Miten aurinkopaneeli toimii? Onko meillä nyt menossa se energiajärjestelmän murros, joka vie meidän vihdoin kestävään, uusiutuvaan ja kohtuuhintaiseen energiantuotantoon? Energiajärjestelmälle on ollut perinteisesti ominaista hyvin hitaat muutokset, mutta nyt johtuen aurinkopaneelien nopeasta hintojen laskusta, tapahtuu paljon ja nopeasti. Myös Suomessa, kapasiteetti yli kaksinkertaistuu vuodessa ja alalle on tullut parissa vuodessa sata uutta yritystä.
Kaiken takana on valosähköinen ilmiö, aurinkokenno ja aurinkopaneeli. Auringosta saapuu maapallolle 10000 kertaa enemmän energiaa, kuin mitä koko ihmiskunta tarvitsee. Kaikki uusiutuvat energiamuodot perustuvat aurinkoon – paitsi kaksi, mitkä? Valosähköisessä ilmiössä auringon energia saa aurinkokennon puolijohteen elektronit irtautumaan atomiytimen vetovoimasta, luoden elektroni-aukko -pareja, sitä kautta jännite ja sähkövirta. Normaalisti pii, josta aurinkokenno pääosin koostuu, on eriste. Sen johtavuusominaisuuksia muokataan lisäämällä esimerkiksi fosforia tai alumiinia.
Kiinteistöpaneeli
Tyypillinen kiinteistöpaneeli on kooltaan noin 1 x 1,6 metriä ja koostuu sopivasti sarjaan (ja joskus myös rinnan) kytketyistä aurinkokennoista. Yhden aurinkokennon jännite on puolen voltin paikkeilla ja tyypillisessa kiinteistökäyttöön tarkoitetussa aurinkopaneelissa ns. avoimen piirin jännite(eli kuormittamaton jännite, reilulla auringonpaisteella) on noin 35 volttia. Nimellistehon aluella, eli jännitteen ja virran suhde jossa teho on suurin, on jännite hieman pienempi. Aurinkopaneelityyppejä on useita, mutta juuri kiinteistöpaneeli on se jota rajusti asennetaan. Tekninen käyttöikä on pitkä, käyttöönotto helppoa, logistiikka kunnossa ja mikä tärkeintä, aurinkosähkön tuotantohinta eli karkeasti hinta per watti on kiinteistöpaneelissa erittäin kohtuullinen.
Ominaiskäyrä
Toisin kuin vastus, on aurinkokenno vahvasti epälineaarinen. Kun auringon säteilyintentensiteetti muuttuu, pysyy kennon tai kennoston antama jännite aikalailla vakiona, mutta virta muuttuu. Oheisessa kuvassa on esimerkkinä Naps Pallas 200W -aurinkopaneelin ominaiskäyrästö eri säteilyintensiteeteillä. Lisäksi lämpötila vaikuttaa käyrään: kylmän paneelin jännite on suurempi, eli kylmä, mutta aurinkoinen päivä on erinomainen aurinkosähkön tuotantoon.
Hyötysuhde
Aurinkopaneelien hyötysuhteella ei ole niin suuri merkitys kuin mitä voisi ajatella. Tuotantohinnalla on merkitystä, eli minkä hintaista sähköä asennettu voimala tuottaa. Tällä hetkellä massoittain katoilla asennettavien aurinkopaneelien hyötysuhde on 20 prosentin paikkeilla, eli hyvin kaukana parhaista laboratorio-olosuhteissa saavutettavien paneelien hyötysuhteesta(noin 50%). Parinkymmenen prosentin hyötysuhteen paneeli tuottaakin paljon edullisempaa sähköä kuin viimeisimmän kehityksen paneeli.
PS. vuorovesivoima ja geoterminen energia ovat myös uusiutuvaa, mutta ne eivät perustu aurinkoon.
Janne Käpylehto
Tietokirjailija,
Kehitysjohtaja, Solarvoima OY
