Aurinkoenergia
Aurinkoenergia on auringon säteilemän energian hyödyntämistä sähkö- tai lämpöenergiana. Yleensä termillä tarkoitetaan erityisesti suoraa säteilyenergian hyödyntämistä aurinkokennon tai aurinkokeräimen avulla[1]. Suoran ja epäsuoran aurinkoenergian hyödyntämiseksi on kehitteillä näiden lisäksi monia teknisiä sovelluksia.
Aurinkoenergia on niin sanottua uusiutuvaa energiaa, ja sen tuotannosta syntyy päästöjä ja jätettä vain laitteiden valmistuksessa ja kierrätyksessä. Aurinkoenergia on ollut pitkään varsin kallista, sen hyödyntämiseen tarkoitettujen paneeleiden hinnan vuoksi, mutta eräiden vuonna 2010 julkaistujen tutkimusten mukaan hintakehitys oli laskemassa seuraavan kymmenen vuoden kuluessa fossiilisten polttoaineiden tasolle[2][3]
Yleistä
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]- Pääartikkelit: Insolaatio ja Auringon säteily
| Auringon säteilytehon jakautuminen Maassa[4] | ||||
|---|---|---|---|---|
| Teho /TW | Prosenttiosuus | |||
| Kokonaisteho | 172 500 | 100 | ||
| Heijastuu suoraan takaisin | 50 000 | 29 | ||
| Ilmakehä | 41 400 | 24 | ||
| Vesistöt | 65 400 | 38 | ||
| Maaperä | 15 600 | 9 | ||
| Biosfääri | 133 | 0,08 | ||
| Ihmiskunta | 13 | 0,008 | ||
Auringon säteilyn intensiteetti Maan kiertoradan etäisyydellä Auringosta on noin 1,4 kW/m², kun se mitataan suorassa kulmassa suhteessa aurinkoon. Maan pinnalle kohdistuva kokonaisteho on noin 170 000 TW, mutta käytännössä siitä ei voida hyödyntää kuin pieni osa.[5] Säteilystä heijastuu suoraan takaisin suunnilleen 30 prosenttia.
Maan maa- ja vesialueet sekä ilmakehä absorboivat auringon säteilyä, mikä nostaa niiden lämpötilaa. Valtameristä haihtunutta vettä sisältävä lämmin ilma kohoaa painovoimakentässä ylöspäin aiheuttaen ilmakehässä kiertoliikettä ja lämmön kuljettumista. Kun ilma kohoaa korkeuteen, jossa lämpötila on matala, vesihöyry tiivistyy pilviksi. Pilven vesi putoaa lopulta maanpinnalle toteuttaen veden kiertokulun. Veden tiivistymisen latentti lämpö vahvistaa konvektiota muodostaen erilaisia ilmakehän ilmiöitä, kuten tuuli, sykloni ja korkeapaine. Valtameriin ja maa-alueisiin absorboitunut auringon säteily pitää Maan keskilämpötilan noin 14 °C:ssa.[6] Kasvit muuttavat fotosynteesissä auringon energiaa kemialliseksi energiaksi.
Aurinkoenergian potentiaali on suuri, sillä ihmiskunta kuluttaa energiaa vuodessa suunnilleen saman verran kuin Auringon energiaa absorboituu maanpintaan ja ilmakehään yhdessä tunnissa.[7] Yhteyttäminen sitoo biomassaan vuodessa suunnilleen 30 tsettajoulea aurinkoenergiaa.[8]
Aurinkokennoilla säteilyn energiasta noin 21 prosenttia voidaan muuttaa sähköksi[9]; vastaavasti aurinkokeräimillä säteilyn energiasta saadaan lämmöntuotantoon 25–35 prosenttia.[1]
Aurinkosähkön sijaan voisi käyttää nimeä valoenergia tai fotonienergia. Sähköenergiaa voidaan tuottaa myös pimeän aikaan yöllä infrapunasäteilystä.[10]
Suora ja epäsuora aurinkoenergia
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]Suoraksi aurinkoenergiaksi kutsutaan energiantuotantomuotoja, joissa auringonsäteily sidotaan suoraan sähköksi aurinkokennossa tai lämmöksi aurinkokeräimessä tai aurinkolämpövoimalassa. Epäsuoraksi aurinkoenergiaksi kutsutaan mitä tahansa muuta energiantuotantoa, jossa säteilyä ei suoraan oteta käyttöön vaan hyödynnetään vaikkapa säteilyn synnyttämiä virtauksia tai eliöiden varastoimaa kemiallista energiaa. Epäsuoria aurinkoenergiamuotoja ovat muiden muassa vesivoima, tuulivoima, aaltovoima, bioenergia ja maalämpö. Toisin sanoen liki kaikki muu paitsi ydinvoima ja Geoterminen energia. Fossiilisten polttoaineiden energia on säilöttyä aurinkoenergiaa.
Aurinkosähkö
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
Aurinkosähköä tuotetaan tavallisesti aurinkokennoilla, jotka muuntavat auringon säteilyä valosähköisen ilmiön avulla sähköenergiaksi. Nykyään yli 80 prosenttia aurinkokennoista on liitetty sähköverkkoon. Aurinkokennoja voidaan käyttää pienempimuotoiseen sähköntuottoon sähköverkon ulkopuolella olevilla alueilla ja akkujen avulla turvata sähkön saannin jatkuvuutta.
Aurinkokennoja käytetään myös satelliiteissa ja joissakin avaruusluotaimissa.
Auringon säteilyä voidaan myös kerätä peileillä tai linsseillä samaan tapaan kuin aurinkolämpöä. Tällöin aurinkokennoja tarvitaan vähemmän, mutta niitä pitää jäähdyttää ylikuumenemisen estämiseksi. Keskittävässä aurinkovoimalassa kerätyllä lämmöllä käytetään lämpövoimaprosessia. Aurinkohöyryvoimala tuottaa energiaa muodostamalla vedestä auringon säteilyn avulla vesihöyryä.[11] Espanjassa on tehty kokeellinen auringolla toimiva höyryvoimala.[11] Siinä käytetään vettä öljyn tai muun nesteen sijasta, koska arvellaan sen toimivan nestetasolla parhaiten kaasuuntuessaan ja muutettaessa voimaksi. Voimala tuottaa erikoispeilien avulla keskittämällä lämmön, joka arvioiden mukaan hyperlämmittää veden 500 celsiusasteeseen (932 F). Tuotettava voima otetaan talteen suoraan ja välillisesti.
Aurinkolämpö
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]- Pääartikkeli: Aurinkolämmitys
Aurinkolämmityksessä auringon energiaa käytetään tyypillisesti käyttöveden tai sisäilman lämmitykseen. Aurinkolämmityksessä lämpö otetaan talteen aurinkokeräimellä, siirretään käyttökohteeseen välinesteellä ja varataan varaajaan myöhempää käyttöä varten. Aurinkokerääjien päätyypit ovat taso- ja tyhjiöputkikeräin.
Aurinkoenergian tuotannon asennettu kapasiteetti maittain
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]| Aurinkoenergian tuotannon asennettu kapasiteetti (MW) | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Sija 2022 |
Maa | 2014 (lopussa) [12][13] |
2016 (lopussa) [14][13] |
2018 (lopussa) [15][13] |
2022 (lopussa) [13] | ||
| 1 |  Kiina |
28061 | 77434 | 175030 | 393032 | ||
| 2 |  USA |
19938 | 34711 | 51450 | 113015 | ||
| 3 |  Japani |
23300 | 41600 | 55500 | 83055 | ||
| 4 |  Saksa |
38236 | 40988 | 45279 | 66664 | ||
| 5 |  Intia |
3263 | 9887 | 27115 | 63193 | ||
| 6 |  Australia |
4057 | 6689 | 10354 | 29679 | ||
| 7 |  Italia |
18615 | 19251 | 20126 | 25083 | ||
| 8 |  Brasilia |
21 | 128 | 2435 | 24079 | ||
| 9 |  Etelä-Korea |
2481 | 5000 | 7862 | 24078 | ||
| 10 |  Espanja |
7087 | 7171 | 7048 | 20518 | ||
| 11 |  Alankomaat |
1048 | 1955 | 4150 | 18849 | ||
| 12 |  Vietnam |
5 | 5 | 105 | 18475 | ||
| 13 |  Ranska |
5654 | 6767 | 9483 | 17419 | ||
| 14 |  Iso-Britannia |
5377 | 11250 | 13108 | 14660 | ||
| 15 |  Puola |
27 | 187 | 562 | 11167 | ||
| 16 |  Turkki |
41 | 834 | 5064 | 9426 | ||
| 17 |  Meksiko |
174 | 633 | 2583 | 9356 | ||
| 18 |  Ukraina |
819 | 938 | 2003 | 8062 | ||
| 19 |  Taiwan |
620 | 1210 | 2618 | 7969 | ||
| 20 |  Belgia |
3024 | 3122 | 4026 | 6898 | ||
| 21 |  Etelä-Afrikka |
922 | 1744 | 2959 | 6326 | ||
| 22 |  Chile |
402 | 1039 | 1524 | 6250 | ||
| 23 |  Kreikka |
2596 | 2611 | 2652 | 5557 | ||
| 24 |  Kanada |
1710 | 2743 | 3153 | 5326 | ||
| 25 |  Israel |
676 | 872 | 1076 | 4411 | ||
| 26 |  Sveitsi |
1076 | 1644 | 2246 | 4340 | ||
| 27 |  Arabiemiraatit |
130 | 135 | 600 | 3588 | ||
| 28 |  Itävalta |
785 | 1073 | 1431 | 3548 | ||
| 29 |  Tanska |
607 | 851 | 998 | 3122 | ||
| 30 |  Thaimaa |
1304 | 2154 | 2725 | 3065 | ||
| 30+ |  Unkari |
89 | 235 | 728 | 2988 | ||
| 30+ |  Tšekki |
2067 | 2068 | 2081 | 2627 | ||
| 30+ |  Ruotsi |
60 | 140 | 532 | 2606 | ||
| 30+ |  Portugal |
415 | 513 | 667 | 2536 | ||
| 30+ |  Bulgaria |
1026 | 1032 | 1036 | 1948 | ||
| 30+ |  Malesia |
205 | 344 | 545 | 1933 | ||
| 30+ |  Jordania |
0 | 287 | 700 | 1914 | ||
| 30+ |  Venäjä* |
7*[14] | 88*[14] | 535 * | 1 816* | ||
| 30+ |  Egypti |
35 | 68 | 770 | 1724 | ||
| 30+ |  Filippiinit |
23 | 759 | 897 | 1623 | ||
| 30+ |  Romania |
1293 | 1372 | 1377 | 1414 | ||
| 30+ |  Pakistan |
165 | 590 | 680 | 1243 | ||
| 30+ |  Kazakstan |
5 | 57 | 209 | 1146 | ||
| 30+ |  Marokko |
40 | 202 | 735 | 854 | ||
| 30+ |  Suomi |
11 | 39 | 140 | 591 | ||
| 30+ |  Liettua |
69 | 71 | 84 | 568 | ||
| 30+ |  Norja |
13 | 27 | 68 | 321 | ||
| Yhteensä | Koko maailma | 179 742 | 295 664 | 486 085 | 1 061 632 | ||
Oheinen taulukko kuvaa asennetun aurinkoenergian tuotannon kapasiteetin kehitystä viime vuosina. Taulukossa on esitetty 30 suurimman aurinkoenergian tuotannon asennetun kapasiteetin maata vuoden 2022 lopun tilanteen mukaan. Vertailun vuoksi mukana on myös Suomi ja joitain muita valtioita.[13] Merkillepantavaa on, että vaikka mantereena Afrikalla on maailman suurin aurinkoenergiapotentiaali, ja monessa Afrikan maassa suuri osa kotitalouksista on vielä vailla sähköä, aurinkoenergian hyödyntäminen on vielä hyvin vähäistä.[13]
Suomen aurinkoenergiatuotannon asennetun aurinkoenergiatuotantokapasiteetin kasvu on ollut suhteellisest merkittävää, mutta tosiasiallisesti, absoluuttisesti maailman kehitykseen nähden vähäistä vuosien 2014-2018 aikana.[16][15]
* Taulukossa "Venäjän" arvoiksi ei ole sisällytetty maan keväällä 2014 sotilaallisesti miehittämän, esimerkiksi YK:n ja Euroopan yhteisön mukaan Ukrainaan laillisesti kuuluvan Krimin niemimaan aurinkovoimaloiden kapasiteettia.
Aurinkoenergian tuotanto Suomessa
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]- Pääartikkeli: Aurinkoenergia Suomessa
Aurinkoenergian tuotanto perustuu valon määrään, joten Suomessa aurinkoenergian määrä on kesällä jopa suurempi kuin Keski-Euroopassa. Marras-helmikuussa aurinkoenergiaa suomessa ei juuri saada talteen[17]. Alkukeväästä ja loppusyksystä aurinkoenergiaa on suomessa saatavilla huomattavasti vähemmän kuin Keski-Euroopassa[18]. Käytännössä Suomessa aurinkoenergiaa on keskikesällä saatavilla reilusti enemmän kuin Keski-Euroopassa, mutta talvea kohden aurinkoenergian saatavuus romahtaa.[19] Vuositasolla aurinkoenergian määrä per neliömetri on Keski-Suomessa noin 900 kWh. Vertailuarvona Hampurissa auringon säteilyn energia on vuositasolla 938 kWh sekä Lissabonissa 1 689 kWh[20]. Auringosta paneelien avulla saatavan energian kokonaismäärä saattaa olla Keski-Eurooppaa korkeampi, koska useimpien paneelien teho on parempi Suomen kylmemmässä ilmastossa[20]. Vuositasolla hyödynnettävän aurinkosähkön määrää voi arvioida Suomen säteilykartan[21] avulla. Euroopan säteilykartan[22] avulla voi puolestaan arvioida miten Suomessa saatava aurinkoenergian määrä pärjää vertailussa esimerkiksi Välimeren rannikkoseutuihin nähden.
Laadukkaiden aurinkolämpöjärjestelmien vuosituotanto vaihtelee Suomessa keskimäärin välillä 400 – 500 kWh/keräin-m2. Aurinkolämpöjärjestelmän vuosituotto riippuu merkittävästi keräintyypistä, asennettujen keräinten sijainnista, suunnasta sekä mitoituksesta suhteessa kohteen lämmönkulutukseen. 400 kWh/keräin-m2 on tyypillinen tuotanto käyttöveden tapauksessa, kun muissa käyttökohteissa (esim. tilojen tai uima-altaan lämmitys) ylletään vähintään 500 kWh/keräin-m2 tuottoihin.[23] Tyypillisesti pientalouksien aurinkosähköjärjestelmien takaisinmaksuaika on 24–32 vuotta.
Oulussa kyetään tuottamaan yhtä paljon aurinkosähköä kuin Pohjois-Saksassa.[24] Oulussa ja Tampereella aurinkopaneelien tuotot ovat käytännössä samat.[25]
Katso myös
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]- Aurinkoarkkitehtuuri
- Aurinkoenergiatorni
- Aurinkolämpö
- Insolaatio
- Luettelo Suomen suurimmista aurinkovoimaloista
- Sähkön pientuotanto
Lähteet
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]- ↑ a b Aurinkoenergia Motiva. Arkistoitu 6.10.2014. Viitattu 21.10.2010.
- ↑ Kaisa Simola: Tutkijat: Aurinkoenergia jo halvempaa kuin ydinenergia tekniikka & Talous. 2010. Viitattu 25.11.2017.
- ↑ Soili Semkina: Kohta aurinko on yhtä halpaa kuin öljy Tekniikka ja Talous. 2010. Viitattu 25.11.2017.
- ↑ Pekka Pirilä: Energiatalous (sivut 12-13) Teknillinen korkeakoulu. Viitattu 14.9.2007.[vanhentunut linkki]
- ↑ Aurinkoenergia Energiateollisuus. Viitattu 21.10.2010.[vanhentunut linkki]
- ↑ Somerville, Richard: Historical Overview of Climate Change Science (PDF) (s. 93) ipcc.ch. Viitattu 31.3.2014. (englanniksi)
- ↑ Lewis, Nathan S. & Nocera, Daniel G.: Powering the planet: Chemical challenges in solar energy utilization pnas.org. Viitattu 31.3.2014. (englanniksi)
- ↑ Global Exergy Resource Chart gcep.stanford.edu. Viitattu 31.3.2014. (englanniksi)
- ↑ Maailman tehokkain aurinkopaneeli The Independent. Viitattu 26.6.2011.[vanhentunut linkki]
- ↑ Aurinkopaneeli, joka tuottaa energiaa - myös pimeässä Tekniikka & Talous. Viitattu 13.6.2011.
- ↑ a b Coxworth, Ben: Experimental direct solar steam generation power plant opens in Spain Gizmag. 4.4.2011. Viitattu 18.11.2013. (englanniksi)
- ↑ Renewable Capacity Statistics 2016 (pdf) (s. 26-32 Solar Energy lähteen johdannon mukaan The renewable power capacity data shown in these tables represents the maximum net generating capacity of power plants and other installations that use renewable energy sources to produce electricity. Eli tilastossa on esitetty asennetun tuotantotavan maksimiarvo; aurinkoenergialle tämä "piikki"arvo merkitään yleensä muodossa MWp) The International Renewable Energy Agency (IRENA), irena.org. Viitattu 9.4.2016. (englanniksi),(ranskaksi),(espanjaksi)
- ↑ a b c d e f Renewable energy statistics 2023 Abu Dhabi: International Renewable Energy Agency, irena.org. Viitattu 22.10.2023. (englanniksi)
- ↑ a b c Renewable Capacity Statistics 2017 (pdf) (s. 26-33 Solar Energy lähteen johdannon (s.5) mukaan The renewable power capacity data shown in these tables represents the maximum net generating capacity of power plants and other installations that use renewable energy sources to produce electricity. Eli tilastossa on esitetty asennetun tuotantotavan maksimiarvo; aurinkoenergialle tämä "piikki"arvo merkitään yleensä muodossa MWp) The International Renewable Energy Agency (IRENA), irena.org. Viitattu 24.8.2017. (englanniksi),(ranskaksi),(espanjaksi)
- ↑ a b Renewable Energy Statistics 2019 (pdf) (ISBN 978-92-9260-137-9) 6/2019. International Renewable Energy Agency, irena.org. Viitattu 4.1.2019. (englanniksi)
- ↑ Kotien aurinkosähkö nyt kovassa kasvussa – Uudellamaalla jo yli 260 voimalaa yle.fi. Viitattu 11.4.2016.
- ↑ Vuokraa oma aurinkopaneeli www.helen.fi. Viitattu 25.11.2018.
- ↑ Auringonsäteilyn määrä Suomessa www.motiva.fi. 12.5.2014. Viitattu 5.1.2017.
- ↑ http://www.motiva.fi/toimialueet/uusiutuva_energia/aurinkoenergia/aurinkosahko/aurinkosahkon_perusteet/auringonsateilyn_maara_suomessa
- ↑ a b Aurinkoenergia Suomessa Tekniikka & Talous. Viitattu 13.6.2011.
- ↑ Global irradiation and solar electricity potentia (pdf) Joint Research Centre, jrc.ec.europa.eu. Viitattu 11.7.2016. (englanniksi)
- ↑ Photovoltaic Solar Electricity Potential in European Countries Joint Research Centre, jrc.ec.europa.eu. Viitattu 11.7.2016. (englanniksi)
- ↑ Auvinen, Karoliina ; Lovio, Raimo ; Jalas, Mikko ; Juntunen, Jouni ; Liuksiala, Lotta ; Nissilä, Heli ; Müller, Julia: FinSolar-raportti FinSolar: Aurinkoenergian markkinat kasvuun Suomessa - Liiketoimintaympäristö | Investointien kannattavuus | Rahoitus- ja hankintamallit | Politiikkasuositukset. 1/2016. Aalto University. Viitattu 3.7.2016.
- ↑ http://yle.fi/uutiset/oulussa_auringosta_saa_saman_verran_sahkoa_kuin_pohjois-saksassa/7753575
- ↑ http://www.ouka.fi/c/document_library/get_file?uuid=62f76a49-d36b-436c-82b7-e16ade406a04&groupId=139863
Aiheesta muualla
[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]
- Aalto-yliopisto: FinSolar
- Aurinkoenergiaa.fi
- Aurinkoteknillinen yhdistys: Aurinkoenergia
- Eurosolar - The European Association for Renewable Energy
- European Solar Thermal Industry Federation ESTIF
- Euroopan komissio, IET: Photovoltaic Geographical Information System PVGIS
- HSY ilmastoinfo: Aurinkosähköä kotiin
- Motiva: Aurinkoenergia
- Solar Power Europe
- Suomen Lähienergialiitto: Aurinkoenergia
- Massachusetts Institute of Technology (MIT): The Future of Solar Energy, an Interdisciplinary MIT Study, 2015 (englanniksi) (pdf)
| Aurinkovoima | |
|---|---|
| Tuulivoima | |
| Vesivoima | |
| Maa, vesi ja ilma | |
| Biologinen | |
| Kemiallinen | |
| Muuta | |
| Teemasivut |
| Käsitteitä | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Uusiutumaton energia |
| ||||
| Uusiutuva energia |