Aurinkopaneelia

Aurinkosähköä pilvienkin alla

Yleisen harhaluulon mukaan aurinkopaneeli ei tuota sähköä pilvisenä päivänä. Todellisuudessa paneelit kehräävät virtaa myös pimeinä päivinä, vaikkakin luonnollisesti sitä vähemmän, mitä vähemmän on valoa. Suorassa auringonpaisteessa teho on paljon suurempi kuin harmaana marraskuun sadepäivänä, jolloin sähköä ei tule kuin nimeksi. Yksi tapa parantaa aurinkopaneelin tuottamaa hyötysuhdetta on tehdä parempia aurinkopaneeleita, mutta myös koko systeemiä optimoimalla saadaan aikaan olennaista parannusta. Tampereen teknillisen yliopiston diplomi-insinööri Anssi Mäki on tutkinut väitöskirjassaan ns. osittaisvarjostusten vaikutusta aurinkosähkögeneraattorien toimintaan ja työn tuloksena hän on kehittänyt menetelmän, jolla pilvisuuden tai varjostuksen johdosta syntyvä tehohävikki on aiempaa pienempi. Pelkkä aurinkopaneeli sinällään ei sovellu normaaliin sähköntuotantoon, vaan se vaatii tuekseen koko joukon elektroniikkaa. Siksi koko sähköä tutottavaa kokonaisuutta kutsutaan aurinkosähkögeneraattoriksi, missä aurinkopaneelit ovat vain yksi, tosin tärkeä osa. Jokaiselle aurinkopaneelille voidaan määrittää niin sanottu ominaiskäyrä, joka kertoo millä virran ja jännitteen arvoilla paneeli voi toimia. Oikosulkuvirta on paneelin tuottama enimmäisvirta, kun paneelin navat on kytketty oikosulkuun. Tyhjäkäyntijännite on paneelin suurin jännite, joka saadaan silloin, kun paneeliin ei ole kytketty kuormaa. Maksimitehopiste, eli toimintapiste, on paneelin sellainen virran ja jännitteen arvo, joilla saavutetaan suurin ulostuloteho kulloisissakin käyttöolosuhteissa. Näitä pisteitä voi olla useita, tosin käytännössä niitä on vaikea saavuttaa, koska valaistusolosuhteet vaihtelevat. Lisäksi kirkkaalla auringonpaisteella paneelin lämpötila nousee, jolloin erinomaisesta valaistusolosuhteista huolimatta paneelin tuottama teho on pienempi. Elektroniikka ohjaa paneelin toimintaa näiden arvojen mukaisesti ja pyrkii koko ajan optimoimaan tuotetun sähkötehon. Kun esimerkiksi rakennus tai pilvi varjostaa osaa aurinkosähkögeneraattorin aurinkopaneeleista, eivät paneelit toimi optimaalisesti. Tämä aiheuttaa järjestelmään häviöitä, eikä kaikkea mahdollista sähköenergiaa saada tuotettua. Osittaisesta varjostuksesta aiheutuu tyypillisesti myös tilanne, jossa generaattorien tehokäyrällä on useita paikallisia maksimipisteitä. "Vaikka tällaiset osittaisvarjostukset tyypillisesti aiheuttavat useita paikallisia tehomaksimeja, aina näin ei kuitenkaan ole, toteaa Anssi Mäki. "Silloin kun maksimeja on useita, generaattori ei yleensä ole suurimman tehon toimintapisteessä eli tehokäyrän globaalissa maksimissa. Tällöin osa saatavilla olevasta sähköenergiasta menetetään". Mäki esitteleekin väitöskirjassaan menetelmän, jonka avulla osittaisvarjostustilanne voidaan tunnistaa. Toimintapiste voidaan siirtää globaaliin maksimiin, mikäli generaattori ei siinä jo ennestään toimi. Menetelmän avulla generaattorin tehokäyrää ei tarvitse käydä kokonaan läpi, kuten monissa aikaisemmissa menetelmissä tehdään. Tällöin generaattori toimii aiempaa tehokkaammin ja siitä saadaan enemmän tehoa hankalissa valaistusolosuhteissa. Menetelmästä on patenttihakemukset vireillä Euroopassa, Yhdysvalloissa ja Kiinassa. Mäki esittelee väitöskirjassaan myös osittaisvarjostusten vaikutuksia sekä sähköiseltä että fyysiseltä rakenteeltaan erilaisissa aurinkosähkögeneraattoreissa. Tulokset osoittavat, että aurinkopaneelien sarjaankytkentöjen tulisi olla sekä fyysisesti että sähköisesti mahdollisimman lyhyitä, jotta tehohäviöt voitaisiin minimoida. "On tärkeää huomata, että aurinkosähköjärjestelmän tehokkuutta ja kokonaishyötysuhdetta tulee parantaa muutenkin kuin vain aurinkokennojen hyötysuhdetta nostamalla", jatkaa Mäki. "Väärillä ratkaisuilla järjestelmän osien suunnittelussa saatetaan helposti menettää suurin panoksin saavutettu kennojen hyötysuhteen nousu." Suomessa aurinkosähköllä voisi olla paljon nykyistä suurempi osuus, sillä kun valaistuksen määrää lasketaan vuositasolla, on Suomessa auringonvaloa tarjolla hyvin paljon kesän valoisten öiden ansiosta. Nykytekniikalla aurinkopaneelit tuottavat sähkö jopa juhannusyön olosuhteissa, tosin varsin vähän. Etenkin kesämökkien energiantarpeesta valtaosa voitaisiin hoitaa sähkö- ja tuuligeneraattorein. Anssi Mäen sähkötekniikan alaan kuuluva väitöskirja Effects of Partial Shading Conditions on Maximum Power Points and Mismatch Losses in Silicon-Based Photovoltaic Power Generators ("Osittaisvarjostusten vaikutukset piihin perustuvien aurinkosähkögeneraattorien maksimitehopisteisiin ja yhteensopimattomuushäviöihin") tarkastetaan Tampereen teknillisen yliopiston tieto- ja sähkötekniikan tiedekunnassa perjantaina 1.11.2013 kello 12 alkaen Sähkötalon salissa S2. Mäen tutkimuksesta kerrottiin TTY:n tiedotteessa 28.10.

Juttuja samasta aiheesta

Joidenkin vanhimpien juttujen tekstin näyttämisessä on ongelma. Pyrimme saamaan jutut pikaisesti taas normaaleiksi! Pahoittelut!