LUT:n Antti Kosonen: Aurinkosähkön optimointi suunnittelun lähtökohdaksi
Aurinkosähkön rooli energiantuotannossa kasvaa koko ajan, kun tavoitteena on päästötön rakennettu ympäristö. Toistaiseksi aurinkovoimaloita on asennettu sinne minne mahtuu, mutta jatkossa aurinkosähkön tuotannon optimointi pitäisi olla rakennuksen suunnittelun ydintä.
Sähkön tarve kasvaa ehkä viisinkertaiseksi nykyisestä, kun lämmitys sähköistyy lämpöpumppujen myötä, sähköautoista tulee valtavirtaa ja sähköllä tehdään uusia synteettisiä raaka-aineita.
– Uusi sähkötuotanto syntyy tuulesta ja auringosta, aurinkopaneeleilla on kahdeksan kuukautta hyvää tuotantoaikaa Suomessa. Molemmista tuotantotavoista on tullut kustannustehokasta: aurinkopaneelit ovat massatuotteita eikä tuulisähkö tarvitse enää tukijärjestelmiä, sanoo LUT-yliopiston tutkijaopettaja Antti Kosonen.
Kosonen arvelee, että käynnissä olevan lämpöpumppubuumin jälkeen alkaa aurinkosähköbuumi, sillä paneeleilla saa investoidulle pääomalle hyvää tuottoa, jopa viisi prosenttia. Hän kuitenkin toteaa, että millään yksittäisellä uusiutuvan energian tuotantotavalle ei voi kattaa kaikkea sähkön tarvetta.
– Tarvitsemme uusiutuvaa aurinko- ja tuulienergiaa, jotta pääsemme päästöttömyystavoitteisiin, Kosonen toteaa. Hänen oma uusin tutkimuksensa liittyy vihreään eli päästöttömään, sähköllä tuotettuun vetyyn.
– Meri- ja lentoliikenne tarvitsee vielä pitkään polttoaineita, emme voi mennä suoraan pelkkään sähköön.
Aurinkosähkön optimointi tärkeintä
Antti Kosonen toteaa, että uusiutuvan sähkön tuotannossa on oleellista, että osa sähköstä tuotetaan kiinteistöissä. Tämäkin Projektiuutisten numero esittelee uudis- ja korjaushankkeita, joissa joko on aurinkovoimala tai ainakin sellaiselle on varaus.
Hyvää kehitystä, mutta Kosonen on harmissaan marssijärjestyksestä.
– Yleensä aurinkosähköjärjestelmä laitetaan kiinteistöihin kuin vapaaehtoinen pakko ja paneelit asennetaan hankkeen lopussa sinne minne mahtuu. Tähän pitäisi saada muutos. Aurinkovoimalan pitäisi olla lähtökohtaisesti osa rakennusta, ja se pitäisi ottaa huomioon rakennushankkeen alusta alkaen, jo arkkitehtuurissa.
Aurinkosähköpaneelien pinta-ala pitäisi maksimoida, ja rakennuksen pintojen suuntaukset pitäisi tehdä sen sen mukaan, että voimalan tuotanto maksimoituu. Tilaajalla ja arkkitehdilla on tässä suurin sanavalta.
– Vastaus on kokonaisvaltainen suunnittelu. Rakennusalalta puuttuu sellainen energia-asiantuntija, joka ottaisi tähän kantaa.
Sähköverollakin on rooli aurinkovoimalan koon määrityksessä.
– Aurinkoenergian pientuottajalle 800 megawattitunnin energiamäärä on raja, jonka jälkeen maksetaan sähkövero myös itselle tuotetusta sähköstä. Siksi voimaloiden maksimiteho on Suomessa rajautunut 800–900 kilowattiin. Poikkeuksena on Atrian kuuden megawatin aurinkovoimala; teollisuudelle sähkövero on pieni.
LUT-yliopiston oma aurinkovoimala Lappeenrannassa oli aloitusvaiheessa vuonna 2013 Suomen suurin, 220 kilowattia. Voimalaa on kasvatettu vuosien myötä. Nyt tehoa on 508 kilowattia, ja sillä katetaan reilu viisi prosenttia yliopiston vuotuisesta sähköntarpeesta.
Arkkitehdin toiveet
Antti Kosonen sanoo, että rakennus voi olla edelleen arkkitehtuuriltaan näyttävä, vaikka tummia paneeleja on maksimimäärä. Paneeliseinistä voi olla hyötyäkin tilojen käyttäjien mukavuudelle: kokolasiset portaikot kuumenevat kesällä, mutta aurinkopaneelit suojaavat ylikuumenemiselta.
– Arkkitehdit ovat toivoneet erivärisiä paneeleja, mutta pii-pohjaiset paneelit ovat mustia. Kun puhutaan paneelien väristä, ollaan väärällä tiellä, Kosonen toteaa.
– Tarvitaan uusi näkökulma suunnitteluun. Täytyy mennä energiatehokkuus edellä, ja aurinkopaneelien maksimoinnista pitäisi tulla kilpailuvaltti.
Suunnittelun lisäksi aurinkosähkön tuotanto pitää Kososen mukaan ottaa paremmin huomioon myös kaavoituksessa. Hän toteaa, että kaavoittajan kynästä lähtevä tarpeellinen muutos ei edes maksa mitään.
– Rakennukset pitää sijoittaa niin, että jokaisella on mahdollisuus optimaaliseen aurinkosähkön tuotantoon, eli kaavoitettavalla alueella korkeammat rakennukset ovat matalampien rakennusten pohjoispuolella. Rakennusten sijoittelussa täytyy muistaa, että lounas-kaakko on Suomessa kustannustehokkain suuntaus paneeleille.
Paneeleiden sujuvaa asentamista varten suunnittelijoiden ja toteuttajien on hyvä muistaa, että katon etelälappeelle ei tehdä läpivientejä.
Paneelien valmistustekniikat kehittyvät
Aurinkosähköteknologioiden ykkönen on tällä hetkellä piikidekenno. Toinen vaihtoehto on ohutkalvokenno eli valoherkän aineen ohuet kerrokset esimerkiksi lasin pinnalla. Molemmat teknologiat perustuvat valosähköiseen ilmiöön ja puolijohteisiin.
Kehitysasteella ovat Grätzel- eli väriainekennot, joiden toimintaperiaate jäljittelee fotosynteesiä. Niistä odotetaan edullista vaihtoehtoa, joka on ohut, taipuisa ja läpinäkyvänä esimerkiksi ikkunan päälle sopiva.
Antti Kososen mukaan mitään mullistavaa ei ole lähivuosina tapahtumassa, mutta piikennojen valmistustekniikat kehittyvät ja niiden hyötysuhde ja materiaalitehokkuus paranevat.
– Kennon valmistamisessa tarvitaan vähemmän kehysmateriaalia ja piitä, se on a ja o, Kosonen sanoo ja muistuttaa, että piin erottaminen hiekasta vaatii paljon energiaa.
Piikennoja käytetään uudella tavalla uusissa maa-asenteisissa voimaloissa, joissa on bifacial- eli kaksipuoleisia paneeleja, joiden varjopuolelle tulee säteilyä heijastuksena esimerkiksi maassa olevasta valkeasta hiekasta.
– Voidaan myös tehdä paneeleja, joissa osa kennoista on lasisia, paneeli ei ole silloin kokonaan musta eikä läpinäkymätön. Myös pyöreitä paneeleja on toivottu, mutta piikiteet ovat neliönmuotoisia ja pyöreäksi muotoilusta ja muusta erikoiskäsittelystä tulee lisää kustannuksia. Ohutkalvokennosta saa helpommin erimuotoisia paneeleja.
Akkuratkaisuja ei tarvitse odottaa
Jos nyt aurinkovoimalalla tuotetulla sähköllä saa katettua 15–20 prosenttia kiinteistön koko vuoden tarpeesta, akuston myötä osuus voisi Antti Kososen mukaan kasvaa 35 prosenttiin.
Akkujen kehitys on alkuvaiheessa, autovalmistajat kehityksen moottoreina.
– Akkuteknologiaan on panostettu vasta nyt, sähköautoilun yleistymisen myötä. Se tulee lähivuosina näkymään, ja autoteollisuus painaa akkujen komponenttien hinnat alas.
Aurinkosähkön kiinteistökohtaiseen varastointiin on ehdotettu pihalla seisovien sähköautojen akkuja.
– Mitähän auton valmistaja siihen sanoo? Saako akkua tyhjentää muuhun käyttöön kuin ajamiseen? Tällä hetkellä siihen ei ole olemassa kaupallista ratkaisua.
Kosonen toteaa, että kiinteistökohtaisten akkujen hinnat eivät vielä ole järkeviä, ja sähkön varastoinnista syntyy energiahukkaa. Lisäksi akusta tulee kiinteistöille yksi uusi huollettava.
– Suomessa akkutilanne ei ole ongelma, meillä ei ole vielä edes riittävästi aurinkosähkön tuotantoa. Aurinkovoimala on jo nyt järkevä asentaa, akut vain lisäisivät energiaomavaraisuutta. Tuottaja saa verkkoon myydystä aurinkosähköstä korvauksen, ja tänä kesänä hinta on ollut aika hyvä, kun sähkön hinta on ollut korkealla.
Hiilineutraalius muuttaa rakentamista
Suomen tavoitteena on hiilineutraali rakennettu ympäristö vuonna 2035.
– Energiantuotanto siivoutuu päästöttömällä sähköllä pyörivien lämpöpumppujen myötä, ja sillä päästään lähelle hiilineutraalia energian käyttöä rakennuksissa. Sen jälkeen kysytään, mistä rakennus on rakennettu, Antti Kosonen sanoo.
Hän toteaa, että rakennusten energiatehokkuuden tavoittelussa on toistaiseksi kasvatettu eristepaksuutta.
– Kun lähes kaikki kiinteistön tarvitsema energia on uusiutuvaa, paljonko seinään tarvitaan eristepaksuutta? Mikä on eristeoptimi rakennusmateriaalien pienten päästöjen kannalta? Normissa todetaan, että rakennuksen pitää käyttää mahdollisimman vähän energiaa. Miksi, jos se kaikki on uusiutuvaa?
Antti Kosonen toivoo lisää pontta tutkimukseen ja rakentamiseen.
– Rakentamiseen tarvitaan kokonaisvaltaista vähähiilisyyteen pyrkivää suunnittelua. Aurinkosähköllä on siinä suuri rooli, aurinkosähkö kuuluu joka rakennukseen.
Teksti: Jaana Ahti-Virtanen
