Aurinkoista energiaa Mia Ala-Juusela, VTT 1

Sisältö "Paistaako aurinko risukasaan? Tuliko talosta tuulentupa? Kenen energiaa aurinkoenergia on? Kumman takia lompakko laihtuu – lämmön vai viileyden vuoksi?" - Aurinkotutkimusta ja aurinkotehokkuutta Tausta: miksi aurinkoenergiaa? Aurinkoenergian saatavuus Aurinkoenergian valjastamistapoja Millaiseen taloon aurinkoenergiaa? Esimerkkejä Suomesta ja ulkomailta 2

Miksi aurinkoenergiaa? Aurinkoenergian käytöllä saadaan lisää tasaisuutta tulevaisuuden energiakustannuksiin, koska investoinnin jälkeen käyttökustannukset minimissä "Peak Oil" saavutettu, öljyn hinta jatkaa kasvuaan Myös sähkön hinta jatkaa kasvua Muiden polttoaineiden hintakehitys epävarma, ei todennäköisesti ainakaan laskusuunnassa Helppokäyttöinen ja pitkäikäinen Ilmastonmuutoksen torjunta 3

Omakotitalojen lämmitysenergian hintakehitys senttiä/ kWh 4

Helppokäyttöinen ja pitkäikäinen hankinta Keräimien ja paneelien tekninen käyttöikä ainakin 20-30 vuotta, japanilainen paneelivalmistaja lupaa jopa 100 vuoden käyttöikää Muita järjestelmän osia voi joutua uusimaan aikaisemmin Alkusäätöjen jälkeen ei vaadi esim. kattilan puhdistamista tms. 5

Rakennukset ja ilmastonmuutos "Jos ainoa tavoite olisi ilmastonmuutoksen hillintä, paras keino olisi lopettaa kaikki rakentaminen tähän paikkaan." Rakennukset luovat puitteet monenlaiselle inhimilliselle toiminnalle, mutta niillä on myös suuri vaikutus ympäristöön erilaisten päästöjen kautta. Rakennuksilla suojaudutaan ilmastolta, mutta toisaalta rakennusten käyttö aiheuttaa vaikutuksia ilmastoon. 6

Rakennusten ilmastovaikutukset Rakennusten ilmastovaikutukset aiheutuvat pääosin käytönaikaisesta energiankulutuksesta. Rakennukset kuluttavat noin 40 % maailman energiasta ja aiheuttavat noin neljänneksen maailman CO2 -päästöistä. Noin 15 % rakennusten kasvihuonepäästöistä johtuu kylmäaineiden, enimmäkseen CFC-aineiden käytöstä jäähdytyksessä ja ruuan säilytyksessä. Tulevaisuuden arviot Kansainvälisen ilmastopaneelin skenaarioissa vaihtelevat siten että päästöt kasvaisivat nykyisistä päästöistä (2004) 30-80 % vuoteen 2030 mennessä (B2 - A1B) B2 - hillityn kasvun skenaario A1B - nopea talouskasvu, erityisesti kehitysmaissa 7

Suomen energiankuluttajat Energian loppukäyttö Suomessa 2003, yhteensä 308 TWh 8

Suomen energialähteet 2006 Fossiiliset polttoaineet (öljy, hiili, maakaasu) yhteensä 50% Ydinvoima 16 % Uusiutuva energia 24 % Turve 6 % Lähde: Tilastokeskus 9

Suomen kasvihuonekaasupäästöt 10

Ilmastonmuutoksen hillintä rakennuksissa Kasvihuonekaasujen päästöjen vähentämiskeinot rakennuksissa jakaantuvat pääasiassa kolmeen luokkaan: käytönaikaisen energiankulutuksen ja rakennusosiin sitoutuneen energian vähentäminen (=matalaenergiarakentaminen) siirtyminen vähähiilisiin energiamuotoihin ja uusiutuviin energialähteisiin energiantuotannossa muiden kasvihuonekaasujen kuin CO2-päästöjen vähentäminen (lähinnä CFC-kaasut) 11

Miten tehdään matalaenergiarakennus? Rakennus on kokonaisuus, ja sen kaikkien ratkaisujen on sovittava kokonaisuuteen Energiakolmio kuvaa lämmityksen energian- kulutuksen pienentämisen keinoja ja niiden merkitystä 12

Matalaenergiarakentamisen perusratkaisut • Hyvä lämmöneristys Lämmön talteenotto ilmanvaihdosta Laadukas rakentaminen Ulkovaipan ilmanpitävyys Energiatehokkaat talotekniset laitteet Energiatehokkaat kodinkoneet 13

Matalaenergiarakentaminen laajemmin ymmärrettynä Paitsi lämmitys-, jäähdytys- ja valaistustarpeen pienentäminen: Aurinkoenergian ja muiden lähiympäristössä tarjolla olevien lämmön- ja kylmän lähteiden tarpeenmukainen käyttö Energiajärjestelmien tarpeenmukainen ohjaus ja käyttö Käyttäytymisen muutos Rakennusten kokonaisvaltainen suunnittelu Rakennuksen muodon, suuntauksen ja sijoittelun suunnittelu Kuva: Timo Jodat Kuva: Motiva Yhdyskuntarakenteen suunnittelu siten, että liikkumisen tarve vähenee ja kevyen liikenteen käyttöä suositaan 14

Energiatehokkaan talon lämmitysenergian säästökohteet 15

Matalaenergiarakentamisen muita hyötyjä, 1 Sisälämpötilasta ei tarvitse tinkiä: Normipientalossa (140 m2) voidaan sisälämpötilaa alentamalla säästää satoja euroja vuodessa, mutta silti kuluttaa lämmitykseen moninkertainen rahamäärä verrattuna matalaenergiataloon. 16

Matalaenergiarakentamisen muita hyötyjä, 2 Ilmanvaihdosta ei tarvitse tinkiä: Normipientalossa (140 m2) voidaan riittävästä ilmanvaihdosta tinkimällä säästää satoja euroja vuodessa, mutta silti kuluttaa lämmitykseen moninkertainen rahamäärä verrattuna matalaenergiataloon. 17

Mitä matalenergiarakentaminen maksaa? - suomalainen esimerkki Energiansäästön kustannuksia on selvitetty pientaloille, joiden lämmitystarve on 50% määräysten mukaiseen taloon verrattuna Tavanomaiseen pientaloon nähden tällainen talo on: Hankintakustannuksiltaan 0 ... 5 % kalliimpi Elinkaarikustannuksiltaan 10 ... 25 % edullisempi Elinkaaritaloudeltaan 30 ... 50 % parempi Lähde: Ekotehokkaan pientalon ja pientaloalueen malliratkaisut. VTT 2006 18

Aurinkoenergian etuja Puhdas ja ilmainen ”kotimainen” energialähde Huomattava potentiaali meilläkin ( ~ 950 kWh/m2vuosi) Hyvä työllistävä vaikutus (mm. suunnittelu, asennus, valmistus) Vähentää vaarallisten ja saastuttavien polttoaineiden kuljetuksia maalla ja merellä Vähentää CO2 päästöjä ja pienhiukkasia Luo energiariippumattomuutta (pienempi energiantuonnin tarve). Ei riippuvainen kv. energiapäätöksistä tai -kriiseistä. Ehtymätön = sen varaan voi luoda jatkuvaa ja kestävää toimintaa Hajautettu tuotanto - ei kuljetuksia, ei siirtohäviöitä 19

Aurinkoenergiaa riittää Tunnissa osuu maapallolle energiaa koko vuoden tarpeiksi Auringon säteily loppuu arviolta 5 miljardin vuoden kuluttua Kuva: Aurinkoenergian itserakennuskurssi kalvomateriaali. 2007. Timo Jodat. 20 20

Suomessakin paistaa Lähes yhtä paljon kuin Keski-Euroopassa Vuosittainen säteily vaakatasolle Lähde: Aurinko-opas; aurinkoenergiaa rakennuksiin. ATY. 2001 21 21

Aurinkoenergia saadaan käyttöön Aktiivisesti sähkönä aurinkopaneelien avulla ja lämpönä aurinkokeräinten avulla kylmänä esim. absorptiolämpöpumpun avulla Passiivisesti rakennusteknisin ja arkkitehtonisin keinoin 22

Aurinkosähkö Aurinkopaneeli tuottaa sähköä ilman liikkuvia osia Nykyään aurinkopaneelit voidaan integroida osaksi julkisivua tai kattoa, jolloin se toimittaa myös muuta kuin sähköntuottajan virkaa Kuva: DRI Energy. http://www.dricompanies.com/LumetaS.aspx Kuva: Atlantis Energy Systems Inc. http://www.atlantisenergy.org/sunslates2.html 23

Aurinkolämpö Turvallinen, joustava ja monikäyttöinen lisälämmönlähde Aurinkolämpöä voi mainiosti yhdistää  kaikkiin tavanomaisiin lämmitysjärjestelmiin (sähkö, öljy, puu, pelletti, maalämpö, kaukolämpö) Toimitetaan suoraan "kuluttajille" ilman kallista yhteiskuntainfrastruktuuria tai tuotanto-jakelu-logistiikkaa (tuotantolaitoksia, teitä, sähkölinjoja, jätteidenkäsittelyä ym) Käyttäjäystävällinen ei vaadi paljoa ylläpitoa pitkä käyttöaika Kuva: Aurinkoenergian itserakennuskurssi kalvomateriaali. 2007. Timo Jodat. 24

Ilmakiertoinen aurinkokerääjä yhdistettynä koneelliseen tulo-poistojärjestelmään 25

Aurinkokeräimen rakenne Nestekiertoisen aurinkokeräimen rakenne Aurinkokeräimen rakenne Lasikate Absorbaattorilevy Kupariputket Jakotukki Mineraalivillaeriste Alumiini/vanerikotelo Kuva: " Tx 2002 keräimen rakenne" Aurinkoenergian itserakennuskurssi kalvomateriaali. 2007. Timo Jodat. 26

Aurinko- sähkö kv-varaajalla lämmin käyttövesi kylmä käyttövesi v Kuva: Aurinkoenergian itserakennuskurssi kalvomateriaali. 2007. Timo Jodat. 27

Aurinko – sähkö akkuvaraajalla Kuva: Aurinkoenergian itserakennuskurssi kalvomateriaali. 2007. Timo Jodat. 28

Aurinko ja pelletti / puu akkuvaraajalla Kuva: Aurinkoenergian itserakennuskurssi kalvomateriaali. 2007. Timo Jodat. 29

Kattilavaraaja ja kv-varaaja lämmin käyttövesi kylmä käyttövesi Kuva: Aurinkoenergian itserakennuskurssi kalvomateriaali. 2007. Timo Jodat. 30

Aurinkokeräinten asennustapoja kattoon upotettu asennus julkisivu-asennus asennus tasakatolle pinta-asennus säätötekniikka ja pumppuyksikkö lämminvesivaraaja Lähde: Aurinkoenergian itserakennuskurssi kalvomateriaali. 2007. Timo Jodat. 31

Millaiseen taloon aurinkoenergia sopii? Missä talossa tahansa voi hyödyntää aurinkoenergiaa, mutta tietynlaisissa taloissa siitä saadaan mahdollisimman paljon irti Energiatehokas talo  pieni energiankulutus  helpompi kattaa aurinkoenergialla Talo, jossa on matalalämpötilainen lämmitysjärjestelmä  parempi hyötysuhde aurinkokeräimillä Ihmisten käyttötottumukset  parempi vuosihyötysuhde oikea-aikaisella energiankäytöllä Aurinkoenergia sopii erinomaisesti taloihin, joissa on jäähdytystarvetta, sillä se osuu useimmiten kesäaikaan, jolloin aurinkoenergiaa on parhaiten saatavissa (esim. hoitolaitokset, hotellit, toimistorakennukset) 32

2000: vain 10 % uusiutuvista lähteistä Tehokkain tapa lisätä uusiutuvien osuutta on vähentää energiankulutusta 2000: vain 10 % uusiutuvista lähteistä 2024: energiankulutus 75 % pienempi kuin 2000 energiaa uusiutuvista kaksi kertaa niin paljon kuin 2000 uusiutumattoman energian osuus 95 % pienempi kuin 2000 Suhteellinen vuotuinen energiankulutus, % Uusiutuva energia Uusiutumaton energia Rakennusvuosi 33

Matalaenergiataloon käyttövettä auringolla 34

Matalalämpötilajärjestelmän perustelu: Aurinkokeräimen hyötysuhdekäyrä Kuva: Aurinkoenergian itserakennuskurssi kalvomateriaali. 2007. Timo Jodat. 35

Aurinkolämpöjärjestelmän 24 tuntia (15.3.04) Kuva: Aurinkoenergian itserakennuskurssi kalvomateriaali. 2007. Timo Jodat. 36

Energiavirrat aurinkokeräimessä 100 % 8 % lasin heijastus 2 % lasin absorptio 5 % absorbaattorin heijastus 90 % 5 % absorbaattorin lämpösäteily 15 % konvektio 64 % hyödyksi saatu energia 3 % lämmön johtuminen Kuva: Aurinkoenergian itserakennuskurssi kalvomateriaali. 2007. Timo Jodat. 37

Absorbaattorin pinnoiteet (stagnaatiolämpötila 200-230°C) valoa (stagnaatiolämpötila 160-180°C) (stagnaatiolämpötila 100-120°C) 38

Akkuvaraajan keskimääräinen hyötysuhde 39

Aurinkolämpöjärjestelmän kustannuksia °C P aurinkokeräimet akkuvaraaja 60 °C aurinkokeräin varaaja ohjausyksikkö pumppuyksikkö putkilinja asennus 300 - 500 €/m2 1500 - 3500 € 150 - 600 € 250 - 500 € 25 - 50 €/m etäisyys 700 - 3000 € 40

Haasteita aurinkoenergian leviämiselle Aurinkoenergiasovellukset ovat Suomessa vielä melko huonosti tunnettuja Aurinkoenergiajärjestelmiin perehtyneiden suunnittelijoiden, asentajien ja huoltomiesten puute Aurinko sopisi hyvin jäähdytykseen, mutta toistaiseksi ei markkinoilla ole pienitehoisia absorbtioperiaatteella toimivia kylmälaitteita 41

Esimerkkejä Suomesta Helsingin Viikissä kerrostalon parvekekaiteet tuottavat aurinkosähköä Luvian kyläsaunan vedet lämpiävät aurinkolämmöllä Kuva: Christer Nyman. Kuva: Timo Jodat. 42

Lisää esimerkkejä Suomesta IEA5 talo Pietarsaaressa: matalaenergiatalo, jossa merkittävä osa energiaa tuotetaan auringolla (lämpöä ja sähköä) Suomusjärvellä matalaenergiatalo, jossa kaikki energia tuotetaan uusiutuvilla: auringolla, puulla ja tuulella 43

Esimerkkejä ulkomailta Onsala, Ruotsi: rivitaloyhtiön autotallien ja lämpökeskuksen kattoihin integroidut keräimet tuottavat noin 25 % talojen lämmöntarpeesta Dalenbäck, Jan-Olof. 1998. European large-scale solar heating plants [verkkodokumentti]. Saatavissa: http://www.hvac.chalmers.se/cshp [Viittaus dokumenttiin, joka on viimeksi päivitetty 6.11.1998] 44

Esimerkkejä ulkomailta -näinkin voitaisiin tehdä, jos niin päätettäisiin Freiburg: Jalkopalloareena katettiin aurinkosähköpaneelelilla. Kaupungin asukkaat perustivat osakeyhtiön hallitsemaan "sähköntuotantolaitostaan" Lumituuli Oy:n tyyliin Kuva: International developments and a framework for action Coordinator Maryke van Staden, European CCP Campaign ICLEI-Local Governments for Sustainability. Presentation at Kuntien ilmastokonferenssi 6.-7.5.2008 45

Esimerkkejä ulkomailta -näinkin voitaisiin tehdä, jos niin päätettäisiin Woking Borough County: Rautatieaseman laituri katettiin valoaläpäisevillä aurinkosähköpaneeleilla tavallisen katemateriaalin sijaan. John Thorp, Woking Borough County: "Olennaista on, että ei jätetä käyttämättä (uusiutuvan energian hyödyntämis-)mahdollisuuksia, kun niitä tulee vastaan." Kuvat: Woking Borough Council A Small Community - Leading the Way Managing Director John Throp, Thameswey Ltd, United Kingdom. Presentation at Kuntien ilmastokonferenssi 6.-7.5.2008 46

Yhteenveto Aurinkoenergia on puhdas, ehtymätön ”kotimainen” energialähde Huomattava potentiaali meilläkin Aurinkoenergiaa voidaan hyödyntää passiivisesti ja aktiivisesti, sähkönä, lämpönä tai jäähdytykseen Aurinko sopii lisälämmönlähteeksi taloon kuin taloon, mutta tietynlaisilla ratkaisuilla saadaan paras teho irti Hyviä, toimivia esimerkkejä löytyy niin Suomesta kuin ulkomailtakin, mutta ne eivät ole vielä kovin tunnettuja Suomessa Tilaisuudet uusiutuvien ja erityisesti aurinkoenergian käytölle täytyy tunnistaa ja hyödyntää, muuten mahdollisuudet on menetetty vuosikausiksi 47

Aurinkoista kesää! 48