Aurinkoenergia

Auringon säteilyn sisältämä energiamäärä on huomattavan suuri, esimerkiksi auringon säteilyn teho maan pinnalla on 170 000 TW (eli 170 000 000 000 000 000 W), mutta siitä ei käytännössä voida hyödyntää kuin pieni osa.  

Aurinkoenergiasovellutukset jaetaan yleensä lämpöä ja sähköä tuottaviksi. Aurinkoenergian käyttöä rajoittavat lähinnä säteilyn vuodenaikavaihtelut. Etelä-Suomessa auringon vuosittaiset säteilymäärät ovat samaa suuruusluokkaa kuin Pohjois-Saksassa. Auringon säteilyn vuodenaikavaihtelut ovat kuitenkin Suomessa suuremmat. Etelä-Suomen säteilyenergiasta 90 prosenttia saadaan maalis-syyskuun välisenä aikana. Vuodenaikavaihtelut kasvavat vielä pohjoiseen päin mentäessä. 

Aurinkopaneelit 

Auringosta tuotetaan sähköä kennoista koostuvilla aurinkopaneeleilla. Aurinkopaneelien toiminta perustuu auringon säteilyyn, valosähköiseen ilmiöön ja mm. puolijohdemateriaalien ominaisuuksiin. Kennojen raaka-aineena käytetään yleisimmin kiteistä, monikiteistä tai amorfista piitä. Aurinkokenno on elektroninen puolijohde, jonka ala- ja yläpinnan välille auringonsäteily synnyttää jännitteet. Kytkemällä tarpeellinen määrä kennoja sarjaan saadaan haluttu jännitteen taso. Aurinkopaneelin tuottaman virran määrä riippuu auringonsäteilyn voimakkuudesta. Aurinkopaneelit tuottavat sähköä sekä suorasta auringon säteilystä että hajasäteilystä. Tämä on Suomessa tärkeää, koska Suomessa merkittävä osa auringon säteilystä on hajasäteilyä. Lisäksi saatuun tuotantomäärään vaikuttaa myös paneelien asennuskulma sekä pilvisyys. 

Aurinkokeräimet 

Aurinkolämpöä voidaan hyödyntää aktiivisesti aurinkokeräinten avulla. Aurinkokeräin on laite, jolla auringon säteilyä voidaan muuntaa lämmöksi. Järjestelmät koostuvat yleensä lämmön keruulaitteistosta, lämpövarastosta ja lämmön siirtoputkistosta. Saadun aurinkolämmön määrä riippuu mm. auringon säteilytehosta ja lämpötilasta. Aurinkolämpö soveltuu parhaiten läpi vuoden melko tasaisena pysyvään kuormaan kuten käyttöveden lämmitykseen. Aurinkokeräimillä voidaan myös korvata muuta kesäaikaista kaukolämmöntuotantoa. Aurinkolämpökeräimet vastaanottavat hajasäteilyä ja keräävät lämpöä myös pilvisellä säällä, mutta talvisissa olosuhteissa lämpöä ei juuri kerry. 

Esiintymät ja saatavuus 

Kaikki energiamme on lähtöisin auringosta. Aurinkovoiman tehokkaaseen hyödyntämiseen on tehty viime vuosina paljon kehitystyötä, jota edelleen jatketaan. Aurinkoenergiaa saadaan talteen myös maa-, meri- ja järvilämpönä. Aurinkosähkö soveltuu moniin sellaisiin kohteisiin, jotka ovat sähköverkkojen ulottumattomissa. Kehitysmaissa aurinkosähköllä on tehty kyläsähköistyksien lisäksi kastelu- ja juomavesijärjestelmiä. Aurinkosähkölaitteisto on myös helppo liittää sähköverkon kautta osaksi laajaa sähköjärjestelmää.  

Aurinkolämmitysjärjestelmät ottavat aurinkoenergiaa suoraan talteen ja siirtävät saadun energian lämpövarastoon, josta se voidaan tarvittaessa siirtää käyttökohteisiin. Aurinkolämpöä voidaan tuottaa hajautetusti, eli kiinteistökohtaisesti asennetuilla keräimillä, tai keskitetysti, jolloin isommalla keräinalueella tuotetaan lämpöä kaukolämpöverkkoon. 

Näin Suomessa 

Suomessa aurinkosähköä on aiemmin hyödynnetty lähinnä kesämökeissä. Viime vuosina aurinkosähkölaitteistoja on asennettu laajasti myös asuintaloihin, maatiloille ja toimisto- ja liikerakennuksien katoille Aurinkosähköntuotanto vuodessa on noin 160 GWh ja sen määrä kasvaa vuosittain kohtuullisella tahdilla. Suomessa saadaan aurinkosäteilystä vuodessa energiaa keskimäärin noin 900 kWh/m2.  

Aurinkolämpöä hyödynnetään kiinteistöissä tyypillisesti osana muuta lämmitysjärjestelmää. Auringolla lämmitetään tavallisimmin käyttövettä, mutta aurinkolämpö voidaan liittää myös muihin vesikiertoisiin lämmitysjärjestelmiin ja muuta lämmitysenergiaa. Suomessa aurinkolämpöä ei keskitalvella saada hyödynnettyä aurinkokeräimillä, ja myös keväällä ja syksyllä tuotanto on kesää pienempää. Lämmön kulutus on matalimmillaan kesällä, jolloin aurinkolämpökeräimet tuottavat parhaiten.  

Tekniikka 

Aurinkolämmitysjärjestelmän keskeinen osa on aurinkokeräin, joka muuntaa siihen osuneen säteilyn lämmöksi ja siirtää sen käyttöön lämmönsiirtonesteen avulla. Sähköä tuottavissa järjestelmissä aurinkokennot muuttavat säteilyn sähköksi irrottamalla elektroneja tasavirraksi. Aurinkopaneelien keräämä sähköenergia varastoidaan akkuihin tai syötetään sähköverkkoon. Aurinkopaneeli on rakennettu maaperän hiekasta saatavasta pii-alkuaineesta. 

Hinta 

Aurinkosähköjärjestelmän hankintahinta voi olla suurehko, mutta järjestelmä tuottaa asennuksen jälkeen sähköä useita vuosia, jopa kymmeniä vuosia, melko huoltovapaasti. Aurinkosähkö voi kesämökeillä olla edellisempi vaihtoehto kuin sähköverkkoon liittyminen. Sähköverkkoon liittyneessä kohteessa, aurinkosähkön kannattavuus paranee, kun mahdollisimman iso osa tuotetusta aurinkosähköstä voidaan käyttää suoraan kohteessa. 

Aurinkolämpö on Suomessa usein taloudellisesti kannattavaa pientaloissa ja asunto-osakeyhtiöissä, kun aurinkolämpöjärjestelmä on voitu hankkia suhteellisen edullisesti ja aurinkolämmöllä lämmitetään käyttövettä tai korvataan öljyä tai sähköä vesikiertoisessa lämmitysjärjestelmässä. Aurinkolämmön hyödyntämisessä tulee huomioida mm. järjestelmän mitoitus ja asennuspaikka suhteessa saatavaan auringonvaloon. 

Aurinkosähkön varastointi 

Muun muassa aurinkoenergiasovelluksia varten on kehitetty akku, joka kestää usein toistuvaa purkausta ja latausta. Sähkö varastoidaan yhdessä tai useammassa akussa. Akkua käytetään esimerkiksi silloin, kun omaa aurinkosähköntuotantoa ei ole, eli yöllä ja pilvisinä päivinä. Akku ei ole välttämätön aurinkopaneelin käytössä. Sähkön varastointi on suuressa mittakaavassa edelleen haasteellista, mutta erilaisia ratkaisuja kehitetään aktiivisesti. 

Aurinkosähköjärjestelmiä käytetään usein myös paikoissa, missä verkkosähköä ei ole saatavilla. Tavallisimpia niin kutsuttuja omavaraisia sovelluskohteita ovat muun muassa kesämökit, veneet väyläloistot, linkkimastot, saaristo- ja erämaakohteet.