Kuvaus
Aurinkopaneeli – PV (Photovoltaics) muuntaa auringosta tulevan säteilyn sähköenergiaksi.
Nykyisin (2023) myynnissä olevat paneelit pystyvät muuntamaan n. 17-21 % auringon säteilyenergiasta sähköenergiaksi
(yli 21% tekniikkakin on olemassa, mutta ei vielä taloudellisesti kannattavaa)
Paneeli tuottaa siis sitä enemmän sähkötehoa, mitä voimakkaammassa auringon valossa se on.
Aurinkopaneelien tehon määrittämiseen on luotu standardi, jolla ilmoitetut tehot voidaan yhdenmukaistaa.
Standardin lähtökohdaksi on valittu säteilyteho 1000 W/m², joka vastaa suunnilleen säteilyn maksimitehoa päiväntasaajalla.
Paneelit testataan siis säteilyttämällä niitä auringon valoa vastaavalla säteillä, 1000W/m² voimakkuudella, ja leimataan saadun sähkötehon mukaisesti.
Suomen sijainnin vuoksi aurinko paistaa yleensä melko viistosti, jolloin auringon säteet joutuvat kulkemaan pidemmän matkan ilmakehässä, joka heikentää niiden tehoa. Keskikesällä, kun aurinko on ”korkealla”, maapallon kiertorata kulkee kauempana auringosta, kuin talviaikaan, joten säteilyn voimakkuus on silloinkin heikompi.
Käytännössä maksimi säteilyarvot suomessa ovat 800W/m², mutta yleensä jäädään jopa 600W/m² tasolle.
Tästä johtuen:
Paneelien maksimiteho suomessa on
n. 0,8 x paneelissa ilmoitettu arvo.
Myös lämpötila vaikuttaa paneelin tuottoon. Mitä kylmempi, sen parempi tuotto.
Tuosta johtuen, voi Suomessakin syntyä tilanne, jossa keväthanki heijastaa auringon valon sopivasti paneeliin, jolloin säteilyarvo voi nousta, ja paneelin hetkellinen tuotto – kylmässä säässä – ylittää jopa nimellisen arvon.
Noita hetkiä ei kuitenkaan ole edes joka vuosi, joten sen perusteella paneelimäärää ei kannata määrittää. Tämä täytyy vain huomioida järjestelmän maksimiarvoja mitoitettaessa.
410 W AURINKOPANEELI (2023)Tuottaa vuodessa energiaa n. 300 kWh Se vastaa:
Paneelien hinnat ovat tulleet viimevuosina reilusti alas, joten paneeli voi tuottaa em. hinnoilla hankintakustannuksen jo 2–4 vuodessa takaisin. Paneeli vaatii kuitenkin toimiakseen oheislaitteita kuten, akuston, lataussäätimen, sulakkeita, kaapeleita, liittimiä sekä usein myös invertterin, jolla sähkö muutetaan 230V jännitteelle. Nämä oheislaitteet kasvattavat järjestelmän hankintahintaa niin, että itse paneelin hinta jää usein toisarvoiseksi, ja tuotetun sähkön kokonaishinta kasvaa suuremmaksi kuin verkosta ostetun. Aurinkopaneelien käyttö on parhaimmillaan silloin kun niillä Jos aggregaattia – varsinkin suuritehoista – käytetään pienellä kuormalla, on polttoaineen kulutus suurta, verrattuna tuotettuun tehoon. Esim. television tai jääkaapin kulutus on vain muutamia kymmeniä watteja, mutta aggregaatti käydessään voi viedä esim. litran tunnissa polttoainetta, vaikka sitä ei kuormiteta. 100 W kuormalla voi sähkölle tulla hinnaksi jopa yli 20 € / kWh Paneeleilla voidaan siis vähentää aggregaatin käyttötunteja huomattavasti, ja parhaimmillaan järjestelmä onkin silloin, kun kesällä pärjätään aurinkoenergialla, ja vain talvikuukausina aggregaatti lataa akut, jos auringosta ei riitä energiaa.
|
Paneeleiden tuotto Suomessa keskittyy vahvasti kesäaikaan.
Lähes kaikki tuotto saadaan yleensä Maaliskuun ja Syyskuun välillä.
Jos paneeli tuottaisi 100% nimellistehoa ympäri vuorokauden, voisi paneelin tehon laskea kaavalla: (esim. 1000W = 1kW paneelit)
1000 wattia (W) * 24 tuntia (h) = 24000 Wh = 24 kWh / vuorokausi
Koska aurinko ei paista yöllä, eikä aina päivälläkään, voidaan tuotosta laskea vain keskimääräisiä arvioita.
Kuvaaja alla:
Kuvaaja kertoo keskimääräisen tuoton paneelin tehoon verrattuna Etelä-Suomessa.
Eli 14,8 % tuotto kesällä kertoo, että jos sähköä varastoidaan päivällä akkuun, ja kuorma jaetaan tasaisesti vuorokaudelle, niin esim. 100W paneelista saatu sähkö riittää keskimäärin 15W LED lampun polttamiseen ympäri vuorokaiden.
(Tähän tosin vaikuttaa syntyneet häviöt pienemmissä järjestelmissä enemmän kuin suurissa järjestelmissä.)
Talvella tuo 100W paneeli ei siis riitä välttämättä edes 1W lampulle koko vuorokaudeksi.
Toisin sanoen, kesällä 1000W paneelit tuottaa keskimäärin:
1000 wattia (W) * 24 tuntia (h) * 15% = 3600 Wh = 3,6 kWh
Josta voidaan johtaa:
3600W / 1000 Wp = 3,6 kerroin
Eli, kesällä 100 W paneeli tuottaa keskimäärin 100W * 3,6 = 360 Wh / vrk
Tuostaa saadaan vastaava kaavio:
Kaaviosta voidaan johtaa yksinkertaistettu kaava pienellä varmuuskertoimella:
Vuorokausikulutus (Wh) / 3 = Paneeliteho (Wp)
tai
Vuorokausikulutus (Wh) / 2 = Paneeliteho (Wp)
riittää aikaisemmasta keväästä myöhempään syksyyn.
Esimerkki:
- Jääkaapin kulutus 1 kWh/vrk
- TV = 0,2 kW * 3 tuntia/vrk = 0,6 kWh/vrk
- Valaistus 100W * 5 tuntia/vrk = 0,5 kWh/vrk
- Kahvinkeitin 3 * 10 min => 0,5 h * 2000 W = 1 kWh/vrk
Yhteensä: 3,1 kWh / vrk
Tarvittava paneeliteho 3,1 kWh / 2 = 1,6 kWp = 1600 Wp
(Paneelimäärä esim. 4 x 410Wp = 1640 Wp, eli 4 kpl 410W paneeleita)
Huomioitavaa on, että paneelien sijoitus ja mahdolliset varjostumat vaikuttavat oleellisesti paneeleiden tuottoon.
Yksi vähäiseltä näyttävä puu – keskipäivän auringon säteiden tiellä – voi helposti pudotaa päivätuoton alle puoleen.
Sääolosuhteet voivat aiheuttaa jopa usean viikon katkoksen sähkön tuottoon myös keskikesällä.
Toisaalta – aurinkoisina jaksoina – sähköenergiaa voi mennä hukkaan, jos akut ovat täynnä, ja tuottoa on enemmän kuin kulutusta.
Aurinkoisena päivänä paneelit voivat tuottaa jopa yli 30% nimellistehostaan, eli 100W paneeli voi tuottaa (100W*24h*30%) yli 700Wh energiaa,
mutta sateisena päivänä tuotto voi olla tasan 0Wh.
Tätä vaihtelua voi tasoittaa mitoittamalla akuston riittävän suureksi, ja lisäämällä järjestelmään varavoimaksi aggregaatin, jolla auringottomista jaksoista voi selvitä ilman sähkökatkoja.
Alla esimerkki paneelikentän tuottovaihtelusta vuosittain.
Kuvaajassa alla, noin 400 vuoden kuukausien keskiarvot, minimit ja maksimit,
erikokoisista paneelikentistä, eripuolilta Suomea.
5 suurinta ja pienintä arvoa poistettu virhearvojen poistamiseksi.
Akun lataus häviöitä ei ole huomioitu.
Alla esimerkki paneelikentän tuottovaihtelusta
kuukausittain eri vuosina.
VARJOSTUMAT
Linkki: -> Lue lisätietoa paneelien rakenteesta ja varjostumien vaikutuksista.
Kallistuskulman vaikutus tehontuottoon.
100% = suoraan aurinkoon.
LISÄTIETOJA
250-315 W paneelit ovat tyypillisesti mitoiltaan
- 1640 x 990 mm
- kehyksen paksuus 35 tai 40 mm
Paneelin pinta-ala on siis:
- 1,64 m x 0,99 m = 1,62 m²
Paneelien nimellistehot Wp/m²
- 250 W / 1,62 m² = 154 Wp/m²
- 285 W / 1,62 m² = 176 Wp/m²
- 300 W / 1,62 m² = 185 Wp/m²
- 315 W / 1,62 m² = 194 Wp/m²
Koska nimellistehot Wp on määritetty 1000W/m² säteilyarvolla,
nähdään tuosta myös hyötysuhteet:
- 15,4 % – 19,4 %
Koska odotus tuotto vuositasolla on keskimäärin n. 750 kWh /1000 Wp
on tuotto vuodessa n.
- 115 – 145 kWh/m²
Edullisin koko näistä paneeleista (Hinta/teho suhde 2021 Huhtikuu) lienee 285W paneeli.
Jonka tuotto siis keskimäärin:
- 285W * 0,75 = 214 kWh / vuosi
- Tammikuu = 1% * 285 W * 24h = 68 Wh/vrk
- Helmikuu = 4% * 285 W * 24h = 274 Wh/vrk
- Maaliskuu = 9% * 285 W * 24h = 615 Wh/vrk
- Huhtikuu = 12% * 285 W * 24h = 820 Wh/vrk
- Toukokuu = 14% * 285 W * 24h = 960 Wh/vrk
- Kesäkuu = 14% * 285 W * 24h = 960 Wh/vrk
- Heinäkuu = 14% * 285 W * 24h = 960 Wh/vrk
- Elokuu = 14% * 285 W * 24h = 960 Wh/vrk
- Syyskuu = 10% * 285 W * 24h = 648 Wh/vrk
- Lokakuu = 6% * 285 W * 24h = 410 Wh/vrk
- Marraskuu = 1% * 285 W * 24h = 68 Wh/vrk
- Joulukuu = 1% * 285 W * 24h = 68 Wh/vrk
Paneelimittoja >> teho/m² (esim.)
- 240-285W >< 1638 x 826 mm >> 177-211 W/m²
- 275-300W >< 1640 x 992 mm >> 169-184 W/m²
- 250-350W >< 1675 x 992 mm >> 150-211 W/m²
- 310-420W >< 2000 x 992 mm >> 156-212 W/m²
- 385-410W >< 2078 x 992 mm >> 187-199 W/m²
- 450-460W >< 2094 x 1038 mm >> 207-212 W/m²
- 500-570W >< 2094 x 1134 mm >> 210-221 W/m²
- 575-610W >< 2172 x 1303 mm >> 203-215 W/m²
- 650-665W >< 2384 x 1303 mm >> 209-214 W/m²
- 50W >< 676 x 540 mm >> 137 W/m²
- 160 W >< 1500 x 680 mm >> 157 W/m²
- 275W >< 1640 x 992 mm >> 169 W/m²
- 285W >< 1640 x 992 mm >> 175 W/m²
- 300W >< 1640 x 992 mm >> 184 W/m²
- 310W >< 2000 x 992 mm >> 156 W/m²
- 340W >< 1684 x 1002 mm >> 201 W/m²
- 360W >< 1979 x 996 mm >> 183 W/m²
- 370W >< 1769 x 1052 mm >> 199 W/m²
- 375W >< 1755 x 1038 mm >> 206 W/m²
- 380W >< 1769 x 1052 mm >> 204 W/m²
- 385W >< 1769 x 1052 mm >> 207 W/m²
- 395W >< 2000 x 992 mm >> 200 W/m²
- 400W >< 1722 x 1134 mm >> 205 W/m²
- 400W >< 1979 x 996 mm >> 203 W/m²
- 410W >< 1722 x 1134 mm >> 210 W/m²
- 415W >< 1722 x 1134 mm >> 213 W/m²
- 420W >< 1722 x 1134 mm >> 215 W/m²
- 420W >< 2000 x 992 mm >> 212 W/m²
- 420W >< 2024 x 1004 mm >> 207 W/m²
- 430W >< 1722 x 1134 mm >> 220 W/m²
- 450W >< 2094 x 1038 mm >> 207 W/m²
- 455W >< 2094 x 1038 mm >> 209 W/m²
- 460W >< 2094 x 1038 mm >> 212 W/m²
- 500W >< 2094 x 1134 mm >> 210 W/m²
- 540W >< 2279 x 1134 mm >> 209 W/m²
- 550W >< 2279 x 1134 mm >> 213 W/m²
- 570W >< 2278 x 1134 mm >> 221 W/m²
- 610W >< 2465 x 1134 mm >> 218 W /m²
- 630W >< 2465 x 1134 mm >> 225 W /m²
- 650W >< 2384 x 1303 mm >> 209 W/m²
- 665W >< 2384 x 1303 mm >> 214 W/m²
Aurinkopaneelien tuottolaskuri:
https://re.jrc.ec.europa.eu/pvg_tools/en/tools.html
Muita linkkejä:
https://vrm.victronenergy.com/world/#
https://public.meteocontrol.de/?lang=en
https://www.sunnyportal.com/Templates/PublicPagesPlantList.aspx
Termejä:
Off-Grid
- Järjestelmä jota ei ole kytketty valtakunnan sähköverkkoon
- Yleensä käytössä kesämökeillä ja muissa sähköttömissä paikoissa
- Voi sisältää lisäksi esim. aggregaatin varajärjestelmänä
- ns. saarekekäyttö
On-Grid
- Järjestelmä, joka toimii valtakunnan verkon kanssa rinnakkain.
- Voi syöttää sähköä (myyntiin) kun ylituotantoa ja ottaa verkosta, kun aurinkosähkö ei riitä.
- Yleensä pienentää verkosta otetun sähkön määrää, mutta ei toimi esim sähkökatkon aikana.
- (Voi olla myös toteutettuna ns. ”hybridi”-invertterillä ja akustolla, jolloin toimii myös varavoimana)
Vmpp
- (Voltage, max power point)
- Jännite, jolla maksimiteho saavutetaan (esim. 32,5 V)
- Yleensä MPPT säädin säätää kuormitusta niin, että paneelin jännite pysyy suunnilleen tuossa arvossa.
Impp
- (Current, max power point)
- Virta, jolla nimellisteho saavutetaan (esim. 9,22 A)
Voc
- (Voltage, Open Circuit)
- Avoimen piirin jännite
- Jännite, jonka paneeli antaa kuormittamattomana (esim. 40,11 V)
Isc
- (Current, Short Circuit)
- Oikosulkuvirta (esim. 9,61 A)
- Syntyy kun paneelin johtimet oikosuljetaan täydessä auringonpaisteessa.
NOCT = Nominal Operating Cell Temperature
- Kertoo kennon lämpötilan kuormittamattomana,
kun säteilyteho on 800W/m², lämpötila 20°C ja tuuli 1 m/s – vapaassa tilassa - esim. 45 °C
AM=1,5
- Mittauksissa käytetty ilmakehän ”paksuus” suhteessa kohtisuoraan ylhäältä tulevaan auringonsäteilyyn
- Vaikka säteilyteho mittauksessa on määritelty 1000W/m², niin ilmakehän paksuus suodattaa eri aallonpituuksia eri tavoilla.
Maximum system voltage
- Sarjaankytkettyjen paneelien suurin sallittu yhteenlaskettu jännite.
- Yleensä paneelien eristys sekä kaapelit on mitoitettu max. 1000 tai 1500 V jännitteelle.
- Näitä korkeita jännitteitä käytetään yleensä vain verkkoon kytketyissä järjestelmissä,
offgrid järjestelmien jännitteet ovat huomattavasti alhaisempia. - Yleensä MPPT säätimille max. <50 V <100 V <150 V <250 V tai < 400 V
