Aurinkoenergia

Aurinkoenergia on auringon säteilemän energian hyödyntämistä sähkö- tai lämpöenergiana. Yleensä termillä tarkoitetaan erityisesti suoraa säteilyenergian hyödyntämistä aurinkokennon tai aurinkokeräimen avulla. 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 ==Yleistä== : Auringon säteilytehon jakautuminen Maassa 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. 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. 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. Yhteyttäminen sitoo biomassaan vuodessa suunnilleen 30 tsettajoulea aurinkoenergiaa. Aurinkokennoilla säteilyn energiasta noin 21 prosenttia voidaan muuttaa sähköksi; vastaavasti aurinkokeräimillä säteilyn energiasta saadaan lämmöntuotantoon 25–35 prosenttia. Aurinkosähkön sijaan voisi käyttää nimeä valoenergia tai fotonienergia. Sähköenergiaa voidaan tuottaa myös pimeän aikaan yöllä infrapunasäteilystä. === Suora ja epäsuora aurinkoenergia === 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 == 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. Espanjassa on tehty kokeellinen auringolla toimiva höyryvoimala. 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== 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== Aurinkoenergian tuotannon asennettu kapasiteetti (MW) Sija 2022 Maa 2014 (lopussa) 2016 (lopussa) 2018 (lopussa) 2022 (lopussa) 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* 88* 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. 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. Suomen aurinkoenergiatuotannon asennetun aurinkoenergiatuotantokapasiteetin kasvu on ollut suhteellisest merkittävää, mutta tosiasiallisesti, absoluuttisesti maailman kehitykseen nähden vähäistä vuosien 2014-2018 aikana. * 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== Aurinkoenergian tuotanto perustuu valon määrään, joten Suomessa aurinkoenergian määrä on kesällä jopa suurempi kuin Keski-Euroopassa. Marras- helmikuussa aurinkoenergiaa suomessa ei juuri saada talteen. Alkukeväästä ja loppusyksystä aurinkoenergiaa on suomessa saatavilla huomattavasti vähemmän kuin Keski-Euroopassa. Käytännössä Suomessa aurinkoenergiaa on keskikesällä saatavilla reilusti enemmän kuin Keski-Euroopassa, mutta talvea kohden aurinkoenergian saatavuus romahtaa.http://www.motiva.fi/toimialueet/uusiutuva_energia/aurinkoenergia/aurinkosahko/aurinkosahkon_perusteet/auringonsateilyn_maara_suomessa 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. Auringosta paneelien avulla saatavan energian kokonaismäärä saattaa olla Keski-Eurooppaa korkeampi, koska useimpien paneelien teho on parempi Suomen kylmemmässä ilmastossa. Vuositasolla hyödynnettävän aurinkosähkön määrää voi arvioida Suomen säteilykartan avulla. Euroopan säteilykartan 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. Tyypillisesti pientalouksien aurinkosähköjärjestelmien takaisinmaksuaika on 24–32 vuotta. Oulussa kyetään tuottamaan yhtä paljon aurinkosähköä kuin Pohjois- Saksassa.http://yle.fi/uutiset/oulussa_auringosta_saa_saman_verran_sahkoa_kuin_pohjois- saksassa/7753575 Oulussa ja Tampereella aurinkopaneelien tuotot ovat käytännössä samat.http://www.ouka.fi/c/document_library/get_file?uuid=62f76a49-d36b-436c-82b7-e16ade406a04&groupId;=139863 == Katso myös == * Aurinkoarkkitehtuuri * Aurinkoenergiatorni * Aurinkolämpö * Insolaatio *Luettelo Suomen suurimmista aurinkovoimaloista * Sähkön pientuotanto == Lähteet == == Aiheesta muualla == *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 (pdf) * Luokka:Seulonnan keskeiset artikkelit