Aurinkoista energiaa Mia Ala-Juusela, VTT 1.

Esitys aiheesta: "Aurinkoista energiaa Mia Ala-Juusela, VTT 1."— Esityksen transkriptio:

1 Aurinkoista energiaa Mia Ala-Juusela, VTT 1

2 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

3 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

4 Omakotitalojen lämmitysenergian hintakehitys senttiä/ kWh
4

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

6 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

7 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) % vuoteen 2030 mennessä (B2 - A1B) B2 - hillityn kasvun skenaario A1B - nopea talouskasvu, erityisesti kehitysmaissa 7

8 Suomen energiankuluttajat
Energian loppukäyttö Suomessa 2003, yhteensä 308 TWh 8

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

10 Suomen kasvihuonekaasupäästöt
10

11 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

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

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

14 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

15 Energiatehokkaan talon lämmitysenergian säästökohteet
15

16 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

17 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

18 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 % kalliimpi Elinkaarikustannuksiltaan % edullisempi Elinkaaritaloudeltaan % parempi Lähde: Ekotehokkaan pientalon ja pientaloalueen malliratkaisut. VTT 2006 18

19 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

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

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

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

23 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. Kuva: Atlantis Energy Systems Inc. 23

24 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 Timo Jodat. 24

25 Ilmakiertoinen aurinkokerääjä yhdistettynä koneelliseen tulo-poistojärjestelmään
25

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

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

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

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

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

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

32 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

33 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

34 Matalaenergiataloon käyttövettä auringolla
34

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

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

37 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 Timo Jodat. 37

38 Absorbaattorin pinnoiteet
(stagnaatiolämpötila °C) valoa (stagnaatiolämpötila °C) (stagnaatiolämpötila °C) 38

39 Akkuvaraajan keskimääräinen hyötysuhde
39

40 Aurinkolämpöjärjestelmän kustannuksia
°C P aurinkokeräimet akkuvaraaja 60 °C aurinkokeräin varaaja ohjausyksikkö pumppuyksikkö putkilinja asennus €/m2 € € € €/m etäisyys € 40

41 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

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

43 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

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

45 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 45

46 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 46

47 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

48 Aurinkoista kesää! 48