Aurinkoenergiaratkaisut teollisuus- ja pienkuluttajille

Arttu Virtanen

AURINKOENERGIARATKAISUT TEOLLI- SUUS- JA PIENKULUTTAJILLE

Kandidaatintyö

Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta

Tarkastaja: Yliopistonlehtori Henrik Tolvanen

04/2021

TIIVISTELMÄ

Arttu Virtanen: Aurinkoenergiaratkaisut teollisuus- ja pienkuluttajille Solar energy solutions for industrial and small-scale consumers Kandidaatintyö

Tampereen yliopisto

Ympäristö- ja energiatekniikan DI-ohjelma 04/2021

Aurinkoenergian ja erityisesti aurinkosähkön käyttö on yleistynyt viime vuosina niin maailmalla kuin Suomessakin. Tähän merkittävimpänä syynä on ollut aurinkokennojen hinnan lasku. Aurin- kovoimalan hankinnan yhteydessä kuluttajalla on mahdollisuus valita useiden eri ratkaisuvaihto- ehtojen väliltä. Pienkuluttajille on tarjolla erilaisia ratkaisuja lähinnä kesäkuukausina syntyvän yli- määräsähkön hyödyntämiseen. Myös teollisuuskuluttaja voi valita aurinkovoimalansa erilaisten teknisten ratkaisujen väliltä, mutta myös voimalan hankintatavassa on valinnanvaraa. Ratkaisu- vaihtoehdon kannattavuus määräytyy muun muassa kertyvistä säästöistä ja takaisinmaksuajasta.

Työssä vertailtiin kustannuslaskennan avulla Suomen markkinoilla olevia aurinkoenergiaa hyödyntäviä ratkaisuvaihtoehtoja teollisuus- ja pienkuluttajille. Pienkuluttajan tapauksessa keski- tyttiin ylimääräsähkön hyödyntämiseen liittyviin ratkaisuihin ja teollisuuskuluttajan tapauksessa voimalan hankintatapoihin. Laskennassa käytettiin kohteina kuvitteellista omakotitaloa ja todel- lista teollisuuskiinteistöä. Kuvitteellisen omakotitalon perustiedot, kuten pinta-ala, perustuivat kes- kiarvoihin suomalaisista omakotitaloista. Teollisuuskiinteistön sähkönkulutusta jouduttiin todelli- sen tuntidatan puuttuessa yksinkertaistamaan. Ratkaisuvaihtoehtojen kannattavuutta tutkittiin muodostamalla kustannussuorat, kun kunkin vaihtoehdon investointikustannukset ja vuotuiset säästöt olivat tiedossa. Pienkuluttajan ratkaisuvaihtoehtojen vertailussa oli sähköenergian myynti verkkoon, fyysisen akun hankinta ja virtuaaliakkupalvelun käyttöönotto. Nykyisillä investointikus- tannuksilla, sähköenergian hinnalla ja sopimusehdoilla virtuaaliakku on voimalan käyttöiän aikana kaikkein kustannustehokkain vaihtoehto ja sen noin 17 vuoden takaisinmaksuaika on lyhyin. Te- ollisuuskuluttajan tapauksessa vertailtiin omaomisteista ja PPA-sopimuksella hankittua voimalaa.

PPA-sopimuksella hankittuun voimalaan ei liity investointikustannusta, vaan säästäminen alkaa heti. Omaomisteisen voimalan takaisinmaksuaika oli noin 12 vuotta ja se nousi kannattavam- maksi vaihtoehdoksi noin 14 vuoden jälkeen.

Laskennassa käytetyt arvot eivät todellisuudessa pysy vakioina ajan kuluessa, kuten lasken- nassa oletettiin. Työn lopussa suoritettiin herkkyysanalyysi, jossa tarkasteltiin laskennassa ole- vien arvojen, kuten sähköenergian hinnan muuttamisen vaikutusta ratkaisuvaihtoehtojen kannat- tavuuksiin. Yksi merkittävimmistä huomioista pienkuluttajan tapauksessa oli se, että sähköener- gian hintaa nostamalla myyntivaihtoehdon kannattavuus nousi suhteessa eniten ja ylsi lähes vir- tuaaliakkuratkaisun tasolle. Myyntiratkaisussa myös myyntiin menevän sähköenergian osuuden muuttaminen muutti kyseisen vaihtoehdon kannattavuutta selkeästi. Lisäksi akkuvaihtoehdon kannattavuudessa nähtiin positiivinen vaikutus, kun akun investointikustannusta pienennettiin.

Teollisuuskuluttajan tapauksessa sähköenergian hinnan muuttaminen vaikutti molempien vaihtoehtojen kannattavuuksiin lähes yhtä paljon. Kun sähköenergian hintaa pienennettiin, PPA- sopimuksella hankitun voimalan kannattavuus laski lähes nollaan. Myyntiin menevän sähköener- gian osuuden muuttaminen ei vaikuttanut merkittävästi omaomisteisen voimalan kannattavuu- teen. PPA-voimalan kannattavuus oli herkkä myös PPA-sopimuksessa määritetyn sähköenergian hinnan muutokselle.

Pienkuluttajalle parhaana ratkaisuvaihtoehtona voidaan pitää virtuaaliakkua. Se on taloudelli- sen kannattavuutensa lisäksi myös kaikkein joustavin tapa hyötyä ylimääräsähköstä. Virtuaaliak- kuratkaisu tulee todennäköisesti pysymään kannattavimpana myös tulevaisuudessa, vaikka esi- merkiksi sähköenergian hinta muuttuisi. Teollisuuskuluttajan kohdalla tulos ei ole yhtä yksiselit- teinen. Kuluttaja voi valita joko omaomisteisen voimalan ja mahdollisuuden suurempiin säästöihin paneelien käyttöiän aikana tai riskittömän vaihtoehdon, johon ei liity investointikustannusta.

Avainsanat: aurinkoenergia, aurinkosähkö, aurinkopaneeli, kannattavuus

Tämän julkaisun alkuperäisyys on tarkastettu Turnitin OriginalityCheck –ohjelmalla.

SISÄLLYSLUETTELO

1. JOHDANTO ... 5

2.AURINKOENERGIAN POTENTIAALI SUOMESSA ... 7

2.1 Aurinko-olosuhteet Suomessa ... 7

2.2 Aurinkoenergian markkinat Suomessa ... 8

3.SUOMEN OLOSUHTEISIIN SOVELTUVAT TEKNISET RATKAISUT ... 10

3.1 Aurinkopaneeli ... 10

3.2 Invertteri ... 10

3.3 Ratkaisut ylimääräenergiaan ... 11

3.3.1Myynti sähköverkkoon ... 11

3.3.2 Varastointi ... 12

3.4 Asennuspaikka ja paneelien suuntaus ... 13

3.5 Aurinkolämpö ... 13

4.AURINKOENERGIAPALVELUT TEOLLISUUS- JA PIENKULUTTAJILLE ... 15

4.1 Pienkuluttajat Suomessa ... 15

4.2 Aurinkoenergiapalvelut pienkuluttajille ... 16

4.3 Aurinkoenergiapalvelut teollisuuskuluttajille ... 17

5. AINEISTO JA MENETELMÄT ... 18

5.1 Tutkimuskohteet ... 18

5.1.1 Omakotitalo ... 18

5.1.2Teollisuuskiinteistö ... 19

5.2 Tutkimusmenetelmät ... 20

5.2.1Pienkuluttaja ... 20

5.2.2 Teollisuuskuluttaja ... 24

6.TULOKSET JA NIIDEN TARKASTELU ... 26

6.1 Pienkuluttaja ... 26

6.2 Teollisuuskuluttaja ... 29

6.3 Pohdinta ... 32

7.JOHTOPÄÄTÖKSET ... 34

LÄHTEET ... 35

LYHENTEET JA MERKINNÄT

ARA asumisen rahoitus- ja kehittämiskeskus

PPA-sopimus engl. Power Purchase Agreement, aurinkovoimalan hankinta- tapa, johon ei liity investointikustannusta

Ai ikkunoiden yhteispinta-ala As seinien yhteispinta-ala

C1 pienkuluttajan aurinkovoimalan hinta C2 teollisuuskuluttajan aurinkovoimalan hinta

e skaalauskerroin

Q lämpöenergia

S1 pienkuluttajan aurinkovoimalan teho S2 teollisuuskuluttajan aurinkovoimalan teho

Ts sisälämpötila

Tu ulkolämpötila

Ui ikkunan lämmönläpäisykerroin

Us seinän lämmönläpäisykerroin

1. JOHDANTO

Maapallolla eletään aikakautta, jossa pelko ilmastonmuutoksesta on saanut isommat ta- hot, kuten valtiot sekä pienemmät yhdistykset ja yksittäiset ihmiset toimiin ilmastonmuu- tosta vastaan. Erilaiset sopimukset ja pöytäkirjat, kuten Pariisin ilmastosopimus [1] ja EU:n ilmastopolitiikka [2] ohjaavat toimia kohti vähäpäästöisempää tulevaisuutta. Pääs- töjä merkittävästi vähentämällä ihmisen aiheuttaman kasvihuoneilmiön vaikutukset on vielä mahdollista saada kuriin.

Energiasektorin osuutta ilmastonmuutokseen ja erilaisiin päästöihin ei voi korostaa lii- kaa. Jo vuosisatoja energiaa ihmisten tarpeisiin on tuotettu ilmastoa saastuttavilla tuo- tantomuodoilla, kuten kivihiiltä ja öljyä polttamalla. Varsinkin kivihiilen ympäristövaiku- tukset ovat merkittäviä, sillä sitä käytetään vielä laajasti ympäri maailmaa [3]. Kivihiilen käytöstä onkin vaikea luopua, sillä merkittävistä ympäristövaikutuksistaan huolimatta se on helppo ja edullinen tapa tuottaa energiaa [4].

Energiantuotantoa ohjaa ympäristöystävällisyyden lisäksi myös tuotantotavan taloudelli- suus sekä muun muassa maailman poliittinen tilanne. Ei riitä, että energiaa pystytään tuottamaan puhtaasti kasvihuonekaasuja päästämättä, vaan lisäksi energian on oltava kuluttajille edullista ja tuottajille taloudellisesti kannattavaa. Näitä vaatimuksia täyttäviä energiantuotantomuotoja on maailmassa vain marginaalinen määrä. Jo hyvin pitkälle valjastetun vesivoiman lisäksi tuuli- ja aurinkovoimasta voidaan puhua puhtaina ja talou- dellisesti kannattavina energiantuotantomuotoina. [4]

Tässä työssä tarkastellaan aurinkoenergiaa, jonka suosion kasvua on ohjaillut aurinko- kennojen hinnan putoaminen aina 1970-luvun yli sadan dollarin wattihinnasta nykypäi- vän hintaan 0,2 $/W [5]. Aurinkopaneelien käyttö on sähköntuotannon osalta täysin päästötön tapa tuottaa auringon säteilyenergiasta sähköenergiaa. Aurinkoenergiaan liit- tyy myös haasteita. Tuotannon ja kulutuksen tasapainoon perustuva sähköenergiajär- jestelmä on haasteellista toteuttaa, jos sääriippuvaiset tuuli- ja aurinkoenergiatuotanto ottavat suurempaa roolia energiajärjestelmässä. Haasteellista on lähinnä se, että niiden tuotanto vaihtelee suuresti vuorokaudesta ja varsinkin vuodenajasta riippuen. Tämä tar- koittaa sitä, että ilman edistyksellisempiä sähköenergian varastointimenetelmiä myös peruskuormaa tuottavia laitoksia, kuten ydinvoimaloita tullaan tarvitsemaan tulevaisuu- den energiajärjestelmässä.

Aurinkoenergia kiinnostaa yhä enemmän myös tavallisia kuluttajia. Kiinnostus oman au- rinkovoimalan hankkimista kohtaan on lisääntynyt kasvaneiden sähkön siirtohintojen an- siosta [6]. Mahdollisimman kustannustehokkaan, eli mahdollisimman lyhyessä ajassa eniten säästöjä tuottavan järjestelmän valinta voi kuitenkin olla haastavaa. Aurinkoener- giaratkaisujen valintaa on pohdittu jo aiemmin muun muassa keskisuomalaissa rivita- lossa [7] ja tehdaskiinteistössä [8]. Tämä työ tarkastelee tämän hetken markkinoilla tar- jolla olevia aurinkoenergiaratkaisuja ja pyrkii selvittämään kustannuslaskennan kautta järkevimmät ratkaisut kahdelle tyypilliselle suomalaiselle rakennusprofiilille: omakotita- lolle ja teollisuuskiinteistölle. Työhön liittyvät tutkimuskysymykset ovat seuraavat:

1. Mitä ominaispiirteitä aurinkoenergian hyödyntämiseen liittyy Suomen olosuhteissa?

2. Minkälaisia aurinkoenergiaratkaisuja Suomen nykymarkkinoilla on tarjolla teollisuus ja pienkuluttajille?

3. Mikä on kaikkein kustannustehokkain aurinkoenergiaratkaisu tutkituissa kohteissa, eli omakotitalossa ja teollisuuskiinteistössä?

Ensimmäisenä tässä työssä otetaan lyhyt katsaus aurinkoenergian syntymekanismeihin sekä aurinkoenergian potentiaalisuuteen Suomen olosuhteissa. Sen jälkeen tutustutaan Suomen olosuhteisiin soveltuviin, aurinkoenergiaa hyödyntäviin teknisiin ratkaisuihin.

Suomessa markkinoilla olevat aurinkoenergiapalvelut käsitellään seuraavassa luvussa.

Siinä esitellään myös lisätietoa suomalaisista pienkuluttajista. Aineisto- ja määritelmät- luvussa luodaan tarkka kuvaus kohteista, joita aurinkoenergiajärjestelmien kannatta- vuuslaskennassa käytetään. Myös laskentamenetelmät, alkuarvot ja laskennassa käy- tettävät oletukset käydään läpi tässä osiossa. Laskennasta saatuihin tuloksiin ja niiden analysointiin perehdytään seuraavassa luvussa. Tulosten esittämisessä hyödynnetään kuvaajia. Työn päättävään osioon kootaan tärkeimmät tulokset ja niistä tehtävät johto- päätökset. Loppuun kirjataan luettelo lähteistä, joita tämän työn tekemisessä on hyödyn- netty.

2. AURINKOENERGIAN POTENTIAALI SUO- MESSA

Aurinkokuntamme keskustassa sijaitseva keskisuuri tähti, aurinko, säteilee energiaa val- tavalla intensiteetillä kaikkialle ympärilleen. Sen ytimessä suuren paineen ja lämpötilan vallitessa vety fuusioituu heliumiksi vapauttaen samalla huomattavan määrän energiaa.

Tämä energia kulkeutuu kohti auringon pintaa ja purkautuu säteilemällä auringon pin- nasta. Vain pieni murto-osa auringon säteilemästä kokonaissäteilyenergiasta osuu maa- han. Silti vain 14,5 sekuntia tätä maahan osuvaa säteilyä riittäisi kattamaan koko ihmis- kunnan vuorokauden energiantarpeen, jos se saataisiin kokonaan hyödynnettyä [9].

2.1 Aurinko-olosuhteet Suomessa

Suomi ei kuulu aurinkoenergiaa hyödyntävien maiden eturintamaan. Itseasiassa Suo- messa aurinkoenergiaa hyödynnetään varsin vähän verrattuna esimerkiksi muihin Eu- roopan maihin. Saksa sen sijaan lukeutuu aurinkoenergiaa eniten hyödyntäviin Euroo- pan maihin. Siellä tuotetaan 300 kertaa enemmän aurinkosähköä asukasta kohti kuin Suomessa [9]. Aurinko-olosuhteet Saksassa ovat kuitenkin paikoittain hyvin samankal- taiset kuin suuressa osassa Suomea. Irradianssi, joka kuvaa auringon säteilyn tehoti- heyttä, vaihtelee alueellisesti hyvin voimakkaasti riippuen esimerkiksi etäisyydestä päi- väntasaajaan. Saksan hieman eteläisemmästä sijainnista huolimatta sen pohjoisosien irradianssitaso on hyvin samaa luokkaa kuin suuressa osassa eteläistä Suomea. Tämä on nähtävissä myös kuvasta 1, jossa on näkyvillä auringonsäteilyn irradianssit Suo- messa ja Saksassa.

Kuva 1. Suomen ja Saksan auringonsäteilyn irradianssit. Muokattu lähteistä [10][11].

Auringonsäteilyn irradianssi kasvaa Euroopan sisällä päiväntasaajaa kohti mentäessä.

Ero Pohjois- ja Keski-Euroopan välillä ei ole kuitenkaan niin suuri kuin yleisesti ajatel- laan. Säteily kuitenkin jakautuu epätasaisemmin vuoden kuukausille, kun siirrytään poh- joiseen. Keskimääräinen vuosittainen irradianssi Suomessa on hieman yli 900 kWh/m², joka ei ole paljoa alhaisempi kuin esimerkiksi Saksassa (1157 kWh/m²) tai Belgiassa (1111 kWh/m²) [12]. Asennetun aurinkosähkön kapasiteetin eroa Suomen ja Saksan vä- lillä ei selitäkään aurinko-olosuhteiden erilaisuus, vaan Saksassa tuotetun aurinkosäh- kön syöttötariffisysteemi [12]. Syöttötariffi tarkoittaa tuotantotukea, joka maksetaan uu- siutuvalla energialla tuotetulle sähkölle. Uusiutuvalla energialla tuotetulle sähkölle ase- tetaan niin sanottu tavoitehinta ja esimerkiksi valtio voi tukea puhtaan sähkön tuottajaa tavoitehinnan ja markkinahinnan välisen erotuksen määrällä. [13]

2.2 Aurinkoenergian markkinat Suomessa

Suomessa sähköverkkoon kytkettyjen voimalaitosten sähköntuotantokapasiteetti vuo- den 2019 lopussa oli 17,6 GW, kun taas talven 2019–2020 toteutunut tuotantohuippu oli 10,2 GWh/h [14]. Aurinkoenergialla on vielä vain marginaalinen osuus Suomen sähkön- tuotantokapasiteetista.

Aurinkosähkön kasvutahti maailmalla ja myös Suomessa on kuitenkin merkittävää. Säh- köverkkoon liitetty aurinkosähkön tuotantokapasiteetti oli Suomessa vuoden 2019 lo- pussa noin 198 MW. Edelliseen vuoteen nähden kasvua tapahtui 77 MW (64 %) ja voi- makas nouseva trendi on jatkunut jo pidemmän aikaa. [15] Kuvassa 2 näkyy viime vuo- sina tapahtunut kehitys Suomen sähköverkkoon liitetyssä aurinkosähkön kapasiteetissa.

Kuva 2. Suomen sähköverkkoon liitetty aurinkosähkön kapasiteetti vuosina 2015–

2019. Muokattu lähteestä [15].

Sähköverkkoon liitetyn kapasiteetin lisäksi Suomesta löytyy myös sähköverkkoon kytke- mätöntä aurinkosähkökapasiteettia, joka on arvion mukaan noin 20 MW. Tämä kapasi- teetti koostuu yli 50 000:sta lähinnä pientalojen, kuten vapaa-ajan asuntojen yhteyteen rakennetusta voimalasta. [15]

Potentiaalia aurinkosähkökapasiteetin kasvuun on paljon myös tulevaisuudessa. Arvion mukaan pelkästään suomalaisten asuintalojen kattopinta-alat valjastamalla sähkötehoa aurinkopaneeleilla voisi olla noin 10 000 MW [9]. Lisäksi yrityksillä olisi mahdollisuuksia lisätä omaa aurinkoenergiatuotantoaan. Suorien ympäristövaikutusten lisäksi tällä olisi positiivisia vaikutuksia yritysten imagolle. Helenin teettämän tutkimuksen perusteella jopa 90 % tutkimukseen vastanneista ajattelee, että on erittäin tai melko vastuullista, että yritys käyttää tai tuottaa aurinkoenergiaa. Aurinkoenergian käytöllä yritys voisi siis vai- kuttaa myönteisesti asiakkaan ostopäätökseen. [16]

3. SUOMEN OLOSUHTEISIIN SOVELTUVAT TEK- NISET RATKAISUT

Aurinkoenergian hyödyntämiseen tarvittavia teknisiä ratkaisuja on markkinoilla useita.

Vaihtoehtoja löytyy sekä erilaisten järjestelmien että yksittäisten komponenttien, kuten aurinkopaneelien joukosta. Suomen olosuhteet asettavat rajoitteita ja vaatimuksia tek- nisten ratkaisujen valinnalle. Ratkaisut, jotka ovat varteenotettavia muualla maapallolla, voivat olla täysin sopimattomia Suomen olosuhteisiin.

3.1 Aurinkopaneeli

Auringon säteilyenergiaa voidaan muuttaa sähköenergiaksi aurinkopaneelien avulla. Pa- neeliteknologioita on monia. Perinteisten piihin pohjautuvien yksi- ja monikiteisten aurin- kokennojen lisäksi auringon säteilyenergiaa voidaan muuttaa sähköenergiaksi esimer- kiksi ohutkalvoteknologialla, nanoteknologialla tai perovskiitti-aurinkokennoilla [17]. Mo- net nousevat teknologiat ovat kuitenkin vielä kehitysvaiheessa tai niiden hinta on vielä liian korkea kilpaillakseen perinteisten aurinkokennojen kanssa.

Piihin pohjautuvien aurinkokennojen markkinaosuus oli noin 95 % vuonna 2019. Mark- kinoiden yleisin paneelimalli kyseisenä vuonna oli yksikiteisestä piistä valmistettu pa- neeli, jonka markkinaosuus oli noin 66 %. [18] Sen toiminta pohjautuu kahteen eri tavoin seostettuun puolijohde piihin. Niin kutsuttua n-tyypin puolijohdetta saadaan, kun piihin seostetaan esimerkiksi alkuaine fosforia ja p-tyypin puolijohdetta vastaavasti piitä ja esi- merkiksi booria seostamalla. Näiden eri tavoin seostettujen puolijohdealueiden rajapin- taan muodostuu niin kutsuttu tyhjennysalue, joka on seurausta vapaiden elektronien epätasapainosta eri alueiden välillä. Kun auringonsäteilyn energiaa sisältävät fotonit ab- sorboituvat puolijohdeliitoksen p-puolelle, elektroni-aukko-pareja muodostuu. Sähköisen kentän ansiosta elektronit ja aukot kulkeutuvat eri puolille aurinkokennoa ja kun pinnat yhdistetään ulkoisella piirillä, alkaa piirissä kulkea tasavirtaa. [19]

3.2 Invertteri

Kokonaiseen aurinkosähköjärjestelmään kuuluu aurinkopaneelien lisäksi muitakin kom- ponentteja. Olennaisena osana aurinkosähköjärjestelmää on invertteri, joka muuntaa aurinkopaneelien tuottaman tasasähkön sähköverkon mukaiseksi vaihtosähköksi. In- vertterit toimivat pääosin hyvällä hyötysuhteella. Niiden hyötysuhde vaihtelee välillä 96,5–98,2 %. Loput sähköenergiasta muuttuu invertterissä hukkalämmöksi. Invertteri voi

olla yksivaiheinen, jolloin se kytketään vain yhteen kodin kolmesta vaiheesta tai kolmi- vaiheinen, jolloin se kytketään kodin kaikkiin kolmeen vaiheeseen. Jotta tuotanto jakau- tuisi kaikkien kodin sähkölaitteiden käyttöön, on kolmivaiheisen invertterin valitseminen perusteltua. [20]

Invertteri kannattaa mitoittaa teholtaan hieman paneelien tehoa suuremmaksi, varsinkin, jos aurinkosähköjärjestelmän laajentamista pitää todennäköisenä tulevaisuudessa. Yli- mitoitus tulisi kuitenkin olla maltillista, esimerkiksi 0,5 kW, sillä invertterin käynnistysjän- nite kasvaa invertterin tehon suurentuessa. Kasvanut käynnistysjännite johtaa siihen, että aamun ensimmäisten ja illan viimeisten tuntien tuotannot voivat jäädä saamatta, kun jännitetaso ei riitä ylittämään invertterin käynnistysjännitettä. [20]

3.3 Ratkaisut ylimääräenergiaan

Aurinkovoimalan mitoittaminen on tärkeässä roolissa, kun suunnitellaan voimalan raken- tamista. Voimalan kannattavuus laskee, jos voimala on ali- tai ylimitoitettu. Ylimääräsäh- köä kuitenkin todennäköisesti syntyy, vaikka voimala olisi mitoitettu hyvin, sillä esimer- kiksi kesäaikaan tuntikohtainen sähköntuotanto todennäköisesti ylittää tuntikohtaisen sähkönkulutuksen.

3.3.1 Myynti sähköverkkoon

Ylimääräsähköä voidaan myydä verkkoon, jos aurinkosähköjärjestelmä on kytketty oman kiinteistön lisäksi myös sähköverkkoon. Sähkön myyntiä verkkoon ei voida kuiten- kaan pitää kannattavana, sillä myynnistä saa ainoastaan sähköenergian hinnan. Saatu hinta voi tilanteesta riippuen olla vain noin kolmasosa sähkön kokonaishinnasta, jonka aurinkosähkön tuottaja maksaa käyttämästään verkkosähköstä [21]. Jos siis esimerkiksi sähköenergian, sähkön siirron ja sähköveron hinnat ovat yksittäin 0,05 €/kWh, on säh- kön kokonaishinta 0,15 €/kWh. Tämän kuluttaja joutuu maksamaan sähköstä ostaes- saan sen verkosta. Sähköverkkoon sähköenergiaa myydessään saa hän vain sähkö- energian hinnan, eli 0,05 €/kWh. Paljon kannattavampaa on siis käyttää tuottamansa sähköenergia sen myymisen sijaan, sillä silloin säästöä tulee koko sähkön kokonaishin- nan (0,15 €/kWh) osalta.

Asiakkaat, jotka myyvät tuottamansa ylimääräenergian verkkoon eivät vielä pääse hyö- tymään voimalastaan parhaalla mahdollisella tavalla. Ideaalitilanteessa aurinkopanee- lien tuottamasta sähköenergiasta myyntiin menisi ainoastaan se osa, joka jää jäljelle, kun oma sähkönkulutus on katettu. Todellisuudessa myyntiin menee suurempi osa säh- köntuotannosta ja sille kaksi eri syytä. Toinen syistä liittyy aurinkosähkön tuotannon ja

sähkönkulutuksen mittauksen aikaväliin. Vaikka kotien sähkönkulutuksen seurannan tar- kin aikaväli on yleensä tunti, tehdään kulutuksen ja tuotannon seurantaa aurinkopanee- lien asentamisen jälkeen usein jopa sekuntitasolla [22]. Tästä seuraa se, että vaikka tun- nin ajalta sähköntuotanto ja -kulutus olisivat kokonaisuudessaan täsmälleen yhtä suuret, voi asiakas joutua sekä ostamaan että myymään sähköä saman tunnin aikana. Toinen syistä liittyy aurinkosähköjärjestelmän kytkemiseen kodin kaikkiin kolmeen vaiheeseen.

Paneelien tuotanto jakautuu tasaisesti kaikkien kolmen vaiheen kesken, jolloin vaiheiden erilaisesta kuormituksesta johtuen voidaan myös päätyä tilanteeseen, jossa samanaikai- sesti sekä ostetaan että myydään sähköä [22]. Myyntiin menevän sähkön osuuden nous- tessa paneelien omakäyttöaste ja kannattavuus laskee. Sähkön ostoon ja myyntiin liitty- västä hinnoittelusta johtuen suurimman hyödyn asiakas saa, kun paneelien tuotanto saa- daan kattamaan omaa sähkönkulutusta.

3.3.2 Varastointi

Ylimääräsähköstä voidaan hyötyä myös muilla tavoilla kuin sähköverkkoon myymällä.

Ylimääräsähkön varastoimiseen voidaan käyttää akkuja, jolloin ylimääräsähkön voi käyt- tää itse myöhemmin, kun sähkönkulutusta on enemmän kuin tuotantoa. Akkujärjestel- män avulla kaiken tai lähes kaiken tuottamansa sähkön pystyy käyttämään itse riippuen akun mitoittamisesta. Lisäksi akkujärjestelmä mahdollistaa huipputeholtaan suuremman paneelikokonaisuuden hankkimisen omakäyttöasteen pysyessä samana. Akkujärjestel- mään investomisen kannattavuus ei ole kuitenkaan selvää, sillä järjestelmän investointi- kustannus on vielä hyvin suuri. Akkujen hintakehitys on kuitenkin voimakkaassa las- kussa ja tulevaisuudessa akkujärjestelmään investoimisen kannattavuus tulee nouse- maan. Kuvassa 3 on litiumioniakkujen hintakehitys vuosina 2010–2016.

Kuva 3. Litiumioniakkujen hintakehitys vuosina 2010–2016 [23].

Kolmas ratkaisu ylimääräsähköstä hyötymiseen on niin kutsuttu virtuaaliakku. Virtuaa- liakku on vuosimaksullinen palvelu, jossa paneelien ylituotanto talletetaan ikään kuin vir- tuaaliselle tilille. Sähkösopimukseen sovitun ehdon mukaisesti virtuaaliakusta käytetty aurinkosähkö vähentää sähkölaskusta sovitun hinnan jokaiselta käytetyltä kilowattitun- nilta. Esimerkiksi Helen myy Suomessa virtuaaliakku-palvelua. Heidän sopimuksensa mukaan asiakas säästää 13 senttiä jokaista virtuaaliakusta käyttämäänsä kilowattituntia kohti, eli toisin sanoen sähköenergian tallettamisesta virtuaaliakkuun saa 13 snt/kWh [24].

3.4 Asennuspaikka ja paneelien suuntaus

Eräs aurinkopaneelin sähköntuotantoon merkittävästi vaikuttava seikka on paneelin si- joittaminen avoimeen ja varjottomaan paikkaan. Jokaisen paneelin tulisi saada säteilyä tasaisesti. Paneelien suuntaukseen tulee myös kiinnittää erityistä huomiota. Suomessa paneelit tulisi suunnataa etelään päin esimerkiksi talon katon etelälappeelle. Suuntauk- sesta ei tarvitsisi huolehtia, jos ratkaisuksi valittaisiin aurinkoa seuraava laite, eli niin sa- nottu tracking system. Sellaisen hankkiminen Suomen olosuhteisiin ei kuitenkaan ole perusteltua. Laite on kallis ja sen toiminta perustuu lähinnä auringon suoran säteilyn hyödyntämiseen. Auringon kokonaissäteily koostuu suoran säteilyn lisäksi pilvien ja il- makehän heijastamasta hajasäteilystä, jota esimerkiksi eteläiseen Suomeen saapuvasta auringon kokonaissäteilystä on jopa puolet. Samoilla perusteilla myöskään peilisystee- miin perustuvaa auringon säteilyä keskittävää voimalaa ei Suomeen kannata rakentaa.

[25]

Paneelin kallistuskulmalla on suuri vaikutus sen sähköntuotantoon. Asentamalla paneeli 45 asteen kulmaan etelään päin, voidaan sen tuotantoa Suomessa lisätä jopa 20–30 prosenttia verrattuna vaakasuoraan asennukseen. Optimaalinen asennuskulma Suo- messa on 42 astetta. Kallistettu paneeli kerää myös paremmin kiiltävistä kattopinnoista, lumesta ja vedestä heijastunutta säteilyä. Hetkellinen kokonaissäteily voi lisääntyä hei- jastussäteilyn myötä jopa 20 prosenttia, mutta vuositasolla heijastussäteily on kokonais- säteilystä vain muutaman prosentin luokkaa. [25]

3.5 Aurinkolämpö

Suomen olosuhteissa energiaa tarvitaan sähköenergian lisäksi myös paljon lämmön muodossa. Auringon säteilyn lämpöenergiaa hyödyntävää voimalaa kutsutaan aurinko- keräimeksi. Aurinkokeräimiä on monenlaisia, mutta niiden toimintaperiaate on hyvin sa- mankaltainen. Auringon säteilyenergia lämmittää keräimessä olevaa fluidia, pumppu pumppaa lämmenneen fluidin lämmönvaihtimeen ja lämpöenergian luovutuksen jälkeen

fluidi jatkaa kiertoa uudelleen kohti aurinkokeräintä. Suurempiakin auringon lämpöener- giaa hyödyntäviä voimaloita on maailmalla, kuten Tanskassa, mutta Suomessa yleisem- piä ovat pienen yksikkökoon aurinkokeräimet. Niitä käytetään muun muassa kotitalou- den käyttöveden lämmitykseen. [12]

Aurinkokeräinten kannattavuus ja suosio on kuitenkin laskenut viime vuosina johtuen sähköä tuottavien aurinkopaneelien hinnan laskusta. Aurinkopaneelien tuottaman säh- köenergian lisäksi niillä voidaan myös lämmittää esimerkiksi käyttövettä, kun osa sähkö- energiasta ohjataan veden lämmitykseen. Paneelien hintojen laskusta johtuen alkaakin olla jo kannattavampaa toteuttaa myös käyttöveden lämmitys aurinkopaneelien tuotta- malla sähköenergialla aurinkokeräinten sijaan. [26]

4. AURINKOENERGIAPALVELUT TEOLLISUUS- JA PIENKULUTTAJILLE

Teknisten ratkaisujen lisäksi asiakkaalle tarjotaan myös erilaisia palveluja. Palvelut kes- kittyvät lähinnä järjestelmän mitoitukseen ja hankintaan. Asiakasta autetaan myös inves- tointihetkellä. Yksityishenkilöt voivat hakea kotitalousvähennystä 40 % asennustyön kus- tannuksista, kuitenkin enintään 2250 €. Kotitalousvähennyksen lisäksi yksityisasiakas voi hakea myös ARA:lta (asumisen rahoitus- ja kehittämiskeskus) energia-avustusta.

Yritykset puolestaan voivat hakea energiatukea työ- ja elinkeinoministeriöltä. [27]

4.1 Pienkuluttajat Suomessa

Aurinkosähkön pienkuluttajia ovat pienten teollisuuskiinteistöjen lisäksi rivi-, kerros- ja omakotitalot. Aurinkopaneelien hintojen laskun myötä suurempien aurinkovoimaloiden lisäksi myös pienkuluttajien katoille asennetut aurinkosähköjärjestelmät ovat lisäänty- neet. Tähän ovat osasyynä myös sähkön siirtohintojen nousu ja ekologisten arvojen ko- rostuminen.

Suomessa oli asuntoja vuoden 2018 lopussa noin kolme miljoonaa. Edellisen kolmen vuosikymmenen aikana asuntomäärä on kasvanut keskimäärin 30 000:lla asunnolla vuodessa. Valmistuneista rakennuksista suurin osa sijaitsee kaupunkimaisissa kun- nissa. Kaikista Suomen asunnoista kerrostaloasuntoja on noin 46 %, eli 1 412 000. Ri- vitaloja on puolestaan 412 000, joka vastaa noin 14 %:n osuutta. Rivitaloasunnon keski- määräinen pinta-ala on noin 71 m² ja kerrostaloasunnon 56 m². [28]

Loput Suomessa olevista asuinrakennuksista ovat erillisiä pienrakennuksia kuten oma- kotitaloja. Näiden asuinrakennusten keskimääräinen pinta-ala vuonna 2018 oli 112 m² [28]. Omakotitalossa sähkönkulutuksen kannalta merkittäviä eroavaisuuksia syntyy, kun asuinrakennuksen pinta-ala, asujien määrä, lämmitysmuoto tai varustelutaso muuttuu.

Yksi suurimpia sähkönkulutukseen vaikuttavia tekijöitä on rakennuksen lämmitysmuo- don valinta. Suomen omakotitaloista n. 44 % oli sähkölämmitteisiä vuonna 2011. Muita lämmitysmuotoja olivat puu (22 %), kevyt polttoöljy (19 %), kaukolämpö (7 %), maalämpö (6 %) ja muut (2 %). Rakennuksen sähkönkulutus suurin piirtein kolminkertaistuu asujien määrästä riippuen, jos lämmitysmuotona käytetään kaukolämmön sijaan sähkölämmi- tystä. [29]

4.2 Aurinkoenergiapalvelut pienkuluttajille

Aurinkosähköjärjestelmä on suuri investointi. Sen kannattavuus on sitä parempi mitä suuremman osan asiakkaan sähkönhankinnasta se tuottaa. Kannattavuus kuitenkin las- kee, jos käyttämättä jäänyttä ylimääräenergiaa syntyy. Järjestelmän mitoittaminen on siis erittäin tärkeässä roolissa.

Aurinkosähköjärjestelmästä kiinnostuessaan asiakas voi pyytää aurinkosähköjärjestel- mien toimittajilta järjestelmän mitoittamiseen ja hintaan liittyvää arviointia. Asiakas voi tehdä mitoittamiseen liittyvää arviointia myös itse. Tähän tarkoitukseen löytyviä työkaluja on monia ja ne ovat helposti saatavilla. Esimerkiksi internetsivulla Sunenergia.com voi tehdä ilmaisen testin aurinkovoimalan kannattavuuteen liittyen. Siinä osoitteen ja raken- nustietojen perusteella saa valittavakseen kattavan valikoiman eri kokoisia aurinkovoi- malaehdotuksia, joiden tuomia etuja, kuten vähentyneitä hiilidioksidipäästöjä ja pienen- tynyttä sähkölaskua voi vertailla. Laskuri laskee ilmakuvan perustella kattopinta-alan sekä määrittää aurinkoenergian tuotannolle sopivan osan kattopinta-alasta. Laskuri vai- kutti hyvältä monipuolisuutensa ja yksityiskohtaisuutensa ansiosta, sillä esimerkiksi puista aiheutuvat varjot otettiin huomioon aurinkoenergian tuotantoon soveltuvan katto- pinta-alan määrittämisessä. Kuitenkin pientä epätarkkuutta muun muassa ilmakuvan pe- rusteella tehtävässä kattopinta-alan määrittämisessä oli havaittavissa.

Suuri osa pienkuluttajien aurinkovoimaloista toimitetaan niin kutsuttuna avaimet käteen- palveluna, jossa voimalan toimittaja yhdessä asiakkaan kanssa suunnittelee voimalan ja asentaa sen. Myös käytön aikainen opastus sekä lupa-asioiden hoitaminen kuuluvat usein palveluun. Esimerkiksi Helenin kauppaamat aurinkosähköjärjestelmät toimitetaan nimenomaan avaimet käteen-palveluna. Helen tarjoaa asiakkailleen aurinkopaneeleiden lisäksi myös SolaXin litiumrautafosfaattiakkuja sähkövarastoksi aurinkopaneelien käyt- töastetta kasvattamaan.

Jos fyysinen sähkövarasto on täynnä ja ylimääräistä sähköenergiaa edelleen syntyy, voidaan ylimääräenergiaa varastoida myös niin kutsuttuun virtuaaliakkuun. Virtuaaliakku esiteltiin luvussa 3.3.2. Helenin tarjoamaan virtuaaliakku-palveluun kuuluva sopimus si- sältää ehdon, jonka mukaan virtuaaliakkuun varastoituneen ylituotannon voi hyödyntää juuri siellä, missä sähkölle on eniten käyttöä. Käytännössä siis asuinrakennuksen katolle asennettujen paneelien tuotantoa pääsee hyödyntämään kesäaikaan myös esimerkiksi kesämökin sähkönkulutukseen. Virtuaaliakku-palvelun hinta riippuu siitä, kuinka paljon energiaa vuodessa virtuaaliakkuun tallettaa. Palvelun hinta vaihtelee aina 69 eurosta (käyttöraja 750 kWh/v) 185 euroon (käyttöraja 2000 kWh/v). [24]

Rivi- ja kerrostalojen katoille asennettavien aurinkosähköjärjestelmien tuottama sähkö- energia voidaan käyttää taloyhtiön yleiseen sähkönkulutukseen, kuten portaikkojen va- laisuun ja koneelliseen ilmanvaihtoon. Paneelien tuottama sähköenergiaenergia voidaan käyttää myös asukkaiden asuntojen sähkönkulutukseen. Asukkaat voivat hyödyntää pa- neelien tuottaman sähköenergian suoraan ilman verkkoyhtiötä takamittaroinnin avulla.

Toinen vaihtoehto on hyvityslaskentamalli, joka on nykyään helppo toteuttaa älymittarei- den ominaisuuksien hyödyntämisen kautta. Siinä aurinkosähkön tuotanto käytetään en- sisijaisesti kiinteistön omaan sähkönkulutukseen ja ylijäävä osuus jaetaan asukkaille.

[30]

4.3 Aurinkoenergiapalvelut teollisuuskuluttajille

Myös teollisuuskuluttajan on mahdollista hankkia aurinkovoimala käyttämällä niin kutsut- tua avaimet käteen- palvelua. Nousevassa trendissä ovat kuitenkin niin sanotut PPA- sopimukset (Power Purchase Agreement), joiden rahoitus on käyttöleasing-rahoituksen kaltainen. Tässä sopimuksessa yrityksen on mahdollista rakennuttaa katolleen aurin- kosähköjärjestelmä riskittömästi ilman alkuinvestointia. Joidenkin yritysten sopimukset saattavat sisältää voimalan koosta riippuvan käsirahan, jonka asiakas joutuu maksa- maan sopimuskauden alussa.

PPA-sopimuksia tarjoava sähkönmyyjä rakennuttaa asiakkaan kiinteistöön aurinkovoi- malan, jonka tuotannon asiakas sitoutuu ostamaan sopimuskauden ajan. Sopimuskausi on tavallisesti 10–20 vuoden mittainen. Asennettu aurinkosähköjärjestelmä on täysin myyjän omaisuutta ja myyjä vastaa voimalan sähköntuotannosta koko sopimuskauden ajan. Myös voimalan huolto ja ylläpito ovat käyttäjän sijaan voimalan rahoittajan vas- tuulla. Asiakas maksaa voimalan rahoittajalle voimalan tuottamasta energiasta sopimuk- sen mukaisen summan. Aloitushetken PPA-hinta voisi olla esimerkiksi 67 €/MWh luok- kaa, mutta PPA-sopimuksen hinnan on mahdollista nousta tulevien vuosien aikana so- pimuksesta riippuen. [31][32]

5. AINEISTO JA MENETELMÄT

Tässä työssä vertaillaan Suomen markkinoilla saatavilla olevia aurinkoenergiaratkaisuja kahteen erityyppiseen, mutta Suomen olosuhteisiin nähden perinteiseen kohteeseen, omakotitaloon ja teollisuuskiinteistöön. Työn kohteena oleva omakotitalo on kuvitteelli- nen kohde, jonka määrittämisessä on hyödynnetty luvun 4.1 keskimääräisiä arvoja suo- malaiselle omakotitalolle. Teollisuuskiinteistö on puolestaan todellinen kohde, sillä kes- kimääräisiä arvoja suomalaiselle teollisuuskiinteistölle ei ollut saatavilla. Todellisesta kohteesta poiketen työn kohteena olleen teollisuuskiinteistön sähkönkulutuksen jakautu- mista vuoden tunneille on yksinkertaistettu. Aurinkopaneeleina käytetään JA Solarin mo- nikiteisestä piistä valmistamia aurinkopaneeleja, joita muun muassa Helen käyttää pää- asiallisesti aurinkovoimahankkeissaan. Eri ratkaisuvaihtoehtojen kannattavuuksien ver- tailu tapahtuu takaisinmaksuaikoja ja kustannuskäyriä vertailemalla.

5.1 Tutkimuskohteet 5.1.1 Omakotitalo

Määritellään kohteeksi pinta-alaltaan 120 m² omakotitalo, jossa on kaksi asukasta. Talo on sähkölämmitteinen ja sen varustelutaso on tavallisella tasolla. Näillä arvoilla kohteen keskimääräinen kokonaissähkönkulutus on luokkaa 16 000 kWh/v, josta 5100 kWh/v ai- heutuu muusta kuin lämmityksestä [33]. Kohde sijaitsee Tampereella. Kattopinta-ala ko- konaisuudessaan on hieman yli 120 m², mutta aurinkoenergian tuotantoon soveltuvaa kattopinta-alaa on 50 m². Talon katon etelälappeelle asennettava aurinkosähköjärjes- telmä on pinta-alaltaan 24 m² ja sen nimellisteho on 3,85 kW. Yksittäisen paneelin pinta- ala on 1,63 m² ja huipputeho 275 W, joten tarvittava paneelien lukumäärä on 14 [34].

Lasketaan järjestelmän hinta käyttämällä Helenin aurinkolaskuria. Näillä arvoilla aurin- kosähköjärjestelmän hinnaksi ilman akkua tulee 6963 € ja akun kanssa 18 192 €. Ra- kennukseen sekä aurinkosähköjärjestelmään liittyvät tiedot on koottu vielä taulukkoon 1.

Taulukko 1. Omakotitalon ja sinne rakennettavan aurinkovoimalan perustiedot.

Suure Arvo Yksikkö

Muu kuin lämmityksestä ai- heutuva sähkönkulutus

5100 kWh/v

Rakennuksen pinta-ala 120 m²

Aurinkoenergian tuotantoon soveltuva kattopinta-ala

50 m²

Yhden paneelin pinta-ala 1,63 m²

Yhden paneelin teho 275 kW

Paneelien lukumäärä 14 kpl

Aurinkosähköjärjestelmän pinta-ala

24 m²

Aurinkosähköjärjestelmän huipputeho

3,85 kW

Järjestelmän hinta 6963 €

Järjestelmän hinta akun kanssa

18192 €

5.1.2 Teollisuuskiinteistö

Käytetään teollisuuskuluttajan tapauksessa laskennan kohteena teollisuuskiinteistöä, joka on ollut kohteena jo aikaisemmassa opinnäytetyössä. Kiinteistö sijaitsee Outokum- mun Sätöksessä ja se on valmistunut vuonna 1985. Rakennusta on laajennettu vuosien varrella ja pinta-alaa kiinteistöllä on nykyään 2152 neliötä ja tilavuutta 8168 kuutiota.

Rakennuksen perustukset ovat betonia ja seinät sekä katto on muovipinnoitettua profii- lipeltiä. Kiinteistöön on asennettu ilmalämpöpumppuja toimistotiloihin sekä koko kiinteis- tössä valaistus uudistettu led-valaistukseen. Kiinteistössä on sosiaali- ja toimistotilojen lisäksi tuotantopuoli, joka sisältää koneistamon, hiomon, varastotilat sekä kokoonpa- notilan. Kokonaissähkönkulutuksen keskiarvo neljän vuoden ajalta on 578 071 kWh/v, josta lämmitysenergian sähkönkulutuksen osuus on 144 381 kWh/v. [35]

Yksittäinen paneeli on pinta-alaltaan 1,63 m² ja huipputeholtaan 275 W [34]. Mitoitetaan voimala olemaan huipputeholtaan 150 kW, jolloin tarvittavien paneelien lukumääräksi

saadaan 545 paneelia. Tällöin voimalan pinta-alaksi tulee noin 888 m². Vastaavankokoi- selle aurinkosähköjärjestelmälle ei ole löydettävissä luotettavia hintatietoja, joten laske- taan hinta skaalausyhtälöä

𝐶₂= 𝐶₁(^𝑆2

𝑆₁)^𝑒 (1)

hyödyntämällä. Käytetään omakotitalon aurinkojärjestelmän hintatietoa vertailukohtana.

Yhtälössä 𝐶₁ ja 𝐶₂ tarkoittavat voimaloiden hintoja, 𝑆₁ ja 𝑆₂ voimaloiden tehoja ja 𝑒 skaa- lauskerrointa. Valitaan skaalauskertoimeksi 0,7. Tällä kertoimella teollisuuskohteen au- rinkosähköjärjestelmän hinnaksi saadaan noin 90 414 €. Teollisuuskohteen sekä koh- teeseen asennettavan aurinkosähköjärjestelmän tiedot on koottu taulukkoon 2.

Taulukko 2. Teollisuuskiinteistön ja sinne rakennettavan aurinkovoimalan perustiedot.

Suure Arvo Yksikkö

Sähkönkulutus 578 071 kWh/v

Lämmityksen sähkönkulu- tus

144 381 kWh/v

Rakennuksen pinta-ala 2152 m²

Rakennuksen tilavuus 8168 m³

Yhden paneelin pinta-ala 1,63 m²

Yhden paneelin teho 275 kW

Paneelien lukumäärä 545 kpl

Aurinkosähköjärjestelmän pinta-ala

888 m²

Aurinkosähköjärjestelmän huipputeho

150 kW

Järjestelmän hinta 90 414 €

5.2 Tutkimusmenetelmät 5.2.1 Pienkuluttaja

Käytetään laskentaan Excel- taulukkolaskentaohjelmaa. Omakotitalon tapauksessa määritetään ensin kohteen vuosittainen sähkönkulutus tuntitasolla. Sähkönkulutus koos- tuu lämmityksen sähkönkulutuksesta sekä muusta sähkönkulutuksesta. Lämmitykseen

kuluvan sähköenergian laskemisessa hyödynnetään ulkolämpötilan ja halutun sisäläm- pötilan välistä lämpötilaeroa sekä rakennuksen ominaisuuksista johdettavaa C-arvoa kaavan

𝑄 = 𝐶 ∙ (𝑇_𝑠− 𝑇_𝑢) (2)

mukaisesti. Kaavassa 𝑇_𝑠 tarkoittaa haluttua sisälämpötilaa, 𝑇_𝑢 vallitsevaa ulkolämpötilaa ja 𝐶 rakennuksen ominaisuuksista riippuvaa arvoa, joka lasketaan kaavan

𝐶 = 𝑈_𝑠∙ 𝐴_𝑠+ 𝑈_𝑖∙ 𝐴_𝑖 (3)

avulla. Kaavassa 𝑈_𝑠 ja 𝑈_𝑖 tarkoittavat seinän ja ikkunan lämmönläpäisykertoimia. 𝐴_𝑠 ja 𝐴_𝑖 tarkoittavat puolestaan seinän ja ikkunan pinta-aloja.

Laskentaan tarvittavaa vallitsevaa ulkolämpötilaa varten käytetään ilmatieteenlaitoksen dataa Tampereen Härmälän tuntikohtaisesta ulkolämpötilasta vuodelta 2019. Muut las- kennassa käytetyt suureet on koottu taulukkoon 3.

Taulukko 3. Omakotitalon lämmitysenergian laskennassa käytetyt lukuarvot.

Suure Arvo Yksikkö

Haluttu sisälämpötila 17 °C

Seinän U-arvo 0,8 W K^-1 m^-2

Ikkunan U-arvo 0,2 W K^-1 m^-2

Seinien pinta-ala 133,76 m²

Ikkunoiden pinta-ala 33,44 m²

Näillä suureilla saadaan rakennuksen C-arvoksi kaavan 3 mukaan 53,5 W K^-1. Kun hyö- dynnetään ulkolämpötilan dataa ja laskettua C-arvoa, saadaan kaavalla 2 laskettua läm- mitykseen kuluva sähköenergian määrä vuoden joka tunnille. Vuoden tunneille jakau- tuva lämmitysenergian tarve on esitetty kuvassa 4.

Kuva 4. Vuoden tunneille jakautuva lämmitysenergian tarve omakotitalon tapauksessa.

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

Energia [kWh/h]

Aika [h]

Sähköenergiaa kuluu omakotitalossa muuhunkin kuin lämmitykseen ja tämä tulee ottaa huomioon kokonaissähkönkulutusta määritettäessä. Muuhun kuin lämmitykseen kuluva sähkönkulutus ei jakaudu kuitenkaan tasaisesti vuoden tunneille, vaan päiväaikaan ku- lutus on usein suurempaa kuin yöaikaan johtuen esimerkiksi sähkölaitteista ja valoista, jotka ovat käytössä vain päivällä. 120 m²:n omakotitalossa keskimääräinen muuhun kuin lämmitykseen kuluva sähkönkulutus on 5100 kWh/v [33]. Jaetaan tämä kulutus päivän ja yön tunneille siten, että päivän tunteina käytetään 08–24 välistä aikaa ja yön tunteina 00–08 välistä aikaa. Päivän tunneille kulutuksen kertoimena käytetään 0,8:aa ja yön tun- neille 0,2:a. Kun lämmitykseen kulunut sähköenergia yhdistetään muuhun kuin lämmi- tykseen kuluneeseen sähköenergiaan, saadaan yhteensä kulunut sähköenergia, jonka jakautuminen vuoden tunneille on esitetty kuvassa 5.

Kuva 5. Vuoden tunneille jaettu sähköenergian kulutus omakotitalon tapauksessa.

Määritetään seuraavaksi omakotitalon katolle asennettavien aurinkopaneelien sähkön- tuotannon tuntijakauma vuoden ajalle. Hyödynnetään Fingridin dataa Suomessa sähkö- verkkoon kytketyn aurinkovoiman tuntikohtaisesta sähköenergiantuotannosta vuonna 2019. Luvun 2.2 perusteella tiedetään, että vuoden 2019 lopussa asennettu aurinkovoi- makapasiteetti oli 198 MW. Vuonna 2019 toteutunutta sähköenergiantuotantoa voidaan nyt skaalata voimalan tehon mukaan, jolloin saadaan arvio tietyn kokoisen voimalan to- teutuneesta sähköntuotannosta. Kun voimalan huipputeho on 3,85 kW, saadaan tunti- kohtainen sähköenergian tuotanto, joka omakotitalon sähkönkulutukseen suhteutettuna on esitetty kuvassa 6.

Kuva 6. Omakotitalon sähkönkulutus ja aurinkopaneelien sähköntuotanto.

0 1 2 3 4

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

Energia [kWh/h]

Aika [h]

0 1 2 3 4

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

Energia [kWh]

Aika [h]

Sähkönkulutus yhteensä Aurinkosähkön tuotanto

Lasketaan sitten, kuinka paljon kuluttajan sähkönkulutuksesta aurinkovoimalan sähkön- tuotanto pystyy kattamaan ja miten paljon kuluttamatta jäänyttä ylimääräsähköä syntyy.

Tarkastelu tehdään tuntikohtaisesti koko vuoden ajalta. Tuloksena saatiin, että ylimää- räsähköä syntyy noin 996 kWh/v ja aurinkosähköä omaa sähkönkulutusta kattamaan saadaan noin 2088 kWh/v.

Määritetään sitten jokaisen ratkaisuvaihtoehdon kohdalla muodostunut säästö. Pienku- luttajan ratkaisujen vertailussa myynti sähköverkkoon tarkoittaa sitä, että säästöä kertyy kuluttajan hyödyntämästä sähköntuotannosta sähkön kokonaishinnan osalta ja sähkö- verkkoon myydystä ylimääräenergiasta sähköenergian hinnan osalta. Oletetaan, että au- rinkopaneelien tuotanto kattaa kokonaissähkönkulutuksesta 65 % potentiaalisesta mak- simistaan ja loput myydään verkkoon. Vuodessa muodostuva säästö on noin 311 €. Ak- kuratkaisussa säästö muodostuu sekä kuluttajan välittömästi hyödyntämästä että ak- kuun varastoituneesta sähköenergiasta sähkön kokonaishinnan osalta. Akkuratkaisussa vuodessa muodostuva säästö on noin 511 €. Virtuaaliakkuratkaisun säästö koostuu myös välittömästi hyödynnetystä sähköenergiasta sähkön kokonaishinnan osalta sekä virtuaaliakkuun talletetusta ylimääräsähköstä sopimuksen mukaisen sähkön hinnan osalta. Virtuaaliakkuratkaisussa vuodessa muodostuva säästö on noin 475 €. Lasken- nassa on käytetty sähkön hinnan osalta taulukon 4 mukaisia arvoja. Taulukosta löytyy myös erään case-esimerkin mukaiset hintatiedot, joita on käytetty teollisuuskuluttajan aurinkoenergiaratkaisujen kannattavuuslaskennassa. Hinnat on esitetty samassa taulu- kossa, jotta hintojen suuruuksien vertailu olisi helpompaa.

Taulukko 4. Laskennassa käytetyt sähkön hinnan arvot pien- ja teollisuuskuluttajalle [24][32][36].

Kuluttaja- tyyppi

Sähköener- gia (€/kWh)

Sähkön siirto (€/kWh)

Sähkö- vero (€/kWh)

Virtuaa- liakku (€/kWh)

PPA-so- pimus (€/kWh)

Pienkuluttaja 0,0498 0,0612 0,0546 0,13 -

Teollisuusku- luttaja

0,0415 0,011 0,0225 - 0,067

Myynti- ja virtuaaliakkuratkaisuihin liittyy yhtä suuri alkuinvestointi (6963 €). Akkuratkai- sussa investointikustannus on akusta johtuen suurempi (18 192 €) kuin muissa vaihto- ehdoissa.

Tarkastelussa ovat eri vaihtoehtojen kustannussuorat ja takaisinmaksuajat. Laskennan valmistuttua testataan takaisinmaksuaikojen ja kannattavuuksien käyttäytymistä lasken- nassa mukana olleita arvoja muuttamalla. Sähköenergian hintaa muuttamalla tarkastel- laan eri ratkaisuvaihtoehtojen takaisinmaksuaikojen muuttumisen lisäksi erityisesti sitä, miten ylimääräsähkön myymisen kannattavuus suhtautuu muihin ratkaisuvaihtoehtoihin.

Muutetaan myös akun hintaa, jolloin nähdään, miten eri akun hinnan arvot vaikuttavat vaihtoehdon takaisinmaksuaikaan ja miten akkuvaihtoehto suhtautuu muihin vaihtoeh- toihin. Myyntiratkaisun kohdalla tarkastellaan myös myyntiin menevän sähköenergian osuuden muuttamisen vaikutuksia ja virtuaaliakkuratkaisun kohdalla sopimuksen mukai- sen sähköenergian hinnan muuttamisen vaikutuksia.

5.2.2 Teollisuuskuluttaja

Yksinkertaistuksen vuoksi oletetaan, että mitkään teollisuuskiinteistön tilat eivät ole säh- kölämmitteisiä, joten sähkönkulutusta ei kiinteistön lämmityksestä aiheudu. Oletetaan myös, että tuotantoteollisuutta sisältävässä kiinteistössä töitä tehdään kahdessa vuo- rossa klo 06–22. Käytetään kokonaissähkönkulutuksen arvona 330 000 kWh/h. Päivä- ajan kertoimena sähkönkulutukselle käytetään 0,9 ja yöajan kertoimena 0,1. Nyt saa- daan sähkönkulutukselle jakauma, joka vaihtelee kahden arvon välillä riippuen siitä, onko työaika vai ei. Kun tähän sähkönkulutuksen jakaumaan yhdistetään luvussa 5.2.1 esitetyllä tavalla laskettu aurinkosähkön tuotanto, saadaan kuvan 7 mukainen jakauma.

Kuva 7. Teollisuuskiinteistön sähkönkulutus ja aurinkopaneelien sähköntuotanto.

Sähkönkulutuksen kuvaaja näyttää nyt erikoiselta, sillä on oletettu, että kulutus jakautuu vuoden ajalle tasaisesti vaihdellen ainoastaan työajan ja työajan ulkopuolisen ajan vä- lillä. Kuvassa 8 on esitetty yksityiskohtaisempi kuva kesäajalta tuntiväliltä 4000–4500 h.

0 50 100

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000

Energia [kWh]

Aika [h]

Aurinkosähkön tuotanto Sähkönkulutus

Kuva 8. Yksityiskohtaisempi esitys teollisuuskiinteistön sähkönkulutuksesta ja aurinko- paneelien sähköntuotannosta.

Teollisuuskiinteistön tapauksessa vertailu käydään kahden vaihtoehdon välillä. Toisessa vaihtoehdossa on asiakkaan omaomisteinen voimala, jonka tuottama ylimääräsähkö myydään verkkoon. Ratkaisuun liittyy alkuinvestointi, joka määritettiin noin 90 400 € suu- ruiseksi. Säästöä kertyy kuluttajan hyödyntämästä sähköenergiasta sähkön kokonais- hinnan osalta ja sähköverkkoon myydystä sähköenergiasta sähköenergian hinnan osalta. Vuodessa muodostunut säästö on noin 7777 €. Toinen vaihtoehto on PPA-sopi- muksella hankittu voimala. Tähän ratkaisuun ei liity alkuinvestointia, vaan säästäminen alkaa asiakkaan osalta heti. Säästöä kertyy asiakkaan hyödyntämästä aurinkoenergi- asta sähkön kokonaishinnan ja PPA-sopimuksen sähkön hinnan erotuksen osalta. Vuo- dessa muodostunut säästö on suuruudeltaan noin 981 €.

Laskennassa tarkastellaan takaisinmaksuaikaa omaomisteiselle voimalalle. Lasken- nassa myös ennen kaikkea vertaillaan vaihtoehtojen kannattavuutta ajan kuluessa. Ai- van kuten pienkuluttajan tapauksessa myös teollisuuskuluttajan tapauksessa testataan vaihtoehtojen kannattavuuksien käyttäytymistä laskennassa mukana olleita arvoja muut- tamalla. Sähköenergian hintaa muuttamalla katsotaan, miten vaihtoehdot vertautuvat toi- siinsa ja miten omaomisteisen voimalan takaisinmaksuaika muuttuu. Myös PPA-sopi- muksen hintaa muutetaan, jotta nähdään, miten sen muutos vaikuttaa PPA-sopimuksella hankitun voimalan kannattavuuteen suhteessa omaomisteiseen voimalaan.

0 50 100

4000 4100 4200 4300 4400 4500

Energia [kWh]

Aika [h]

Aurinkosähkön tuotanto Sähkönkulutus

6. TULOKSET JA NIIDEN TARKASTELU

6.1 Pienkuluttaja

Pienkuluttajan tapauksessa aurinkopaneelien tuottamaan ylimääräenergiaan vertailtiin kolmea eri ratkaisuvaihtoehtoa, jotka olivat myynti sähköverkkoon, akku ja virtuaaliakku.

Kun luvussa 5 esiteltyjen menetelmien ja lähtöarvojen perusteella luodaan kullekin rat- kaisuvaihtoehdolle kustannussuorat, saadaan kuvan 9 mukaiset kuvaajat.

Kuva 9. Kustannussuorat pienkuluttajan ratkaisuvaihtoehdoille.

Kuvasta huomataan, että virtuaaliakkuratkaisun noin 17–18 vuoden takaisinmaksuaika on kaikista vaihtoehdoista lyhyin. Myyntiratkaisu on kannattamattomampi vaihtoehto ja sen takaisinmaksuaika ylittää 20 vuotta. Akkuvaihtoehdon takaisinmaksuaika on noin 35 vuotta. Virtuaaliakun pärjääminen vertailussa oli odotusten mukaista, sillä se on joustava ja kustannustehokas tapa hyötyä tuotetusta ylimääräenergiasta. Myyntiratkaisu jää toiseksi, sillä sähköenergiasta maksettava hinta on liian pieni. Akkuratkaisu on oletusten mukaisesti vielä kaikkein kannattamattomin vaihtoehto. Sen tuoma hyöty ei riitä vielä kustantamaan suurta alkuinvestointia paneelien käyttöiän aikana.

Laskentaan liittyy kuitenkin muutamia yksinkertaistuksia ja oletuksia. Yksi suurimmista oletuksista liittyy tapaan, jolla aurinkopaneelien tuotanto on laskettu. Sähköenergian tuo- tannon laskemisessa hyödynnettiin koko Suomen sähköverkkoon liitettyä aurinkoener- giakapasiteettia, jonka tuotanto skaalattiin vastaamaan tietyn kokoisen aurinkovoimalan tuotantoa. Yksittäisen alueen aurinkoenergiatuotanto on kuitenkin todellisuudessa epä-

-20000 -15000 -10000 -5000 0 5000 10000

0 5 10 15 20 25 30 35

[€]

Aika [v]

Myynti Akku Virtuaaliakku

tasaisempaa johtuen esimerkiksi paikallisista sääilmiöistä, kuten pilvisyydestä. Aurinko- paneelien käyttöiän aikana tapahtuvaa pientä tehon laskua ei olla myöskään otettu huo- mioon. Näillä yksinkertaistuksilla ei ole kuitenkaan merkittävää vaikutusta ratkaisuvaih- toehtojen suhteeseen toisiinsa nähden.

Toinen merkittävä oletus liittyy akkuun, jonka kapasiteetti jätetään huomioimatta. Olete- taan siis, että akku varastoi kaiken muodostuneen ylimääräenergian, joka käytetään kat- tamaan myöhemmin tapahtuvaa sähkönkulutusta. Yhtenä oletuksena voidaan pitää myös sitä, että sähköenergian, sähkön siirron ja sähköveron hinnat pysyvät vuosien saa- tossa muuttumattomina. Todellisuudessa varsinkin sähköenergian hinta vaihtelee jatku- vasti. Pörssisähkön hintaan vaikuttavia tekijöitä ovat muun muassa Pohjoismaisen vesi- voiman tilanne, päästöoikeuksien markkinahinta, hiilen markkinahinta ja tietysti sähkön- kulutus.

Laskennassa käytetyt arvot eivät siis pysy vakioina, vaan ne muuttuvat ajan kuluessa ja voivat vaikuttaa ratkaisuvaihtoehtojen kannattavuuksiin. Sähköenergian hinnan muutta- minen vaikuttaa kaikkien ratkaisuvaihtoehtojen kannattavuuksiin. Tarkastellaan, miten eri ratkaisuvaihtoehtojen kannattavuudet muuttuvat, jos sähköenergian hintaa muute- taan. Valitaan sähköenergian hinnan minimiarvoksi 3 snt/kWh, joka vastaa noin 3 % vuo- sittaista hinnan pudotusta 15 vuoden ajan. Maksimihinnaksi valitaan 8 snt/kWh, joka vastaa puolestaan noin 3 % vuosittaista hinnan nousua 15 vuoden ajan. Kuvassa 10 on pienkuluttajan ratkaisuvaihtoehtojen kustannussuorat aiemmin määritetyillä sähköener- gian minimi- ja maksimihinnoilla.

Kuva 10. Sähköenergian hinnan muuttamisen vaikutus pienkuluttajan ratkaisuvaihto- ehtojen kustannussuoriin.

-20000 -15000 -10000 -5000 0 5000 10000

0 5 10 15 20 25 30 35

[€]

Aika [v]

Myynti_max Myynti_min Akku_max Akku_min Virtuaaliakku_max Virtuaaliakku_min

Kuvaajista huomataan, että kaikkien ratkaisuvaihtoehtojen kannattavuus on selvästi pa- rempi suuremmalla sähköenergian hinnalla. Akkuvaihtoehdon kannattavuus suurimmal- lakaan sähköenergian hinnalla ei ole kuitenkaan riittävän hyvä, sillä takaisinmaksuaika on lähes 30 vuotta. Eniten hinnan muutos vaikuttaa myyntiratkaisuun. Jos oletetaan säh- köenergian hinnan olevan maksimiarvossaan, eli 8 snt/kWh, nousee myyntiratkaisu lä- hes yhtä kannattavaksi kuin virtuaaliakkuratkaisu.

Myyntiratkaisussa niin sanottu tuntinetotus tulee muuttamaan vaihtoehdon kannatta- vuutta parempaan päin. Viimeistään vuoden 2023 alusta kaikkien kuluttajien käyttöön tuleva tuntinetotus tarkoittaa sitä, että saman tunnin aikana tapahtuvaa sähköenergian ostoa ja myyntiä ei voi enää tapahtua [22]. Tämä tulee siis kasvattamaan paneelien oma- käyttöastetta ja sitä kautta kannattavuutta. Akkuvaihtoehdon kannattavuuteen ja takai- sinmaksuaikaan voidaan vaikuttaa akun investointikustannusta muuttamalla. Akun in- vestointikustannuksen voidaan olettaa tulevaisuudessa putoavan jatkuvan akkuteknolo- giaan liittyvän kehityksen johdosta. Virtuaaliakkuratkaisun takaisinmaksuaikaan voidaan puolestaan vaikuttaa virtuaaliakkuun talletetun sähköenergian hintaa muuttamalla. Myös virtuaaliakkuratkaisuun liittyvän vuosittaisen palvelumaksun suuruus vaikuttaa vaihtoeh- don kannattavuuteen, mutta oletetaan sen pysyvän vakiona.

Tarkastellaan myyntiratkaisun tapauksessa sähköenergian myyntiin menevän osuuden vaikutusta kyseisen ratkaisuvaihtoehdon kannattavuuteen. Oletetaan, että myyntiin me- nevä osuus ei voi enää kasvaa, vaan tulevaisuuden muutokset tulevat ainoastaan pie- nentämään sähköenergian myyntiin menevää osuutta. Parhaassa tilanteessa asiakas pystyisi hyödyntämään kaiken paneelien tuottaman sähköenergian, joka ei ole ylimää- räsähköä. Huonoimmassa tapauksessa asiakas edelleen myy sähköverkkoon ylimää- räsähkön lisäksi myös 35 % muusta kuin ylimääräsähköstä.

Akkuratkaisun kohdalla tarkastellaan akun investointikustannuksen muuttamisen vaiku- tusta kyseisen ratkaisuvaihtoehdon kannattavuuteen. Pidetään akun investointikustan- nuksen maksimina nykyistä hintaa 11229 €. Minimihinnaksi valitaan 5000 €. Virtuaaliak- kuratkaisun kohdalla puolestaan tarkastellaan virtuaaliakkuun talletetun sähköenergian hinnan muutoksen vaikutusta kyseisen ratkaisuvaihtoehdon kannattavuuteen. Olete- taan, että hinta voi sekä kasvaa tai pienentyä siten, että maksimihinta on 15 snt/kWh ja minimihinta 11 snt/kWh.

Kun kaikkien ratkaisuvaihtoehtojen muusta kuin sähköenergian hinnasta johtuvaa kan- nattavuuden heilahtelua tarkastellaan yhtäaikaisesti, saadaan kuvan 11 mukaiset kus- tannussuorat.

Kuva 11. Myyntiin menevän sähköenergian osuuden, akun investointikustannuksen ja virtuaaliakku-palvelun sähköenergian hinnan muuttamisen vaikutus pienkuluttajan rat-

kaisuvaihtoehtojen kustannussuoriin.

Kuvasta huomataan, että akun investointikustannuksen pienentäminen lyhentää kysei- sen ratkaisuvaihtoehdon takaisinmaksuaikaa. Siltikään akkuvaihtoehto ei nouse kannat- tavuudessa muiden ratkaisuvaihtoehtojen tasolle ja takaisinmaksuaika ylittää 20 vuotta.

Virtuaaliakkuratkaisu ja myyntiratkaisu ovat kannattavuuksiltaan lähes yhtä hyvät vaih- toehdot, jos tarkastellaan vaihtoehtojen kannattavuuksien kannalta parhaimpia skenaa- rioita. Myyntiratkaisun takaisinmaksuaika pieneni alkuperäisestä noin 22 vuodesta noin 18 vuoteen, kun myyntiin menevän sähköenergian osuutta pienennettiin.

6.2 Teollisuuskuluttaja

Teollisuuskuluttajan tapauksessa aurinkopaneelien hankintaan liittyen vertailtiin kahta eri vaihtoehtoa, jotka olivat PPA-sopimuksella hankittu voimala sekä omaomisteinen voi- mala. Omaomisteisen voimalan tapauksessa käyttämättä jäänyt ylimääräinen sähkö- energia myydään sähköverkkoon. Vaihtoehtojen kustannussuorat on esitetty kuvassa 12.

-20000 -15000 -10000 -5000 0 5000 10000

0 5 10 15 20 25 30 35

[€]

Aika [v]

Myynti_max Myynti_min Akku_max Akku_min Virtuaaliakku_max Virtuaaliakku_min

Kuva 12. Kustannussuorat teollisuuskuluttajan ratkaisuvaihtoehdoille.

Kuvasta nähdään, että PPA-sopimuksella hankitulle voimalalle ei voida määrittää takai- sinmaksuaikaa, sillä alkuinvestointia ei ole ja säästäminen alkaa heti. Säästöä ei kerry kuitenkaan yhtä paljon kuin omaomisteisen voimalan tapauksessa, ja noin 14 vuoden kohdalla omaomisteinen voimala on jo kannattavampi kuin PPA-sopimuksella hankittu voimala. Takaisinmaksuaika omaomisteiselle voimalalle on noin 12 vuotta. Oletusten mukaisesti PPA-sopimuksella hankittu voimala on alussa kannattavampi vaihtoehto kuin omaomisteinen voimala, mutta hieman yllättävää on, miten nopeasti omaomisteinen voi- mala maksaa itsensä takaisin. Kun noin 14 vuoden kohdalla omaomisteinen voimala siirtyy kannattavammaksi kuin PPA-sopimuksella hankittu voimala, on paneeleilla vielä useita vuosia käyttöikää jäljellä. Tämän ajan jälkeen kertyvä säästö on omaomisteisella voimalalla huomattavasti suurempaa kuin PPA-sopimuksella hankitulla voimalalla. Toi- saalta PPA-sopimuksella hankitun voimalan sopimuskausi ei yleensä kestä koko panee- lien noin 35 vuoden käyttöikää, vaan esimerkiksi 10–20 vuotta.

Myös teollisuuskuluttajan tapauksessa laskentaan liittyy yksinkertaistuksia ja oletuksia.

Niistä merkittävin liittyy teollisuuskuluttajan sähkönkulutuksen määrittämiseen. Oletuk- sena oli, että sähkönkulutus jakautuisi vuoden tunneille tasaisesti vaihdellen ainoastaan työajan ja työajan ulkopuolisen ajan välillä. Huomioimatta jätettiin viikonlopuista sekä esimerkiksi kesälomista aiheutuvat poikkeukset sähkönkulutukseen. Aurinkopaneelien tuotanto on määritetty samoja yksinkertaistuksia käyttämällä kuin pienkuluttajan tapauk- sessa. Lisäksi oletetaan myös, että todellisuudesta poiketen sähköenergian, sähkönsiir- ron ja sähköveron hinnat eivät muutu.

Sähköenergian hinnan muuttamisen vaikutuksia on kuitenkin perusteltua tarkastella, sillä sen hinta muuttuu jatkuvasti. Hinnanmuutos myös PPA-sopimuksen sähköenergialle on

-100000 -50000 0 50000 100000 150000 200000

0 5 10 15 20 25 30 35

[€]

Aika [v]

Omaomisteinen PPA-sopimus

mahdollinen. Tarkastellaan sähköenergian hinnan muuttumisen vaikutuksia ratkaisu- vaihtoehtojen kannattavuuksiin. Käytetään sähköenergian minimihintana 2,6 snt/kWh, joka vastaa noin 3 % vuosittaista hinnan pudotusta 15 vuoden ajan. Maksimihintana käy- tetään 6,5 snt/kWh, joka vastaa puolestaan noin 3 % vuosittaista hinnan nousua 15 vuo- den ajan. Molemmilla sähköenergian hinnoilla lasketut kustannussuorat teollisuuskulut- tajan ratkaisuvaihtoehdoille on esitetty kuvassa 13.

Kuva 13. Sähköenergian hinnan muuttamisen vaikutus teollisuuskuluttajan ratkaisu- vaihtoehtojen kustannussuoriin.

Kuvasta huomataan, että sähköenergian hinnan muutoksella on suuri merkitys ratkaisu- vaihtoehtojen kannattavuuksiin. Erityisesti huomiota herättää PPA-sopimuksen kustan- nussuoran käyttäytyminen sähköenergian hintaa laskiessa. Kuvaaja kääntyy hyvin lä- helle x-akselia, eli säästöä ei juurikaan vuosien varrella kerry. Sähköenergian hinnan ollessa maksimiarvossa, omaomisteinen voimala siirtyy noin 13 vuoden kohdalla kan- nattavammaksi kuin PPA-sopimuksella hankittu voimala. Voimala myös maksaa itsensä takaisin jopa seitsemän vuoden aikana.

Tarkastellaan PPA-sopimuksen määrittelemän sähköenergian hinnan muutosta, sillä hinta ei tule välttämättä pysymään vakiona koko sopimuskauden ajanjaksoa, vaan voi muuttua jopa vuosittain. Tarkastellaan PPA-sopimuksella hankitun voimalan kannatta- vuutta sopimuksen sähköenergian hinnan arvoilla 11 snt/kWh ja 15 snt/kWh. Omaomis- teisen voimalan tapauksessa tarkastellaan pienasiakkaan tapaan myyntiin menevän sähköenergian osuuden muutosta. Oletetaan, että tulevaisuuden tuntinetotus saa aikaan sen, että ainoastaan paneelien tuottama ylimääräenergia myydään sähköverkkoon. Käy- tetään tätä oletusta omaomisteisen voimalan maksimaalisen tuoton määrittämisessä.

Oletetaan, että sähköverkkoon myytävän sähköenergian osuus ei voi nykypäivän tilan-

-100000 0 100000 200000 300000

0 5 10 15 20 25 30 35

[€]

Aika [v]

Omaomisteinen_max Omaomisteinen_min PPA-sopimus_max PPA-sopimus_min

teesta enää kasvaa, vaan minimissään omaomisteisen voimalan tuotot ovat, kun sähkö- verkkoon myydään ylimääräenergian lisäksi 35 % voimalan tuottamasta sähköenergi- asta. Kuvaan 14 on koottu omaomisteisen voimalan ja PPA-sopimuksella hankitun voi- malan kustannussuorat, kun PPA-sopimuksen sähköenergian hinta muuttuu PPA-sopi- muksella hankitun voimalan tapauksessa ja verkkoon myydyn sähköenergian osuus muuttuu omaomisteisen voimalan tapauksessa.

Kuva 14. Myyntiin menevän sähköenergian osuuden ja PPA-sopimuksen sähköener- gian hinnan muuttamisen vaikutus teollisuuskuluttajan ratkaisuvaihtoehtojen kustan-

nussuoriin.

Kuvaajasta huomataan, että PPA-sopimuksen sähköenergian hinnan noustessa maksi- miarvoon 15 snt/kWh, sähköenergiaa saisi ostettua sähkömarkkinoilta halvemmalla ja saadun säästön sijaan tehdäänkin tappiota. Todellisuudessa tappiota ei tehtäisi, vaan PPA-sopimuksen hinta mukailisi markkinasähkön hintaa, jolloin kustannussuora kään- tyisi taas nousuun. Kun hinta on 11 snt/kWh, pysyy PPA-sopimuksella hankittu voimala noin 14–18 vuotta kannattavampana kuin omaomisteinen voimala riippuen omaomistei- sen voimalan sähköenergian myyntiin menevästä osuudesta. Sähkön myyntiin menevän osuuden muuttamisella ei ole suurta vaikutusta omaomisteisen voimalan kannattavuu- teen.

6.3 Pohdinta

Laskennassa kohteena ollut omakotitalo on sekä rakennuksen että aurinkovoimalan osalta täysin kuvitteellinen. Teollisuuskiinteistö on todellinen kohde, jonka sähköener- gian kulutuksen jakautumista on kuitenkin todellisen tuntidatan puuttuessa yksinkertais- tettu. Teollisuuskohteen aurinkovoimala on sen sijaan täysin kuvitteellinen.

-100000 -50000 0 50000 100000 150000 200000 250000

0 5 10 15 20 25 30 35

[€]

Aika [v]

Omaomisteinen_max Omaomisteinen_min PPA-sopimus_max PPA-sopimus_min

Kuvitteellisten kohteiden käyttämisessä on hyviä puolia verrattuna täysin todellisiin koh- teisiin ja valmiiksi toteutettuihin voimalahankkeisiin. Pienkuluttajan tapauksessa omako- titalo määritettiin mahdollisimman keskimääräisiä arvoja käyttämällä. Täten pyrittiin an- tamaan mahdollisimman yleistävä kuva ratkaisuvaihtoehtojen tilanteesta Suomen olo- suhteissa.

Molempien kohteiden tapauksissa suoritettu laskenta tehtiin Excel-taulukkolaskentaoh- jelmalla. Laskenta on suoritettu niin, että laskennan kannalta oleelliset arvot ovat helposti muutettavissa. Laskenta ei ole siis sidottu vastaamaan vain tietyn kohteen aurinkoener- giaratkaisuja, vaan esimerkiksi kohteita, aurinkovoimaloita ja hintatietoja voidaan hel- posti muuttaa.

Todellisia kohteita käyttämällä tulokset olisivat olleet tarkempia, sillä erilaisia oletuksia ei olisi tarvinnut tehdä. Toisaalta tämän työn laskennassa käytetyt arvot ovat realistisia tai todellisuuteen pohjautuvia. Saadut tulokset ovat suurimmaksi osaksi oletusten mukaisia eikä suuria poikkeuksia tai ylläyksiä esiintynyt.