://www.motiva.fi/ratkai- sut/uusiutuva_energia/aurinkosahko/aurinkosahkon_perusteet/auringonsateilyn_maara_suo- messa