Aurinkoenergian hyödyntäminen arktisella alueella. Energian tuotantopotentiaali ja taloudellinen kannattavuus

Pitkät, pimeät talvet, lumen kertyminen aurinkopaneeleille ja matalat auringon kulmat vaikeuttavat aurinkoenergian hyödyntämistä arktisella alueella. Tässä väitöskirjasta tutkitaan, miten aurinkopaneelien tuotantoa voidaan optimoida pohjoisilla leveysasteilla kuten Pohjois-Suomessa.

Tutkimuksessa hyödynnettiin Oulun yliopistolle ja ammattikorkeakoululle asennetuista aurinkopaneeleista saatuja mittaustuloksia, joita kerättiin kahden vuoden ajan. Tutkimuksen kohteena olivat 40 vaihteleviin kallistuskulmiin ja suuntiin asennettuja paneeleja, joista tallennettiin energian tuotantotietoja 15 minuutin välein. Saatuja mittaustuloksia analysoitiin kuukausi-, vuodenaika- ja vuositasolla, minkä lisäksi tarkasteltiin myös lumen vaikutuksia ja taloudellisia hyötyjä.

Optimointi vuositasolla

Empiirinen tutkimus paljasti keskeisiä trendejä. Kevät ja kesä tuottavat 95 prosenttia vuotuisesta sähköntuotannosta, kun taas syksy ja talvi tuottavat vain viisi prosenttia. Tuottavin kallistuskulma on 28 astetta, mikä on huomattavasti pienempi kuin suositeltu 46 astetta. Tämä johtuu siitä, että tämä kulma hyödyntää parhaiten auringonsäteilyä aurinkoisimpina kuukausina.

Seinille asennettujen paneelien tuotanto taas ylittää kattoasennusten tuotannon erityisesti helmi-maaliskuussa jopa 30–98 prosentilla. Tämä johtuu vähäisestä lumen kertymästä, auringonvalon heijastuksesta lumelta, sekä matalalta tulevan auringonvalon paremmasta hyödyntämisestä. Koska tavoitteena on kuitenkin koko vuosituotannon maksimointi, on paneelit syytä asentaa 28 asteen kulmassa, koska ne tuottavat 20–30 prosenttia enemmän vuositasolla kuin pystysuorat paneelit.

Aurinkoenergian tuotannon taloudellinen arvo

Etelään ja kaakkoon suunnatut paneelit tuottivat odotusten mukaisesti eniten sähköä läpi koko vuoden. Kun tarkastellaan paneeleilla tuotetun sähkön taloudellista arvoa, kaakkoon päin asennetut paneelit tuottavat sähköä niinä aikoina, jolloin sähkön hinta on korkeampi. Kaakkoon suunnattujen paneelien tuottaman sähkön arvo on näin ollen korkeampi etelään päin suunnattuihin paneeleihin verrattuna. Tämän vuoksi onkin tärkeää ottaa huomioon kotitalouden kulutustottumukset ja sähkön hinta tehtäessä päätöksiä paneelien suuntauksista. Kotitaloudet, joilla on suurempi iltakulutus, saattavat hyötyä enemmän lounaaseen päin suunnatuista paneeleista, vaikka näiden vuosituotanto olisi pienempi.

Yhteisössä voimaa

Työssä arvioitiin myös aurinkoenergiayhteisöjen kannattavuutta, ja testitapauksina käytettiin kolmea Lapin kylää: Sinettää, Vanttauskoskea ja Vikajärveä. Vain noin puolet tutkituiden kylien talot on suunnattu aurinkoenergiatuotannon taloudellisuuden näkökulmasta optimaalisesti. Sen sijaan että kaikki talot investoisivat aurinkopaneeleihin omille katoilleen, paneeleita tulisi sijoittaa vain niiden talojen katoille, jotka olisivat optimaalisimpia aurinkoenergian tuotannolle. Tuotettu energia tulisi jakaa kaikkien tällaiseen energiayhteisöön kuuluvien jäsenten kesken. Tämä lyhentäisi takaisinmaksuaikaa 2–3 vuodella ja aurinkoenergiayhteisöt voisivat säästää vuosittain sähkökustannuksistaan 4,5 prosenttia. Kaikkien kylien yhteenlasketut säästöt voisivat nousta jopa lähes puoleen miljoonaa euroon koko järjestelmän käyttöiän aikana. Lopuksi työssä suositellaan, että rakennusten optimaalinen suuntaus aurinkoenergian tuotantoa varten otettaisiin huomioon jo kaavoituksessa, mikä tukisi aurinkopaneeli-investointien kustannustehokkuutta.