"Suomen etuna on matala ympäristön lämpötila, joka parantaa aurinkokennojen hyötysuhdetta. Aurinkopaneelit toimivat sitä paremmin, mitä kylmempää on. Aurinkopaneelit kestävät myös lumikuormaa, jos ne asennetaan ohjeiden mukaisesti. Järjestelmän voi myös kytkeä sähköverkon rinnalle, ja laitteet ovat jo melko edullisia ja helppoja asentaa", kertoo LUTin tutkijaopettaja Antti Kosonen.
Aurinkopaneelien hankkimisen ja asentamisen jälkeen aurinkoenergian tuottaminen on ilmaista: aurinkoa riittää, sen hyödyntäminen ei saastuta eikä sen tuottaminen synnytä melua. Etelä-Suomessa yhden hehtaarin suuruinen aurinkopaneeli vastaa sähköenergian tuotantopotentiaaliltaan noin 330 hehtaaria metsää, jonka vuotuinen tuotto on kymmenen kuutiota hehtaarilta.
"Suora auringon säteilyenergian muuntaminen aurinkokennoilla sähköksi on 200–400 kertaa tehokkaampaa kuin konversio metsäbiomassan kautta voimalaitosprosessissa", Kosonen sanoo.
Aurinkoenergia talteen talvellakin
Auringon energiaa saa Suomessa loistavasti talteen talvellakin. Esimerkiksi aurinkopaneelien julkisivuasennukset toimivat hyvin Pohjoismaissa, koska aurinko paistaa talvella erittäin matalalta eikä julkisivuasennuksiin kerry lunta. Seinäpaneelit tuottavat hyvin varsinkin kirkkaina talvipäivinä, etenkin maaliskuussa, kun aurinko paistaa jo hyvin ja lumen heijastus lisää valon säteilyä paneeleihin ja ne tuottavat enemmän.
"Aurinkosähkö tulisi ottaa huomioon rakennusten arkkitehtuurissa, sillä aurinkosähkö on käytännössä yksinkertaisin ja edullisin tapa tuottaa sähköä paikallisesti."
Ja kun uusiin rakennuksiin pitää kuitenkin laittaa jokin julkisivumateriaali, niin miksei aurinkopaneeleita. Lisäksi paneelien hinnat ovat tulleet alas, joten enää ei tarvitse miettiä vuosituotannon kannalta kaikkein optimaalisinta asennuskulmaa.
Kun mennään päiväntasaajalle, ei paneeleita tietenkään kannata asentaa julkisivuihin, koska aurinko paistaa kohtisuoraan taivaalta. Suomessa optimaalinen asennuskulma on vuosituotannon osalta aika jyrkkä. Ja se on meille pohjoismaalaisille valttikortti erilaisten asennuskohteiden osalta.
Realistinen tavoite, jos byrokratia sen sallii
Aurinkovoiman osuus Suomen sähköntuotannosta on pian prosentin luokkaa, ja määrä kasvaa jatkuvasti: esimerkiksi Suomeen on tulossa useita yksittäisiä useiden satojen megawattien aurinkovoimapuistoja, ja lisäksi Fingrid on saanut merituuli- ja aurinkovoimaa koskevia liityntäkyselyjä yhteensä yli 100 gigawatin edestä. Fingridin arvion mukaan Suomessa voi vuoteen 2030 mennessä toimia aurinkovoimaloita seitsemän gigawatin tehon verran.
Vuodesta 2019 lähtien aurinkosähkön verkkoon kytketty kapasiteetti kasvanut noin sadalla megawatilla vuosittain. Vuonna 2022 aurinkosähkön kapasiteetin kasvu yli kaksinkertaistui. Energiaviraston mukaan aurinkoenergian tuotanto Suomessa oli vuonna 2022 yhteensä noin 635 megawattia. Kasvua vuoteen 2021 verrattuna yli 240 megawattia.
Suomessa on kuitenkin vielä suhteellisen vähän aurinkosähkön tuotantoa Euroopan johtaviin maihin verrattuna. Esimerkiksi Hollannissa aurinkosähkökapasiteettia on yli seitsemänkertainen määrä asukasta kohden.
"Aurinkosähkö tulisi ottaa huomioon rakennusten arkkitehtuurissa, sillä aurinkosähkö on käytännössä yksinkertaisin ja edullisin tapa tuottaa sähköä paikallisesti", sanoo LUT-yliopiston tutkijaopettaja Antti Kosonen.
LUT-yliopisto on selvittänyt, miten aurinkosähkön taloudellista kannattavuutta voidaan parantaa Suomessa erilaisissa kiinteistöissä. Tutkijat ovat muun muassa murtaneet myyttejä, jotka liittyvät aurinkosähköjärjestelmän suuntaukseen, mitoitukseen ja ylijäämäsähkön myyntiin.
Maailmanlaajuisesti kapasiteetin kaksinkertaistuminen on laskenut moduulien hintaa aina 20 prosenttia. Eli kun kapasiteetti tuplaantuu, hinta laskee viidenneksen. Aurinkosähköjärjestelmän hinnan voimakkaan alentumisen myötä aurinkosähköstä on tullut edullisin uusi sähköntuotantomuoto lähes kaikkialla maailmassa. Ensimmäisen terawattipiikin raja ylittyi maaliskuussa 2022 ja seuraavan odotetaan ylittyvän seuraavan kolmen vuoden aikana.
Lisäksi LUT-yliopiston professori Christian Breyer on arvioinut, että täysin hiilineutraali, uusiutuviin energialähteisiin perustuva sähköjärjestelmä on toteutettavissa vuoteen 2050 mennessä. Hänen mukaansa aurinkopaneeleita voi maailmanlaajuisesti odottaa vuosittain asennettavan 440 gigawattia vuoteen 2030 mennessä.
Aiemmin aurinkosähkö on ollut taloudellisesti kilpailukykyistä vain, jos tuotettua sähköä on pystytty itse hyödyntämään. Nyt tilanne on muuttumassa, koska Suomeen on suunnitteilla ja rakenteilla aurinkovoimapuistoja, jotka tuottavat sähköä suoraan verkkoon myytäväksi.
Euroopan etumatka kiritty kiinni
Globaalisti aurinkoenergian tuottaminen on iso bisnes. Tällä hetkellä suurimmat aurinkosähkömarkkinat ovat Kiinassa, USA:ssa ja EU:ssa.
Aurinkosähkön tuotanto on maailman parhailla alueilla noin kaksinkertainen Suomeen verrattuna. Kokonaissäteilyenergian määrä parhailla alueilla on noin 2500 kWh/m2 vuodessa. Suomessa vuosittainen säteilysumma on noin 900 kWh/m2, eteläisimmässä Suomessa hieman enemmän ja pohjoisosissa vähemmän.
Vuositasolla meillä on kuitenkin suurin piirtein saman verran aurinkoa kuin esimerkiksi Saksassa tai Tanskassa. Saksassa aurinkosähkökapasiteetti on 110 kertaa, Tanskassa viisi kertaa ja Ruotsissa neljä kertaa suurempi kuin Suomessa.
Vuoteen 2050 mennessä aurinkoenergian osuus Suomen energiantuotannosta tulisi nousta 10 prosenttiin, esittää LUTissa tehty päästöttömän energiajärjestelmän mallinnus. Tämä tarkoittaisi nousua nykyisestä noin 635 megawatista 35 000 megawattiin.
Suomessa esimerkiksi kaikkien rakennusten (asuinrakennukset, julkiset rakennukset, teollisuuskiinteistöt) kattojen potentiaali aurinkosähköjärjestelmien asennuksille on noin 34 000 MW sähkötehoa. Pelkästään rakennusten kattopinta-alassa on näin ollen paljon käyttämätöntä potentiaalia vihreän siirtymän edistämiseksi.
Aurinko on todennäköinen ykkönen pitkällä aikavälillä
Aurinko on fuusioreaktori ja tuottaa ilmaiseksi energiaa. Fuusiossa vety muuttuu heliumiksi, ja tämä prosessi tuottaa hyvin paljon energiaa. Kaikki tähdet maailmankaikkeudessa toimivat samalla tavalla.
Jätteenä aurinko tuottaa heliumia, jota maailmankaikkeuteen kyllä mahtuu. Auringon eliniäksi arvioidaan noin viisi miljardia vuotta. Eli auringosta tulee riittämään energiaa sukupolvesta toiseen.
Aurinko tuottaa energiaa luonnostaan. Auringosta saapuu maapallolle 14.5 sekunnissa yhtä paljon energiaa kuin ihmiskunta käyttää vuorokaudessa. Aiemmin ihmiskunnalla ei kuitenkaan ole ollut teknologiaa, jolla aurinkoenergia saataisiin hyvin talteen. Auringon lämpöä talteen ottavat keräimet ovat kehittyneet aimo harppauksin aivan viime vuosina.
Tämän kehityksen vuoksi ihmiskunta on menossa energian tuotannossa kohti suurta muutosta eli aurinkotaloutta. Sen piiriin kuuluvat kaikki uusiutuvat energialähteet, kuten aurinkosähkö ja -lämpö, tuuli-, vesi- ja aaltovoima, biomassa eri muodoissaan sekä geoterminen lämpö.
Pitkällä aikavälillä, sanotaan vuoden 2050 jälkeen, aurinkoenergia voi olla pääasiallinen energian tuotantoratkaisu. Se tulee olemaan mitä todennäköisimmin erittäin taloudellinen tapa tuottaa sähköä, ja sähkön varastointikin voidaan tulevaisuudessa toteuttaa tehokkaasti. Tuuli- ja aurinkosähkö ovat ainoita skaalautuvia energiantuotantomuotoja. Toki vesivoimaa ja bioenergiaa tuotetaan niillä alueilla, joissa sitä on luontevasti tarjolla.
Siirtyminen fossiilisista polttoaineista uusiutuvaan sähköön kestää useita vuosikymmeniä. Siksi aurinkosähköjärjestelmiä tulisi lisätä voimakkaasti jo nyt. Kukin meistä voi vähentää maapallon hiilidioksidipäästöjä pienin teoin. Ensimmäinen askel oikeaan suuntaan on aurinkopaneelien asentaminen omalle katolle.
Kohti puhtaampaa energiaa
Puhtaalla energialla tarkoitetaan uusiutuvaksi energiaksi miellettyjen tuuli- ja aurinkoenergian lisäksi muun muassa biopolttoaineita sekä erilaisia energiatehokkuuteen ja hiilidioksidipäästöjen vähentämiseen tähtääviä toimia.
Euroopassa on otettu käyttöön kaksi keinoa hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi. Toinen on päästökauppa, jossa saastuttaville eli perinteisille fossiilisille polttoaineille on pyritty laittamaan reipas lisähinta. Se nostaisi fossiilisten polttoaineiden tuotantokuluja, ja näin uusiutuvalle energialle ajatellaan tulevan lisää liikkumatilaa. Näin ei kuitenkaan ole tapahtunut, kun päästöjen hinta on jäänyt hyvin alhaiseksi.
Toinen keino hiilidioksidipäästöjen vähentämiseksi on poistaa esteitä aurinko- ja tuulisähkön rakentamiselle ja näin kiihdyttää markkinan kehittymistä. Kaiken takana on ajatus, että uusiutuvan energian hinta täytyy tehdä niin edulliseksi, että se voittaa hiilenpolton.
Aurinkopaneelijärjestelmien hinta on laskenut viime vuosina huimasti, ja niistä on tullut taloudellisesti kannattavia jopa ilman tukimekanismeja. Tämä onkin saanut yksittäiset ihmiset ryhtymään sähköenergian pientuottajiksi, ja "Power to the People" -ajattelu yleistyy hyvää vauhtia myös Suomessa. Taustalla on ajatus, että kuluttajien omien pienvoimaloiden käyttöönotto on tehtävä mahdollisimman helpoksi. LUTin yhteiskuntatieteiden tutkijaopettaja Hanna-Mari Husun mukaan energiamurros tarvitsee lisää tasa-arvoa ja oikeudemukaisuutta.
"Parhaita kohteita markkinaehtoiselle yleistymiselle ovat aurinkopaneelien rakentaminen päivittäistavarakauppoihin, toimistokiinteistöihin ja julkisiin rakennuksiin. Päivittäistavarakaupat ovat jo olleet tällaisissa investoinneissa aktiivisia", kertoo tutkijaopettaja Kosonen.
Suurimmat ajurit aurinkosähkön yleistymiseksi Euroopassa ovat tällä hetkellä kaasuriippuvuus ja sähkön hinta. Vuonna 2022 alkanut Venäjän hyökkäyssota Ukrainaan on lisännyt energian saatavuuteen liittyvää epävarmuutta sekä kiinnostusta uusiutuvia energiantuotantomuotoja kohtaan.
Lisääntyvä uusiutuva energia tuo myös haasteita
Aurinko- ja tuulivoiman voimakas lisääminen tuo monien etujen lisäksi myös haasteita sähköenergiajärjestelmän hallintaan. Sääriippuvaisten tuotantomuotojen säätäminen on vielä toistaiseksi teknisesti haastavaa tai taloudellisesti kannattamatonta. Tilanteessa, jossa sekä tuotanto että kulutus vaihtelevat ohjaamattomasti, on sähköjärjestelmän tehotasapainon hallinta aiempaa vaikeampaa.
Sähköjärjestelmässä tuotannon ja kulutuksen tulee olla joka hetki tasapainossa. Kulutuksen muuttuessa tuotettavan sähkötehon tulee siis muuttua saman verran. Kun perinteisesti säätyvän sähköntuotantokapasiteetin osuus vähenee, myös sähköjärjestelmän joustavuus laskee. Sähkön saatavuuden vaihtelu näkyy suoraan sähkön hinnassa: ajoittain sähköä tulee saataville paljon ja halvalla, toisina hetkinä niukasti ja kalliimmalla hinnalla.
Esimerkiksi kun Euroopassa markkinoille tulee merkittävä määrä takuuhinnalla tuotettua aurinko- ja tuulisähköä, on seurauksena hetkiä, jolloin sähkön markkinahinta on hyvin alhainen. Se aiheuttaa taloudellisia haasteita ilman tukea toimiville voimantuottajille.
Jotta sähköjärjestelmän tehotasapainoa voidaan ylläpitää jatkossakin, tarvitaan sähkönkulutuksen ohjausta eli kysyntäjoustoa.
Kysyntäjousto tarkoittaa sähkönkäytön rajoittamista ja käytön siirtämistä korkean kulutuksen ja hinnan tunneilta edullisempaan ajankohtaan. Sähkön varastointi ja kuormien reagointi muuttuvissa tilanteissa ovat keinoja, joilla tehotasapaino voidaan hoitaa myös tilanteessa, kun ei paista eikä tuule tai ilma muuttuu hyvin nopeasti.
Lisääntyvä uusiutuvan energian teknologia on markkinatalouden mukaisesti aikaan saanut kehitystä myös perinteisten voimaloiden puolella. Niiden käyttöominaisuuksia on tehty joustavammiksi, koska markkinoilla on selkeä tarve joustoihin ja niistä myös maksetaan.
Ihannetilanne olisikin, että jatkossa kaikkea energiantuotantokapasiteettia rakennettaisiin ilman tukea tai piilotukia, ja kaikki eri energiantuotannon muodoista aiheutuvat kustannukset otettaisiin kustannuslaskennassa huomioon.
Kuluttajasta kuluttajatuottajaksi
"Tulevaisuudessa kaksi kolmasosaa päivittäisestä energiatarpeesta saadaan suoraan uusiutuvista energialähteistä", arvioi LUTin aurinkotalouden professori Christian Breyer.
"Aurinkoenergialla on tässä merkittävä rooli. Samalla energiantuotannosta tulee osa ihmisten arkea: ihmiset tuottavat ja osittain myös käyttävät itse tuottamaansa energiaa, ja ylimääräinen energia syötetään verkon kautta muille käyttäjille. Olemme siis samaan aikaan sekä energian kuluttajia että tuottajia."
Varastointi on Breyerin mukaan seuraava suuri tutkimuskysymys.
"Meidän on yhdistettävä energian kysyntä sekä uusiutuvan energian saatavuus ja toimintavarmuus. Siksi on investoitava energiavarastoihin."
Varastointiin on jo kehitetty useita erilaisia ratkaisuja, mutta LUTissa on tutkittu muun muassa, miten aurinko- ja tuulienergia voidaan muuntaa synteettiseksi polttoaineeksi, esimerkiksi metanoliksi myöhempää sähkön tai lämmön tuotantoa varten. Teknologian taustalla on LUT-yliopiston johtama laaja P2X-tutkimus, jonka yhteydessä on aiemmin selvitetty esimerkiksi mahdollisuuksia perustaa P2X-tuotantolaitos Joutsenoon.
Synteettisistä polttoaineista on tulossa merkittävä ratkaisu liikenteen fossiilisten päästöjen poistamiseksi. Raaka-aineiksi tarvitaan hiilidioksidia ilmasta, vetyä vedestä tai typpeä ilmasta ja puhdasta energiaa aurinko- tai tuulivoimasta. Sen lisäksi, että teknologiaa voidaan soveltaa synteettisten polttoaineiden kuten metaanin, metanolin tai ammoniakin valmistukseen, voidaan sen avulla tehdä myös liimoja, liuottimia, muoveja ja muita kemianteollisuuden jatkojalosteita. LUTissa tutkitaan monipuolisesti myös muita puhtaan ilman ja energian ratkaisuja.
Hankkeessa rakennettu ainutlaatuinen Soletair-pilottilaitos on todistanut kokonaisprosessin teknisen toiminnan: kyseessä oli lajissaan ainoa koelaitos, jossa kaikki hiilivetyjen valmistusvaiheet tapahtuivat yhdessä paikassa. Prosessissa tarvittu hiilidioksidi kaapattiin ilmasta, vety tehtiin vedestä ja energia saatiin auringosta. Tutkimustulokset ovat nyt konkretisoitumassa liiketoiminnaksi.
Tällä power-to-x-teknologialla voidaan todistaa, että uusi hajautetun tuotannon energiamalli toimii. Malli on tehty globaaliksi, jotta se kuvaa paikallista, hajautettua energiantuotantoa myös muualla maailmassa.
Lisätietoja:
Antti Kosonen
