Aurinkovoiman hyödyntäminen kotitalouden käyttöveden lämmityksessä

+

Jere Järvinen

AURINKOVOIMAN HYÖDYNTÄMINEN KOTITALOUDEN KÄYTTÖVEDEN

LÄMMITYKSESSÄ

Kandityö

Informaatioteknologian ja viestinnän tiedekunta

Tarkastaja: Seppo Valkealahti

Toukokuu 2020

TIIVISTELMÄ

Jere Järvinen: Aurinkovoiman hyödyntäminen kotitalouden käyttöveden lämmityksessä Kandidaatintyö

Tampereen yliopisto

Tieto- ja sähkötekniikan kandidaatin tutkinto-ohjelma Toukokuu 2020

Aurinkosähkön tuotannon tarkoituksena on vähentää ilmastonmuutosta, kun aurinkosähkön tuotanto ei tuota ilmakehälle haitallisia kasvihuonekaasuja. Aurinkosähkön tuotannon lisääntymi- nen on edullistanut aurinkopaneeleja, ja näin on saanut enemmän ihmisiä kiinnostumaan aurin- kopaneelien asennuttamista omiin koteihinsa.

Aurinkopaneelit ovat kehittyneet suurella nopeudella. Suuren kehittymisen ansiosta laborato- riossa on kehitetty uusia ja monipuolisia järjestelmiä, joiden avulla saadaan ratkaistuksi monia erilaisia ongelmia. Laboratoriossa on yritetty kehittää uusia puolijohdemateriaaleja, jotka pääsisi- vät samoihin tai parempiin lukemiin kuin piikennoilla.

Työssä perehdytään miten aurinkosähkö- ja lämpöhybridipaneeli (engl. Photovoltaic thermal collector) järjestelmä toimii ja mistä laitteista se koostuu. Hybridi järjestelmässä hyödynnetään aurinkopaneelien korkeaa lämpötilaa käyttöveden lämmitykseen ja aurinkopaneelin jäähdyttämi- seen. Järjestelmässä käytetään monikiteistä piikennoa, joka on markkinoiden käytetyimmistä puolijohdemateriaaleista. Monikiteisen piikennon edullisuus, myrkyttömyys ja kosteuden sieto- kyky tekevät siitä houkuttelevan markkinoilla.

Työssä perehdytään mitä laitteistoja tarvitaan asuinrakennuksen käyttöveden lämmitykseen, sähköntuotantoon ja niiden varastoimiseen. Käyttöveden lämmittää aurinkokeräin. Aurinkokeräi- men sisällä kiertävä vesi kuljettaa lämmintä vettä vesivaraajaan ja vesivaraajasta käyttövedeksi muun muassa suihkuun ja keittiöön. Aurinkopaneeli tuottaa sähköenergiaa, jota voidaan hyödyn- tää erilaisissa laitteissa. Ylimääräinen sähköenergia varastoidaan akustoihin myöhempää käyttöä varten. Järjestelmä täytyy myös mitoittaa oikein, koska väärin mitoitettu järjestelmä voi laskea järjestelmän tehoa jopa puoleen.

Avainsanat: Aurinkopaneeli, aurinkosähköhybridipaneeli, lämpöhybridipaneeli, aurinkokeräin, mitoitus.

Tämän julkaisun alkuperäisyys on tarkastettu Turnitin OriginalityCheck –ohjelmalla.

SISÄLLYSLUETTELO

1. JOHDANTO ... 1

2.AURINGON SÄTEILY ... 2

2.1 Auringon säteilyn teho ja määrä ... 2

2.2 Maapallolle saapuvan säteily määrä ... 2

2.3 Säteily Suomessa ... 3

3.AURINKOPANEELEIDEN TOIMINTA JA AURINKOPANEELITYYPIT ... 5

3.1 Aurinkopaneelien rakenne... 5

3.2 Aurinkopaneelin toiminta ... 7

3.3 Markkinoiden aurinkopaneelit ... 8

3.3.1Kiteinen pii ... 9

3.3.2Kadmiumtelluridi ja Kadmiumsulfidi ... 9

3.3.3CIGS ... 10

3.3.4Amorfinen pii ... 11

4.KÄYTTÖVEDEN LÄMMITYS ... 13

4.1 Aurinkosähkö- ja lämpöhybridijärjestelmä ... 13

4.2 PVT:n rakenne ... 14

4.3 Aurinkokeräin ... 14

4.3.1 Keskitettävä aurinkokeräin ... 15

4.3.2 Keskittämätön aurinkokeräin ... 15

4.4 Hyötysuhde ... 16

5.JÄRJESTELMÄ JA MITOITUS ... 18

5.1 Aurinkopaneeli ... 19

5.2 Regulaattori ... 19

5.3 Akku ... 19

5.4 Invertteri ... 19

5.5 Vesivaraaja ... 20

5.6 Mitoittaminen... 21

5.6.1Aurinkopaneeleiden mitoitus ja rakennusvaatimukset ... 21

5.6.2 Regulaattorin mitoitus ... 22

5.6.3 Akuston mitoitus ... 22

5.6.4Invertterin mitoitus ... 22

5.6.5Vesivaraajan mitoitus ... 22

6.YHTEENVETO ... 23

LÄHTEET ... 24

LYHENTEET JA MERKINNÄT

PVT Photovoltaic thermal collector CdTe Kadmiumtelluridi

GICS Kupari-indium-gallium-selenidi a-Si Amorfinen pii

Tcout Keräimen lämpötila

Tt Varaajan lämpötila

EG Valenssivyöllisen energia-aukon energia Tsc Aurinkokennon lämpötila

ɳsc Aurinkokennon hyötysuhde

Mf Veden massa

1. JOHDANTO

Aurinkosähkön tuotanto on kasvanut lähivuosina moninkertaiseksi ja kasvaa edelleen.

Aurinkosähkön tuotannon kasvu johtuu lisääntyneestä sähkön tarpeesta, kun teolli- suus ja teknologiat ovat kehittyneet. Tuotetun aurinkosähkön määrä on myös lisäänty- nyt, kun aurinkopaneelien hinnat ovat laskeneet ja näin ovat tulleet kannattavimmiksi.

Aurinkovoiman avulla pienennetään hiilidioksidipäästöjä, ja tämä on yksi monista syistä miksi yksityiset henkilöt asentavat aurinkopaneeleita omaan käyttöönsä. Aurin- koenergiaa voidaan käyttää moniin käyttötarkoituksiin esimerkiksi sähköntuotantoon ja lämmitykseen. [1]

Tämän työn tarkoituksena on selvittä, miten aurinkovoimaa voidaan hyödyntää kotita- louden käyttöveden lämmitykseen ja kuinka voidaan samalla tuottaa sähköä. Tarkoi- tuksena on myös käydä läpi miten tämä järjestelmä toimii ja vertailla järjestelmän kan- nattavuutta ja tuloksia Suomessa sekä muualla maailmassa.

Työssä selvitetään, miten aurinkopaneeleilla voidaan muuttaa auringonenergia läm- möksi ja sähköenergiaksi. Tarkoituksena on käydä läpi erilaisia aurinkopaneeleita ja selvittää mikä on järkevin ja kannattavin asentaa.

Työn alussa selvitetään, kuinka paljon auringon säteilyä saapuu maapallolle ja kuinka paljon säteilystä heijastuu takaisin avaruuteen. Luvussa 3 perehdytään miten aurinko- paneelit toimivat ja millainen rakenne niillä on. Luvussa myös perehdytään erilaisiin aurinkokennotyyppeihin, miten ne toimivat ja mitkä aurinkokenno tyypit on nykypäivänä kannattavaa asentaa. Luvussa 4 kerrotaan, miten kotitalouden käyttövettä voidaan lämmittää hybridijärjestelmällä PVT eli photovoltaic thermal collector. Luvussa selvite- tään, millainen PVT järjestelmän paneelin rakenne on ja mikä vaikuttaa järjestelmän hyötysuhteeseen. Luvussa 5 kerrotaan miten PVT järjestelmä toimii kotitalouksissa ja millaisia laitteita se sisältää. Luvussa myös kerrotaan miten laitteet kannattaa mitoittaa ja mitä hyötyä mitoittamisesta on.

2. AURINGON SÄTEILY

Auringon säteily on maapallolle tärkeää. Auringon säteily mahdollistaa maanpäällisen elämän, kun säteily lämmittää maapalloa ja kasvit hyödyntävät auringon säteilyä yh- teyttämiseen, josta syntyy elämälle tarvittavaa happea.

Auringon säteily on auringosta vapautuvaa sähkömagneettista säteilyä, joka voidaan jakaa näkyväksi valoksi, infrapunasäteilyksi ja ultraviolettisäteilyksi. Säteily syntyy ve- dyn fuusioreaktiossa, jossa vetyatomit fuusioituvat heliumiatomeiksi. Vetyjen fuusioitu- miseen tarvitaan korkea lämpötila. Auringon korkea lämpötila ja suuri paine syntyvät korkeasta gravitaatiovoimasta, joka puristaa plasmaa. Näiden vetyjen fuusioitumisen sivutuotteena syntyy energiaa eli sähkömagneettista säteilyä ja lämpöä. [2]

2.1 Auringon säteilyn teho ja määrä

Auringon säteily mitataan säteilyn aallonpituudella ja taajuudella. Taajuuden kasva- essa ja aallonpituuden pienentyessä sähkömagneettisen säteilyn energia kasvaa.

Sähkömagneettisen säteilyn määrää lasketaan siten, että kuinka paljon säteilytehoa kohdistuu yhteen neliömetriin. Auringon sähkömagneettinen säteily kerrotaan keskiar- vona, koska sääolosuhteet ja sijainnit vaikuttavat säteilyn määrään. Auringossa synty- vän tehon määrä on 383 x 10²⁴ W, mutta suuren pinta-alan vuoksi auringon teho sen pinnalla on 6,3 x 10⁷ W/m².[30]

2.2 Maapallolle saapuvan säteily määrä

Maapallolle tulee auringosta 170 000 TW:n edestä säteilyä, mutta osa siitä heijastuu takaisin avaruuteen pilvistä, maasta ja ilmakehästä (Kuva 1 havainnollistaa tämän sä- teilyn heijastumisen ja absorboitumisen). 20 % auringon säteilystä heijastuu takaisin avaruuteen pilvistä, 5 % säteilystä heijastuu ilmakehästä ja 5 % maasta ja meristä.

Noin 20 % auringonsäteilystä myös absorboituu ilmakehään ja pilviin. Maanpinnalle saapuu 50 % auringonsäteilystä, joka lämmittää meriä, ilmaa ja maata. [4]

Kuva 1: Maapallolle saapuva säteily ja sen heijastuminen [4].

Maanpinnalle saapuva säteily on hyvin tärkeä. Sen avulla voidaan tuottaa aurinkoener- giaa aurinkokennoja ja aurinkokeräimiä hyödyntämällä. Aurinkokennoilla ja aurinkoke- räimillä voidaan tuottaa sähköä ja lämpöä.

2.3 Säteily Suomessa

Suomeen tulee auringonsäteilyä vaihtelevasti ympäri vuoden. Talvella Pohjois-Suo- messa esiintyy kaamosta, jolloin aurinko ei nouse ja auringonsäteily on vähäistä. Ke- sällä Suomessa taas esiintyy yöttömiä öitä, jolloin auringon valoa esiintyy ympäri vuo- rokauden ja auringonsäteilyä on runsaasti.

Etelä-Suomeen tulevan auringonsäteilyn määrä on samaa luokkaa kuin Iso-Britanni- assa, Pohjois-Saksassa ja Puolassa (Kuva 2). Vuodessa auringonsäteilyä saapuu Etelä-Suomeen 980 kWh/m² ja Pohjois-Suomeen 790 kWh/m² .[6]

5 % heijastuu takaisin avaruuteen ilmakehästä

30 % säteilystä häviää heijastuksesta ja siirrosta

20 % heijastuu pilvistä

20 %:a säteilystä absorboituu ilma- kehään ja pilviin

5 % heijastuu maasta ja meristä 50 % säteilystä absorboituu maahan

Kuva 2: Eurooppaan saapuvan säteilyn määrä suunnatulle tasolle vuoden aikana[5].

Suomeen asennettavat aurinkopaneelit asennetaan 45 asteen kulmaan. Aurinkopa- neelit suunnataan kohti etelää, jotta aurinkopaneeleiden tuottama energia nousisi huo- mattavasti. Vastaanotettavan auringon säteilyn määrä lisääntyy suunnatuissa aurinko- paneeleissa, koska Suomeen saapuva auringonsäteily tulee vaakasuorasti eikä kohti- suorasti kuin päiväntasaajalla.[6]

3. AURINKOPANEELEIDEN TOIMINTA JA AU- RINKOPANEELITYYPIT

Aurinkopaneelit kehittyvät nopealla tahdilla, ja markkinoille on tuotu monia uusia aurin- kopaneeliteknologioita, jotka soveltuvat eri käyttötarkoituksiin. Aurinkopaneelientekno- logian kehittyessä niiden hyötysuhde on kasvanut roimasti ja niiden hyötysuhde kas- vaa edelleen.

3.1 Aurinkopaneelien rakenne

Aurinkopaneelit koostuvat aurinkokennoista ja ohitusdiodeista. Aurinkokennot ovat sarjaan- ja rinnankytketty toisiinsa. Näiden kytkentöjen avulla säädetään paneelin jän- nitettä ja virtaa. Yhden aurinkokennon jännitekapasiteetti on 0,6 V, ja kun aurinkoken- not kytketään sarjaa ja niiden jännitteet summautuvat. Aurinkokennojen rinnankyt- kentä lisää virtaa eikä vaikuta jännitteeseen. Sarjaankytkentä lisää aurinkopaneelin vir- taa, kun aurinkokennojen virrat summautuvat. [1] Useimmissa aurinkopaneeleissa kennot on kytketty 36 tai 72 sarjaan [7].

Kuva 3: Aurinkopaneeli 72 kennolla [6].

Ohitusdiodi jakaa kennosarjan osiin ja yhteen ohitusdiodin sarjaan kuuluu 12–24 au- rinkokennoa [1]. Tämän tarkoituksena on vähentää aurinkopaneelin häviöitä ja lämpöä.

Häviöitä syntyy varjostuksesta ja liiallisesta lämpenemisestä. Kun osa aurinkopaneelin kennoista on varjossa, niin varjossa olevan sarjaan kohdistuu suurempi virta kuin au- ringossa oleviin ja auringossa oleviin kohdistuu pienempi virta. [7]

Aurinkokenno koostuu ohuesta p-tyyppisestä ja n-tyyppisestä puolijohdemateriaalista (Katso kuva 4). P-tyyppinen on positiivinen puolijohde, jossa on positiivisia varauksen- kuljettajia eli aukkoja. N-tyyppinen eli negatiivinen puolijohteessa on negatiivisia va- rauksenkuljettajia eli elektroneja. Puolijohteille syntyy sähkövaraus, joka mahdollistaa kennon virran ja jännitteen kulun.[9] Pn-liitoksessa on tyhjennysalue puolijohteiden vä- lissä, jossa ei ole vapaita varauksenkuljettajia, koska tyhjennysalueella elektronit ja au- kot ovat rekombinoituneet. Tyhjennysalueen pinta-alaan vaikuttaa lämpötila ja säteily- voimakkuus.[10] Lämpötilan kasvaessa pn-liitoksessa, varauksenkuljettajiin kohdistuu suurempi energia ja aiheuttaa varauksenkuljettajien nopeuden kasvua. Varauksenkul- jettajien nopeuden lisääntyminen kasvattaa virtaa, joka pienentää tyhjennysaluetta.[1]

Kuva 4: Pn-liitos ja tyhjennysalue [11].

N-tyyppinen P-tyyppinen

Pn-liitos

Tyhjennysalue

3.2 Aurinkopaneelin toiminta

Aurinkopaneelit käyttävät auringosta tulevaa sähkömagneettista säteilyä tuottaakseen sähköenergiaa. Tätä ilmiötä kutsutaan valosähköinen ilmiöksi. Valosähköisessä ilmi- össä auringon säteilyn fotonit irrottavat varauksenkuljettajia aurinkokennoissa ja syn- nyttää konsentraatioeron.[13]

Puolijohde toimii normaaliolosuhteissa eristeenä, kun siihen ei kohdistu säteilyä. Kun puolijohde absorboi säteilyä, säteilyn fotonit alkavat virittää varauksenkuljettajia. Ulkoi- sen sähkökentän lisääminen puolijohteille alkaa kuljettaa elektroneja kentänvastaisesti ja aukkoja kentänsuuntaisesti. Varauksenkuljettajat alkavat tällöin kuljettaa virtaa. [1]

Varauksenkuljettajia voidaan lisätä puolijohteelle saostamalla puolijohdetta. Esimer- kiksi kun puolijohdetta seostetaan fosforilla P, niin se lisää puolijohteelle elektroneja.

Boorin lisäys puolijohteelle lisää puolijohteen aukkojen konsentraatiota. Varuksenkul- jettajien määrään ja laatu johtuu alkuaineen uloimman elektronikuoren elektronien määrästä. [1]

Aurinkopaneeleilla on määrätty niille sallitut lämpötilat, koska liiallinen lämpeneminen lisää virrankuljettajia ja samalla kasvattaa aurinkokennon virtaa ja avoimenpiirin jänni- tettä. Suurin sallittu lämpötila kennon ympäristössä saa olla 40–50 °C ja suurin sallittu kennon lämpötila saa olla 90–100 °C, jotta tehohäviötä ei synny runsaasti. Kaavasta 1 nähdään, kuinka varauksenmäärä vaikuttaa avoimenpiirin jännitteeseen

𝑉 ≈

𝑞 (1)

EG on energiavyön energia ja q varauksenmäärä. [1]

Kuva 5: lämpötilan vaikutus avoimenpiirin jännitteeseen [12].

Kuvasta 5 nähdään kuinka lämpötila vaikuttaa avoimen piirin jännitteeseen. Avoimen- piirin jännitteen heikkeneminen laskee myös maksimitehoa huomattavasti.

Aurinkopaneelien teho riippuu aurinkosäteilyn voimakkuudesta. Oikosulkuvirran piene- minen on suoraan verrannollinen auringonsäteilyn voimakkuuden vähenemiseen. Au- ringonsäteilyn voimakkuuden väheneminen laskee myös tyhjäkäyntijännitettä. Kun au- ringonsäteilyn voimakkuuden pieneminen laskee tyhjäkäyntijännitettä ja oikosulkuvir- taa, se laskee kennon tehoa. [1]

3.3 Markkinoiden aurinkopaneelit

Markkinoille on tuotu monia aurinkopaneeliteknologioita. Kiteinen pii on yleisin käytetty puolijohdemateriaali kennoissa. Ohutkalvokennot ovat isossa osassa markkinoita.

Ohutkalvokennot koostuvat yhdestä tai useammasta kerroksesta substraatista, jotka päällystettään valoaktiivisella materiaalilla. Kerrokset ovat ohuita ja kerroksien paksuu- det ovat nanometreistä mikrometreihin. Markkinoilla valoaktiivisia materiaaleja on kad- miumtelluridi , amorfinen pii ja kupari indium gallium diselenidi. Hyviä puolia ohutkal- vokennoissa on kevyt rakenne ja ne ovat joustavia. Huonoja puolia on paneelien huo- not hyötysuhteet. Markkinoilla on myös korkean hyötysuhteen kennoja, jotka koostuvat monista pn-liitoksista ja saa nimensä mukaan hyvän hyötysuhteen.[1]

Jännite (V)

Virta (A)

3.3.1 Kiteinen pii

Yksi vanhimpia puolijohdemateriaaleja, jota aurinkokennoissa käytetty on kiteinen pii.

Pii kiteisten materiaalien markkinaosuus on yli 90 %.[7] Kiteinen pii kenno voidaan ja- kaa yksikiteiseksi ja monikiteiseksi piikennoksi. Yksikiteinen pii kennossa on hyvä hyö- tysuhde. Laboratoriossa yksikiteisen piille on saatu hyötysuhteeksi 26,7 % ja moniki- teiselle 22,3 %. Yksikiteinen pii kenno on kalliimpi ja suurempi kuin monikiteinen pii kenno, jonka vuoksi monikiteinen pii on yleistynyt markkinoilla, vaikka monikiteisen hyötysuhde on pienempi kuin yksikiteisen. [14]

Huono puoli kiteisellä piillä on sen huono kyky absorboida valoa ja hyvään hyötysuh- teeseen tarvitaan hyvin puhdasta piitä.[7]

Kuva 6: Vasemmalla yksikiteinen pii ja oikealla monikiteinen pii [19].

3.3.2 Kadmiumtelluridi ja Kadmiumsulfidi

CdTe -kennossa on kaksi eri puolijohdemateriaalia: kadmiumtelluridia ja kadmiumsul- fidia. Kadmiumtelluridi eli CdTe on yleisin ohutkalvokennoista, jolla on hyvä absorptio kyky [15]. CdTe on pn-liitoksen postiviinen tyyppi, jossa esiintyy aukkoja. Kadmiumsul- fidi eli CdS on pn-liiotksen negatiivinen tyyppi, jossa esiintyy elektroneja. CdTe -yhdis- teessä on kovalenttinen sidos kadmiumin ja telluridin välillä, kun CdS -yhdisteessä on ioni sidos kadmiumin ja sulfidi-ionin välillä. Laboratoriossa on mitattu kadmiumtelluri- dikennon hyötysuhteeksi 22,1 % [1]. Näitä kennoja on edullista valmistaa ja niillä on hyvä valenssivyön välisen energia-aukon energia, joka on 1,45 eV. [16]

CdTe -kenno koostuu siis ohuista kadmiumtelluridi ja kadmiumsulfidi kalvoista. Kad- miumtelluridi kalvon paksuus on 5 µm ja kadmiumsulfidi kalvon paksuus on 100 nm.

TCO ja takapaneeli ovat kennon metalliosa, jotka ovat pn-liitoksen molemmilla puo- lilla.[16]

Kuva 7: CdTe-kennon rakenne [16].

Kenossa lasi päällystetään kadmiumtellerudilla. Kun auringonsäteily menee lasin läpi, kadmiumtellerudi absorboi säteilyn ja puolijohteella alkaa virittyä varauksenkuljettajia.

Sähkö syntyy metallien välille, jotka ovat molemmilla pn-liitoksen puolilla. [16]

3.3.3 CIGS

CIGS aurinkokenno on yksi ohutkalvokenno teknologioista, joka muodostuu useista kalvoista. CIGS eli kupari-indium-gallium-selenidi-puolijohdetta käytetään ohutkalvo- kennojen valoaktiivisena materiaalina. CIGS:llä on tetragonaalinen kiderakenne, joka mahdollistaa hyvän hyötysuhteen. Laboratoriossa CIGS:n hyötysuhteeksi on saatu 23,4 %.[1]

CIGS:n energiavyötä voidaan muuttaa 1-1,7 eV välillä: indiumilla, kaliumilla, alumiinilla, selenidillä ja rikillä. Lasi on päällystetty näillä aineilla, jotta saadaan sähkö aikaiseksi.

[17]

Takapaneeli

Substraatti (Lasi)

Valo

Kuva 8: CIGS-kennon rakenne [18].

Kenossa on ensin lasikerros, jonka jälkeen on 1 µm paksuinen molybdeeni metalliker- ros, joka heijastaa imeytymättömän säteilyn. Metallikerroksen jälkeen on positiivinen puolijohde CIGS, joka on 2-4 µm. Positiivisen puolijohteen alla on ohut negatiivinen puolijohdekerros, joka on kadmiumsulfiittia. Negatiivisen puolijohteen paksuus on 0,05 µm. Negatiivista puolijohdetta suojataan sinkkioksidikerroksella. [18]

3.3.4 Amorfinen pii

Amorfinen pii eli a-Si on kiteetön pii puolijohde, jota käytettään ohutkalvokennoissa.

Amorfinen pii ei ole myrkyllinen ihmisille ja se kestää kosteutta. Kennoa on halpa val- mistaa, koska puolijohde kerrosta tulee substraatin (muovin, lasin tai metallin) päälle hyvin ohut kerros. Jokaiselle puolijohde kerrokselle on asetettu tietty absorptio kyky.

Näin mahdollistetaan kennon hyvä hyötysuhde ja laboratoriossa onkin päästy 14 %:n hyötysuhteeseen. [1]

Amorfisen piin energiavyö on 1,7 eV, joka soveltuu hyvin säteilyn absorbointiin. Ken- non hyvä puoli on, sen hyvä kyky tuottaa tehoa, vaikka aurinko ei paistaisikaan. [1] Sen tehoon vaikuttaa kennon ympäröivä lämpötila, säteilyn voimakkuus ja kuorma [20].

Kuva 9: a-Si kennon rakenne eri liitoksilla [21].

Kuvasta 9 nähdään amorfisen piikennon rakenne eri liitoksilla. Amorfisen piikennon rakenne muodostuu ITO-kerroksesta, positiivisesta puolijohteesta, intrinsiikkisestä puolijohteesta, negatiivisesta puolijohteesta, sinkkioksidikerroksesta, hopeakerrok- sesta ja metallikerroksesta. Positiivisen- ja negatiivisen puolijohteen väliin syntyy säh- kökenttä ja puhtaalla puolijohteella eli intrinsiikkisellä puolijohteella voidaan muokata läpilyöntijännitettä.[22]

4. KÄYTTÖVEDEN LÄMMITYS

Aurinkopaneeleja voidaan käyttää monipuolisesti erilaisiin käyttötarkoituksiin. Aurinko- paneeleilla voidaan lämmittää rakennusten vettä ja ilmaa ja tuottaa sähköä.

Käyttövettä voidaan lämmittää valosähköisen ilmiön avulla sähköenergialla tai suoraan lämmittämällä jotakin nestettä ja näin lämmittää vettä. Tässä kappaleessa käydään läpi näiden vaihtoehtojen yhdistelmää, jossa osa auringonsäteilystä muutetaan sähköener- giaksi ja osa muutetaan käyttöveden lämmitykseen. Tätä hybridi järjestelmää kutsu- taan PVT eli aurinkosähkö- ja lämpöhybridijärjestelmä (engl. photovoltaic thermal col- lector).

4.1 Aurinkosähkö- ja lämpöhybridijärjestelmä

PVT on aurinkopaneelijärjestelmä, jossa aurinkopaneeli muuttaa auringon säteilyener- giaa sähköksi ja lämmöksi. Auringon säteily muutetaan ensin sähköenergiaksi ja lo- pulta hukkaenergia hyödynnetään veden lämmitykseen. [24]

PVT järjestelmässä on yhdistetty aurinkokeräin ja aurinkokenno. Aurinkokeräimen avulla kerätään aurinkoenergiaa ja muutetaan lämpöenergiaksi. Aurinkokeräimiä on keskitettyjä ja keskittämättömiä. [23] Lämpöenergian siirtäminen veden lämmitykseen, myös jäähdyttää aurinkopaneelia ja estää aurinkopaneelin hyötysuhteen laskemisen.

Yksi- ja monikiteistä piitä voidaan käyttää hyvin PVT järjestelmän sähköntuotannossa.

Aurinkopaneelin hyötysuhde on 4 %:sta 17 %:iin, mutta lämpötilan kasvaessa hyöty- suhde alkaa laskea.[26]

4.2 PVT:n rakenne

PVT voidaan jakaa seitsemään osaan: heijastamatonlasiin, EVA-kapseliin, aurinkopa- neeli, EVA-kapseliin, takalevyyn, lämmönsiirtimeen ja eristeeseen (kuva 10).

Kuva 10: PVT rakenne [24].

Heijastamaton lasi (1) päästää auringonsäteilyn läpi, mutta se estää lämpöenergian karkaamisen kennosta ja lämmittää lämmönsiirtoainetta. EVA- eli etyleeni-vinyyliase- taatti-kapseli (2)(4)on aurinkopaneelin molemmilla puolilla. Kapselin tarkoituksena on taata, että aurinkopaneeli toimii pitkänajan ja kapselin tarkoituksena on myös taata hyvä luotettavuus.[27] Aurinkopaneeli (3) on piikiteinen ja se tuottaa sähköenergiaa.

PVT:een takapaneeli on polyvinyylifluoridia(5), joka takaa järjestelmän kestävyyden, luotettavuuden ja vikojen vähäisyyden [28]. Lämmönsiirrin (6) siirtää lämpöä kahden eri nesteiden tai kaasujen välillä. Lämmönsiirrin siis mahdollistaa käyttöveden lämmi- tyksen. Yleisimpiä lämmönsiirtimiä on kupari ja alumiini.[29] Viimeinen kerros on eristin (7), joka estää lämpöä siirtymästä ja vähentää lämpöhäviöitä.

4.3 Aurinkokeräin

Aurinkokeräimien tehtävänä on keräämään lämpöenergiaa auringonsäteilystä ja läm- mittää vettä. Keskittämättömillä aurinkokeräimillä lämpöä pystytään keräämää suoraan säteilystä ja hajasäteilystä. Kun taas keskitetyillä aurinkokeräimillä voidaan ainoastaan keräämään lämpöenergiaa suoraan säteilystä. Suorasta säteilystä saadaan noin 70 % energiasta, kun hajasäteilystä saadaan noin 30 % säteilystä. Nämä arvot muuttuvat paikka kohtaisesti, koska eri sijainneilla on erilainen ilmasto.[23]

Kuva 10: Keskittämätön aurinkokeräin [24].

Keskittämätön aurinkokeräin on teknillisesti ja taloudellisesti parempi, ja tätä teknolo- giaa käytetään käyttöveden lämmitykseen [23]. Kuvassa 10 keskittämätön aurinkoke- räin, jossa järjestelmä lämmittää vettä. Kyseessä on tasokeräin, jossa lämpöenergia absorboituu levyihin ja putkistoihin. Tasokeräimen putkistoissa, lämpöenergia absor- boituu lämmönsiirtoaineen nesteeseen tai kaasuun. Tasokeräimen päällä on lasi, joka estää lämmön karkaamisen, mutta sallii säteilyn absorboitumisen. [25]

Keskittämättömät keräimet hyödyntävät alhaista lämpötilaa, jotta se tuottaisi lämpö- energiaa. Keskitetyt keräimet taas hyödyntävät korkeaa lämpötilaa. [26]

4.3.1 Keskitettävä aurinkokeräin

Keskitettävässä aurinkokeräimessä aurinkoenergia keskitetään yhteen paikkaan lins- sien ja peilien avulla. Tällöin keskitettyyn paikkaan kohdistuu voimakkaasti aurin- koenergiaa. Keskitettyjen aurinkokeräimien avulla saadaan suuria lämpötiloja, jopa 1000 °C. [24]

4.3.2 Keskittämätön aurinkokeräin

Keskittämättömissä aurinkokeräimissä aurinkoenergia kohdistuu kokoaurinkokeräi- men pintaan. Keskittämättömiä aurinkokeräimiä on tasokeräin ja tyhjiöputkikeräin.[24]

Tasokeräimen taso on tummaa materiaalia, joka kerää suurimman osan säteilystä ja lämpenee[41].

Tyhjiöputkikeräimen putket ovat lasia, jossa aurinkoenergia absorboituu absorbaatto- rilevyyn. Lasien sisältä on poistettu lähes kaikki ilma pois, jolloin johtumishäviöt piene- nevät. Putken sisälämpötila voi nousta jopa 250 °C:seen. [42]

4.4 Hyötysuhde

PVT järjestelmässä käytetyn yksikiteisen tai monikiteisen pii hyötysuhde laskee läm- mön kasvaessa. 1°C:n lämmön nousu laskee hyötysuhdetta jopa puoli prosenttia, joten lämpötila ei saa kasvaa liian suureksi, ettei sähköntuotanto laskisi suuresti. [31]

Aurinkopaneelin hyötysuhde kasvaa PVT järjestelmässä 3–8 % ja se kattaa noin puolet kotitalouden käyttöveden lämmityksestä. [31]

Kuva 11: Lämpötilan vaikutus aurinkokennon hyötysuhteeseen [31].

Kuvasta 11 nähdään lämpötilan, miten lämpötila vaikuttaa aurinkokennon hyötysuh- teeseen ajan suhteen. Tsc on aurinkokennon lämpötila ja ɳsc on aurinkokennon hyöty- suhde .Hybridijärjestelmässä hukka lämpö lämmittää järjestelmässä kiertävää vettä ja samalla jäähdyttää kennoa. Kuvasta huomataan, että hyötysuhde on suurimmillaan aamulla 8.00 ja hyötysuhde alkaa laskea päivän pidetessä. Lämpötila taas on aamulla pienimmillään ja alkaa kasvaa päivän edetessä ja kello 14.00–16.00 lämpötila on suu- rimmillaan.

Kuva 12: Vesitankin koon vaikutus hyötysuhteeseen [31].

Vesitankin sisältämän nesteen määrä vaikuttaa aurinkokeräimen hyötysuhteeseen.

Kuten kuvasta 12 nähdään, kun tankin sisältämän nesteen massa kasvaa, aurinkoke- räimen hyötysuhde on sitä korkeampi. Mf on veden määrä massoina. Kuvasta näh- dään, että aurinkokeräimen hyötysuhde vaihtelee päivän aikana 55–77 %, kun tankin vesi määrä on 120 kg.

5. JÄRJESTELMÄ JA MITOITUS

PVT järjestelmässä kiertävä vesi lämpenee aurinkokeräimessä, josta se päätyy vesi- varaajaan käyttövedeksi. Suomessa yhden ihmisen keskimääräinen käyttöveden kulu- tus on noin 110–120 litraa, joista suurin osa menee peseytymiseen. Neljän hengen perheen käyttöveden lämmittämiseen menee vuodessa noin 6000 kWh. Tätä käyttö- veden lämmittämiseen kuluvaa energiaa voidaan vähentää PVT järjestelmällä, joka on oikein mitoitettu. [32]

PVT järjestelmää ei kannata yli mitoitta, koska se vähentää järjestelmän elinikää ja sen takaisinmaksuaika pitenee. Oikein mitoittamisella saadaan vähennettyä energiakulu- tusta huomattavasti, jopa 80–100 % kuukauden energiankulutuksesta. [33]

Sähköjärjestelmässä aurinkopaneeli syöttää tehoa lataussäätimeen, josta se syöttää tehoa akkuun ja siitä invertteriin. [34]

Kuva 13 Aurinkopaneelin sähköjärjestelmä [34].

Aurinkokeräimessä kiertävä vesi lämpenee ja lämmin vesi menee putkia pitkin lämmin- vesivaraajaan ja sieltä käyttövedeksi.

Aurinko-

paneeli Regulaat-

tori

Akku ^Invertteri

5.1 Aurinkopaneeli

Hybridi järjestelmässä käytetään monikiteistä piikennoja, koska monikiteisen piikennon hyötysuhde on hyvä. Kotitalouksiin asennettujen aurinkopaneelien nimellisteho on 250 Wp yhdellä aurinkopaneelilla, joka on 100x165 cm [35].

5.2 Regulaattori

Regulaattori on laite, joka estää akkua ylilatautumasta ja lämpenemästä. Se estää myös haitallisia ylijännitteitä, jotka voivat aiheuttaa akun iän heikkenemistä. Jos akku ylilatautuu, akusta haihtuu akkunestettä ja lopulta kaikki nesteet ovat kuivuneet, eikä akussa voi tapahtua enää elektrolyysiä. [34]

Kun akku on ladattu täyteen, regulaattori lopettaa jännitteen syöttämisen akkuun ja näin estää ylilatautumisen. [34]

5.3 Akku

Aurinkopaneelin tuottama sähköenergia varastoidaan akkuihin. Akuista saatavalla sähköenergialla voidaan myös lämmittää myös käyttövettä, kun vesivaraaja on sähkö- lämmitteinen.

Yleisin akku teknologia, mitä käytetään aurinkopaneeleissa on lyijyakut. Lyijyakkuja käytetään niiden halvan hinnan vuoksi, mutta lyijy akkujen elinikä on lyhyt ja kapasi- teetti on pieni. Lyijyakku toimii elektrolyysin avulla, jossa elektrolyyttien kemiallinen ha- joaminen johtuu sähkövirrasta. [35]

Lithium-ion akut ovat yleistymässä aurinkopaneeleissa, koska li-ion akut ovat kevyem- piä ja niillä on pidempi elinikä ja kapasiteetti kuin lyijyakuilla. Li-ion akuissa on huonona puolena niiden kalleus. Li-ion akku on silti parempi vaihtoehto kuin lyijyakku positiivis- ten puolien vuoksi. [35]

Akkujen käyttö on lisääntynyt aurinkopaneeleissa lithium-ioni akkujen vuoksi, mutta suurin osa aurinkovoimaloista on kytketty verkkoon. Lithium-ion akku on hyvä varmis- tus, kun aurinkopaneelin tuottama teho on alhainen.

5.4 Invertteri

Aurinkopaneelin tuottama tasasähkö täytyy muuttaa vaihtosähköksi, jotta se soveltuisi verkkoon ja kodin erilaisiin koneisiin. Tasasähköstä vaihtosähköön muuttamiseen tar- vitaan invertteri eli vaihtosuuntaaja. Invertterissä tasajännite muutetaan osiksi, jossa osien taajuutta ja suuruutta voidaan muuttaa muuntajan avulla. [34]

Invertteri muuttaa kotitalouden aurinkopaneelin tuottaman tehon, jotta otettu teho olisi maksimissaan. Invertteri seuraa aurinkopaneelin maksimitehonpistettä, jossa invertteri muuttaa ulostulojännitettä oikeaan suuruus luokkaan. Aurinkopaneelien invertteri muuntaa tasajännitettä vaihtojännitteeksi 240 V kotitalouksissa. [34]

Invertterin avulla saadaan säädetty jokaisen paneelin maksimitehonpistettä, jonka avulla saadaan vähennettyä tehoeroja toisten paneelien kesken, jos jokin paneeli olisi varjossa.

5.5 Vesivaraaja

Kuva 14 Veden lämmitys vesivaraajaan [35].

Kuvasta 14 nähdään miten PVT:n keräimen avulla tuotetaan ja varastoidaan lämmintä vettä. 1 on PVT:n keräin, jossa keräin absorboi lämpöä itseensä ja samalla jäähdyttää aurinkopaneelia. Keräimen sisällä virtaavaa vesi lämpenee lämmön absorboinnin avulla ja keräimestä vesi virtaa ohitusventtiiliin (2). Ohitusventtiilissä säädetään veden virtausnopeutta ja painetta. Vesitankin ja aurinkopaneelin lämpötilaa säädetään kierto- vesipumpulla (3), joka kytkeytyy päälle, kun auringonsäteilyn vaikutuksesta aurinkopa- neelin lämpötilaa täytyy laskea. Lämmin vesi alkaa virrata aurinkokeräimestä vesiva- raajaan vasta silloin kun

𝑇_{𝑐𝑜𝑢𝑡}(𝑖) − 𝑇_𝑡< 0 (2)

Tcout on PVT:n keräimen lämpötila ja Tt on vesivaraajan lämpötila. [35]

Ohitusventtiilistä virtaa vettä tietyllä paineella ja nopeudella vesivaraajaan (4). Vesiva- raaja lämmitetään sähkövastuksilla ja kiertävällä vedellä. Lämminvesivaraajassa ta- pahtuu kerrostumista, jossa kylmä vesi laskee varaajan pohjalle ja lämmin vesi on va-

raajan yläosassa. Lämminvesivaraaja on eristetty ettei lämpö pääse karkaamaan ym- päristöön. [36] Lämminvesivaraajassa on lämmönsiirtimiä (5). Lämmönsiirtimissä kul- kee aurinkokeräimestä tulevaa lämmintä vettä, joka lämmittää lämminvesivaraajan ve- tää. Lämmönsiirtimen vesi jäähtyy varaajassa ja virtaa takaisin keräimeen. Lämminve- sivaraajasta vesi ohjataan joko suoraan käyttövedeksi tai lämmönsiirtimen (6) avulla, jossa vesi lämmitetään ja jäähdytetään käyttövedeksi.

5.6 Mitoittaminen

PVT järjestelmä mitoitetaan kulutuksen mukaan. Siihen vaikuttaa myös vuotuinen sä- teilyn määrä, erilaiset sääolosuhteet, kuten tuuli, lumi, pilvisyys, varjostus ja lämpötila.

Kulutukseen vaikuttaa tilan koko ja henkilöiden määrä. Mitä suurempi on henkilöiden määrä, niin sitä suurempi on veden- ja sähkönkulutus. Mitoituksen avulla määritellään, minkä kokoluokan komponentteja asennetaan. Suurin osa aurinkoenergian sähkön tuotosta kuluu omaan kulutukseen ja pienin osa tai ei lainkaan myydä sähköverkkoon.

Oikealla mitoituksella saadaan mahdollisimman hyvä takaisinmaksuaika. [37]

Mitoittamisen helpottamiseksi voidaan käyttää automaatiota, jolloin saadaan tarkka kuva vuorokauden sähkön kulutuksesta tunneittain ja mikä on veden kokonaiskulutus vuorokauden aikana. [37]

5.6.1 Aurinkopaneeleiden mitoitus ja rakennusvaatimukset

Aurinkopaneeleiden mitoitukseen vaikuttaa sen pinta-ala, kulma ja erilaiset sääolosuh- teet. Suomessa aurinkopaneelit asennetaan kohti etelää 45° kulmaan, jotta saadaan mahdollisimman suuri hyöty.

Eri vuoden ajat vaikuttavat myös aurinkopaneelin mitoitukseen, koska auringonsäteilyn määrä vaihtelee vuoden aikana. Talvisin auringon säteilyn määrä on pienempi kuin kesäisin. Talven lumipeite vaikuttaa aurinkopaneelin tehon tuottoon, koska auringon- säteily heijastuu lumesta. Lumesta on myös haittaa, jos aurinkopaneelin päälle muo- dostuu lumikerros. Tämä lumikerros estää aurinkopaneelin toiminnan. Lumikerros myös aiheuttaa aurinkokennolle paineen. Lumisilla alueilla aurinkopaneelien mitoitta- misessa täytyy ottaa huomioon, että aurinkopaneelin on kestettävä 2500 N/m² paine, kun lumettomilla alueilla aurinkopaneeleiden tulisi kestää 1000 N/m² paine. Aurinkopa- neeleiden mitoituksessa täytyy ottaa myös huomioon alueen tuuli olosuhteet, koska tuulen aiheuttama paine voi aiheuttaa aurinkopaneelin hajoamisen. [1]

Kotitalouden asuinneliöiden määrä vaikuttaa, kuinka suuri energian kulutus on. Suu- rempaan asuntoon tarvitaan enemmän aurinkopaneeleita.

5.6.2 Regulaattorin mitoitus

Regulaattori mitoitetaan aurinkopaneelin virran ja jännitteen mukaan. Sen on kestet- tävä aurinkopaneelista tulevaa tehoa ja estää akun ylilatautumista. Huonosti mitoitettu regulaattori voi vähentää jopa puolet aurinkopaneelin tuottamasta tehosta. [38]

Aurinkopaneeleissa käytetään yleensä 12 V, 24 V tai 48 V regulaattoreita, joiden virta on 1-60 A välillä. Kun tiedetään aurinkopaneelin virta, niin regulaattori mitoitetaan siten että regulaattorin virta 25 % suurempi kuin aurinkopaneelin virta. [38]

5.6.3 Akuston mitoitus

Akuston kokoon vaikuttaa, se kuinka suuri on energian kulutus. Mitoittamisessa ote- taan huomioon, että akku pystyy käsittelemään aurinkopaneelista tulevaa virtaa ja että akulla on oikea kapasiteetti. Varastointi kapasiteettia voidaan hyvin muodostaa yhdis- tämällä akkuja yhteen. [39]

Mitoituksessa täytyy ottaa huomioon budjetti, koska varastointikapasiteettia voidaan muodostaa suuriakin akustoja. Akkujen mitoittamisessa on otettava myös huomioon kuinka paljon aurinkopaneelit tuottavat jännitettä. Esimerkiksi jos aurinkopaneelit tuot- tavat 24 V niin akut kannattaa mitoittaa 24 V jännitteeseen. On otettava vielä huomioon akun purkausaste. Mitä pienempi purkausaste on sitä kauemmin akusta saadaan te- hoa irti. Purkausaste kannattaa pitää alhaalla ja akut kannattaa hiukan ylimitoittaa. [39]

5.6.4 Invertterin mitoitus

Aurinkopaneelien invertterit mitoitetaan 12 V, 24 V tai 48 V jännitteeseen, joka riippuu akuston koosta. Invertteri toimii oikein, kun akuston koko on riittävä.[34]

Invertterin mitoittamisessa otetaan huomioon tarvittavan tehon määrä. Jos halutaan ottaa enemmän tehoa, niin akuston kokoakin on kasvatettava. Tämä taas lisää kustan- nuksia ja budjetin ylittymistä. [34]

5.6.5 Vesivaraajan mitoitus

Vesitankin kokoon vaikuttaa aurinkokeräimen pinta-ala ja asukkaiden luku määrä. Niin kun aiemmin todettiin, että keskimäärin yhden henkilön veden kulutus on päivässä 110- 120 litraa, niin neljän hengen perheen veden kulutus on siis 440-460 litraa päivässä.

Vesivaraaja voidaan mitoittaa pienemmäksi kuin veden kulutus, koska lämpimän ve- den kulutus on pienempi. Neljän hengen perheeseen yleensä asennettaan 300 litran varaaja. [41]

6. YHTEENVETO

Uusiutuvien energialähteiden käyttö on kasvanut kovalla tahdilla viimeisien vuosien ai- kana päästöttömyyden ja hintojen alenemisilla. Aurinkoenergiaa hyödynnetään kaikki- alla maailmassa ja aurinkopaneeleja käyttää niin yksittäiset henkilöt kuin yrityksetkin.

Aurinkoenergian hyödyntäminen erilaisissa käyttökohteissa on lisännyt kiinnostusta ja halua rakentaa aurinkovoimaloita. Erilaisia käyttökohteita on esimerkiksi sähköntuo- tanto, veden lämmitys ja ilman lämmitys. Aurinkoenergian käyttö on tärkeää ilmaston- muutoksen vähentämisessä ja teknologian kehityksessä.

Auringonsäteily on tärkeä säteilyn lähde, joka mahdollistaa elämän maanpäällä. Maa- polle tulevan säteilyn määrä vuodessa vaihtelee eri maissa niiden sijaintien mukaan.

Mitä lähempänä napoja ollaan sitä pienempi on säteilyn määrä. Suurin osa auringon- säteilystä heijastuu takaisin avaruuteen ja puolet auringon säteilystä saapuu maanpin- nalle. Maanpinnalle tulevaa säteilyä voidaan käyttää erilaisissa käyttökohteissa, kuten sähköntuotannossa.

Nykypäivänä on kehitetty erilaisia aurinkokenno materiaaleja, joilla on niiden omat hyö- tysuhteensa. Uusia aurinkokenno materiaaleja kehitetään jatkuvasti ja yritetään saada mahdollisimman suuria hyötysuhteita aurinkokennoista irti. Yleisimpiä aurinkokennon materiaaleja ovat yksi- ja monikiteiset piikennot, koska niiden teknologiat ovat hyvin kehittyneet ja materiaalit ovat edullisia, myrkyttömiä ja kosteutta kestäviä. Uusien ohut- kalvokenno materiaalit ovat nykypäivänä yksi hyvä vaihtoehto, koska niiden hyötysuh- teeksi on saatu lupaavia tuloksia.

Hybridi järjestelmä eli PVT on hyvä vaihtoehto kattamaan kotitalouksien energiankulu- tuksia. Kun PVT järjestelmässä hyödynnetään erilaisia teknologioita veden lämmityk- seen ja sähköntuotantoon, saadaan ihmiset kiinnostumaan järjestelmän hyödyllisyy- destä ja sen edullisuudesta. Järjestelmässä on monia laitteita kuten akusto, aurinko- paneeli, aurinkokeräin, regulaattori ja invertteri.

Jokaisen asuinrakennukseen pitää tehdä omat mitoituksensa, jotta saadaan tehtyä PVT järjestelmästä mahdollisimman kannattava. Järjestelmän jokainen komponentti täytyy mitoittaa omiin arvoihinsa, jotta tehohäviöitä ei tulisi ja laitteet toimisivat keske- nään. Jokainen komponentti ovat kytköksissä toisiinsa ja näin mitoittaa järjestelmä oi- kein. Pienikin virhe mitoituksessa voi johtaa suuriin tehohäviöihin.

LÄHTEET

[1] Valkealahti, S. Aurinkosähkön perusteet. 2019. Tampereen yliopiston DEE- 53010 -kurssin luentomoniste.

[2] Wikipedia [www-sivu] Auringon säteily [Viitattu: 4.3.2020]. Saatavissa:

https://fi.wikipedia.org/wiki/Auringon_s%C3%A4teily

[3] Fondriest [www-sivu] Solar Radiation & Photosynthetically Active Radiation [Viitattu 4.3.2020] https://www.fondriest.com/environmental-measurements/pa- rameters/weather/photosynthetically-active-radiation/

[4] Beyondpenguins [www-sivu] Solar Energy, Albedo, and the Polar Regions [Vii- tattu: 5.3.2020]. Saatavissa: https://beyondpenguins.ehe.osu.edu/is-

sue/energy-and-the-polar-environment/solar-energy-albedo-and-the-polar-re- gions

[5] European Commission [www-sivu] Photovoltaic geographical information system [Viitattu:19.3.2020]. Saatavissa: https://re.jrc.ec.europa.eu/pvg_down- load/map_index_c.html#!

[6] Motiva [www-sivu] Ratkaisut, Uusiutuva energia, Aurinkosähkö, Auringonsätei- lyn määrä Suomessa [Viitattu 19.3.2020]. Saatavissa: https://www.mo-

tiva.fi/ratkaisut/uusiutuva_energia/aurinkosahko/aurinkosahkon_perusteet/au- ringonsateilyn_maara_suomessa

[7] Planning and Installing Photovoltaic Systems a Guide for Installers, Architects, and Engineers . 3rd ed., rev. and updated. Oxfordshire, England ;: Routledge, 2013. Print.[Viitattu: 20.3.2020]

[8] Lorenz [www-sivu] Products and Technology, Products, PV Solar Panels – LORENTZ PV Modules [Viitattu 21.3.2020]. Saatavissa: https://www.lo- rentz.de/products-and-technology/products/pv-modules

[9] Wikipedia [www-sivu] p–n junction [Viitattu: 22.3.2020]. Saatavissa:

https://en.wikipedia.org/wiki/P%E2%80%93n_junction

[10] Physics and Radio-Electronics [www-sivu] Depletion region [Viitattu

22.3.2020]. Saatavissa: https://www.physics-and-radio-electronics.com/elec- tronic-devices-and-circuits/semiconductor-diodes/depletion-region.html

[11] Letslearnnepal [www-sivu] P-N Junction and Diode [Viitattu 22.3.2020]. Saata- vissa: http://letslearnnepal.com/class-12/physics/modern-physics/solids-and- semiconductor-devices/p-n-junction-and-diode/

[12] Researchgate [www-sivu] A New Optimization Approach for Maximizing the Photovoltaic Panel Power Based on Genetic Algorithm and Lagrange Multi- plier Algorithm - Scientific Figure on ResearchGate. [Viitattu: 23.3.2020]. Saa- tavissa: https://www.researchgate.net/figure/PV-module-voltage-current-at-dif- ferent-temperature-levels_fig12_258394077

[13] Wikipedia [www-sivu] Valosähköinen ilmiö [Viitattu 25.3.2020]. Saatavissa:

https://fi.wikipedia.org/wiki/Valos%C3%A4hk%C3%B6inen_ilmi%C3%B6

[14] Wikipedia [www-sivu] Crystalline silicon [Viitattu 25.3.2020]. Saatavissa:

https://en.wikipedia.org/wiki/Crystalline_silicon

[15] Mccoy, Jedidiah J. et al. “p-Type Doping Efficiency in CdTe: Influence of Second Phase Formation.” Journal of Applied Physics 123.16 (2018): n. pag.

Web. [Viitattu 26.3.2020]

[16] McEvoy, Augustin., T. Markvart, and Luis. Castañer. Solar Cells Materials, Manufacture and Operation . 2nd ed. Amsterdam: Elsevier, 2013. Print.[Vii- tattu 27.3.2020]

[17] Reddy, P. Jayarama. Solar Power Generation Technology, New Concepts &

Policy . Boca Raton, FL: CRC Press, 2012. Print. [Viitattu 27.3.2020]

[18] Wikipedia [www-sivu] Copper indium gallium selenide solar cells [Viitattu 27.3.2020]. Saatavissa: https://en.wikipedia.org/wiki/Copper_indium_gal- lium_selenide_solar_cells

[19] Suntech energy [www-sivu] Monocrystalline vs Polycrystalline [Viitattu 27.3.2020]. Saatavissa: http://suntech.energy/solar-panel-types/

[20] Wang, Yongze et al. “Modeling Method Research of Flexible Amorphous Sili- con Solar Cell.” Applied Solar Energy 51.1 (2015): 41–46. Web. [Viitattu 28.3.2020]

[21] Buschow, K. H. J, Merton C Flemings, and Robert Cahn. The Encyclopedia of Materials : Science and Technology. Place of publication not identified: Per- gamon Imprint, 2001. Print. [Viitattu 28.3.2020]

[22] Elprocus [www-sivu] PIN Diode Basics, Working and Applications [Viitattu 28.3.2020]. Saatavissa: https://www.elprocus.com/pin-diode-basics-working- applications/,

[23] Zhou, Ly et al. “Comparison in Net Solar Efficiency Between the Use of Con- centrating and Non-Concentrating Solar Collectors in Solar Aided Power Gen- eration Systems.” Applied Thermal Engineering 75 (2015): 685–691. Web.

[Viitattu 29.3.2020]

[24] Wikipedia [www-sivu] Solar thermal collector [Viitattu 29.3.2020]. Saatavissa:

https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_thermal_collector

[25] Mäki, Aki. Keskuslämmitteisen omakotitalon lämmitysjärjestelmän moderni- sointi aurinkolämmitystä hyödyntäväksi. Tampereen ammattikorkeakoulu, 2008. Print. [Viitattu 29.3.2020]

[26] Shan, F, L Cao, and Gy Fang. “Dynamic Performances Modeling of a Photo- voltaic-Thermal Collector with Water Heating in Buildings.” Energy And Build- ings 66 (2013): 485–494. Web. [Viitattu 29.3.2020]

[27] Wu, D. et al. Influences of Different Lamination Conditions on the Reliability of Encapsulation of PV Modules. WIP, 2013. Web. [Viitattu 29.3.2020]

[28] Dupont [www-sivu] Photovoltaic Solutions, Designed to endure, day after day [Viitattu 29.3.2020]. Saatavissa: https://www.dupont.com/solar-photovoltaic- materials/photovoltaic-backsheet-films.html

[29] Wikipedia [www-sivu] Heat exchanger [Viitattu 29.3.2020]. Saatavissa:

https://en.wikipedia.org/wiki/Heat_exchanger

[30] Wikipedia [www-sivu] Aurinko [Viitattu 29.3.2020]. Saatavissa: https://fi.wikipe- dia.org/wiki/Aurinko

[31] Ziapour, Behrooz M, Vahid Palideh, and Ali Mohammadnia. “Study of an Im- proved Integrated Collector-Storage Solar Water Heater Combined with the Photovoltaic Cells.” Energy Conversion and Management 86 (2014): 587–594.

Web. [Viitattu 29.3.2020]

[32] Energiatehokas koti [www-sivu] Suunnittelu, Talotekniikan suunnittelu, Käyttö- vesi [Viitattu 23.04.2020]. Saatavissa https://www.energiatehokaskoti.fi/suun- nittelu/talotekniikan_suunnittelu/kayttovesi

[33] Sähköala.fi [www-sivu] Aurinkosähköjärjestelmä kannattaa mitoittaa oikein [Viitattu 23.04.2020]. Saatavissa: https://www.sahkoala.fi/ammattilaiset/artik- kelit/aurinkoenergia/fi_FI/aurinkosahkojarjestelman_mitoitus/

[34] Solar Online [www-sivu] Solar system basics - how solar power works! [Viitattu 23.04.2020]. Saatavissa: https://www.solaronline.com.au/solar_system_ba- sics.html

[35] Herrando, M et al. “Technoeconomic Modelling and Optimisation of Solar Combined Heat and Power Systems Based on Flat-Box PVT Collectors for Domestic Applications.” Energy Conversion And Management 175 (2018): 67–

85. Web. [Viitattu 24.04.2020]

[36] Rakentaja [www-sivu] Käyttö- ja lämmitysveden lämmitys on varaajan tärkeä tehtävä [Viitattu 24.04.2020]. Saatavissa: https://www.rakentaja.fi/artik- kelit/10950/vesi_lammitysjarjestelma_akvaterm.htm

[37] Motiva [www-sivu] Ratkaisut, uusiutuva energia, aurinkosähkö, hankinta ja asennus, aurinkojärjestelmän mitoitus [Viitattu 25.05.2020]. Saatavissa:

https://www.motiva.fi/ratkaisut/uusiutuva_energia/aurinkosahko/hank- inta_ja_asennus/aurinkosahkojarjestelman_mitoitus

[38] Sähkötovi [www-sivu] Aurinkosähkö mökeille [Viitattu 25.05.2020]. Saatavissa:

https://sahkotovi.fi/aurinkosahko-mokille/

[39] Alternative Energy [www-sivu] Battery Bank Sizing [Viitattu 27.05.2020]. Saa- tavissa: http://www.altenergy.org/renewables/solar/DIY/battery-bank-siz- ing.html

[40] Solar retrofits for weatherization and remodels [www-sivu] Lesson 3 [Viitattu 28.4.2020]. Saatavissa: https://pasolar.ncat.org/lesson03.php

[41] Motiva [www-sivu] Tasokeräimet [Viitattu 21.05.2020]. Saatavissa:

https://www.motiva.fi/ratkaisut/uusiutuva_energia/aurinkolampo/aurinko- lampojarjestelmat/nestekiertoiset_keraimet/tasokeraimet

[42] Motiva [www-sivu] Tyhjiöputkikeräimet [Viitattu 21.05.2020]. Saatavissa:

https://www.motiva.fi/ratkaisut/uusiutuva_energia/aurinkolampo/aurinko- lampojarjestelmat/nestekiertoiset_keraimet/tasokeraimet