Aurinkopaneelit ovat nousseet merkittäväksi osaksi uusiutuvan energian tuotantoa viime vuosina. Vielä 20 vuotta sitten aurinkopaneelit olivat enemmän ylellisyystuote kuin hyödyke, mutta tekniikan kehittyessä ja massatuotannon yleistyessä aurinkopaneelit ovat tänä päivänä entistä tehokkaampia entistä pienemmällä hintalapulla.
Aurinkopaneelit soveltuvat niin omakotitaloon, mökille, asuntoautoon kuin veneeseen joko vähentämään energiankulutusta tai mahdollistamaan sähköt paikkoihin, jonne valtion sähköverkko ei yletä.
Aikaisemmassa artikkelissa kävimme läpi aurinkopaneelien tuottoa ja sen maksimointia, mutta tällä kertaa paneudumme tarkemmin aurinkopaneelien toimintaan. Perehdymme muun muassa aurinkoenergian perusperiaatteisiin, aurinkopaneelien rakenteeseen sekä niiden toimintaperiaatteeseen.
Aurinkoenergia ja sen hyödyntäminen
Aurinkoenergia
Aurinkoenergia syntyy Auringon termonukleaarisessa reaktiossa, jossa helium ja vety yhdistyy muodostaen heliumia. Tässä reaktiossa syntyy valtavia määriä energiaa.
Maapallo vastaanottaa joka jatkuvalla syötöllä satojatuhansia terawatteja aurinkoenergiaa, mikä on tuhansia kertoja enemmän energiaa kuin koko maailman energiantarve. Tämän energian kerääminen ja hyödyntäminen on aurinkopaneelin tehtävä.
Aurinkopaneelien käyttö on ylivoimaisesti tehokkain ja ympäristöystävällisin keino hyödyntää aurinkoenergiaa – tehokkaimpienkaan paneelien käyttö ei aiheuta lainkaan ympäristöpäästöjä.
Aurinkoenergian hyödyntäminen
Aurinkopaneelien tärkein tehtävä on vähentää kodin energiantarvetta sekä tuottaa rahallisia säästöjä. Yleensä aurinkopaneeleilla pyritään kattamaan noin kolmasosa vuosittaisesta energiankulutuksessa.
Toim. huom. – Vuosittaisella viitataan koko vuoden keskiarvoon. Kodin sähkönkulutus ja paneelin tuotto vaihtelevat vuodenajasta riippuen.
Suurimmat hyödyt aurinkopaneeleista saavutetaan kesäaikana. Kesällä tuotto on suurinta ja sähkönkulutus pienintä, jolloin syntyy ylijäämäsähköä. Ylijäämäsähköä voidaan hyödyntää joko varastoimalla tai myymällä. Kun sähkön hinta on korkealla, koittaa aurinkopaneelien omistajilla kissan päivät.
Aurinkopaneelien rakenne
Nykyaikainen aurinkoenergiajärjestelmä eli aurinkovoimala koostuu karkeasti kahdesta osasta – aurinkopaneeleista ja invertteristä. Nämä komponentit yhdistetään kodin sähköverkkoon siten, että aurinkopaneelin tuottama sähkö kulkee invertterin läpi verkkoon.
Pääkomponenttien lisäksi aurinkovoimala koostuu useammasta pienestä komponentista, jotka luovat yhden toimivan kokonaisuudet.
Aurinkokennot
Aurinkovoimalan tärkein komponentti on itse aurinkokenno. Aurinkokennot ovat ohuita levyjä, jotka on valmistettu erilaisista puolijohdemateriaaleista, kuten piistä. Kun auringonvalo osuu aurinkokennoon, käynnistyy piissä kemiallinen reaktio joka synnyttää sähkövirtaa.
Lasipinnoite
Aurinkopaneelit on usein pinnoitettu ohuella lasikerroksella. Lasipinnoite suojelee komponenttia ulkoisilta tekijöiltä, kuten sateelta, kylmyydeltä ja lumelta. Lasi suojelee paneeleita UV-säteilyltä, joka voi vaurioittaa paneeleita ajan myötä.
Taustalevy ja kehys
Aurinkopaneelien taustalla on kestävä levy, joka tukee paneelien rakennetta lisäten niiden kestävyyttä. Taustalevy parantaa myös paneelin eristystä ja sähköisen suorituskyvyn vakautta.
Paneelien ympärillä on myös kehykset, jotka helpottavat paneelien asennusta ja tuovat lisäsuojaa.
Invertteri
Invertteri on aurunkovoimalan sydän, joka ohjailee sähköntuotantoa ja muuttaa paneelin tuottaman tasavirran vaihtovirraksi. Invertteri mahdollistaa verkkovirran korvaamisen aurinkoenergialla, mikä vähentää kodin sähkönkulutusta.
Aurinkopaneelien toimintaperiaate
Sähköntuotto selitettynä
Kun aurinkonvalo osuu paneelin pintaan, käynnistyy paneelin pinnalla olevassa puolijohdemateriaalissa, useimmiten piissä kemiallisen reaktion.
Fotovoltaiseksi kutsutussa reaktiossa piin elektronit alkavat liikkumaan luoden järjestelmään sähkövirran. Paneelissa on usein kahta erilaista puolijohdemateriaalia, johta muodostavat niin sanotun pn-liitoksen, jossa puolijohteiden elektronimäärät eroavat toisistaan. Pn-liitos kiihdyttää elektronien liikkumista entistä enemmän.
Tämä on kuitenkin vain yksinkertaistettu mallinnus paneelien toiminnassa. Todellisuudessa prosessi on huomattavasti monimutkaisempi ja sisältää useita muita tekijöitä, kuten jännitehäviön, tehotuotannon optimoinnin sekä kennojen väliset yhteydet ja liitännät.
Aurinkopaneelien hyötysuhde
Tänä päivänä aurinkopaneelit pystyvät muuttamaan noin 15-20 prosenttia auringonvalosta sähköksi – vielä 2000-luvun alussa tämä lukema oli vielä pienempi. Nopean kehityksen ja jatkuvan tutkimuksen myötä hyötysuhteen voidaan odottaa nousemaan jopa lähemmäs 50 prosenttia seuraavan kymmenen vuoden sisällä.
Tuotetun sähkön siirtäminen kodin sähköverkkoon
Aurinkokennossa tapahtuva reaktio synnyttää tasavirtaa, joka siirretään invertteriin. Invertteri muuttaa tasavirran sähköverkkoon sopivaksi vaihtovirraksi. Invertteri siirtää vaihtovirran sähköverkkoon, jolloin kodin sähkölaitteet käyttävät ensisijaisesti invertterin syöttämää virtaa. Kun aurinkopaneelin tuotto ei riitä hetkellisen sähkökulutuksen kattamiseen, käyttävät sähkölaitteet jälleen verkkovirtaa.
Aurinkopaneelin tehokkuus ja suorituskyky
Aurinkopaneelin teho on yksi tärkeimmistä mittareista niiden suorituskyvyn mittaamisessa. Aurinkopaneelin teho voidaan mitataan joko puhtaana wattimääränä, hyötysuhteena tai tuoton ja pinta-alan osamäärällä. Paneelin tuotto ei aina ole sidottu pelkkiin lukuihin, vaan on tärkeä ottaa huomioon useat muutkin tuottoon ja tehoon vaikuttavat tekijät.
Paneelien laatu
Kaikki aurinkopaneelit eivät ole samanlaisia. Niiden laatu, teho ja suorituskyky vaihtelevat merkittävästi eri valmistajien ja mallien välillä. Paneelin laatu vaikuttaa myös paneelin käyttöikään ja kestävyyteen.
Asennus ja sijainti
Asennustyön laatu ja sijainti vaikuttavat myös paneelin tuottoon. Heikko asennus voi johtaa ennenaikaisiin vaurioihin, ja väärin suunniteltu sijainti voi johtaa heikompaan tuottoon.
Yhteenveto ja tulevaisuuden näkymät
Aurinkopaneelit ovat tulleet jäädäkseen. Järjestelmät ovat ottaneet suuria teknisiä harppauksia hintojen laskiessa vuosi vuodelta. Yhä useampi onkin ottanut askeleen kohti vihreää energiaa ja energiaomavaraisuutta.
Mitä tulee tulevaisuuden näkymiin, aurinkopaneelien rooli sähköntuotannossa tulee tulee kasvamaan. Kun järjestelmät kehittyvät, tulee aurinkopaneelit lohkaisemaan entistä suuremman osan fossiilisten polttoaineiden tarpeesta.
Uusiutuvan energian politiikka, säädökset ja avustukset lisäävät aurinkoenergian käyttöä entisestään. Vaikka aurinkopaneeleihin kuuluu omat haasteensa, on niiden potentiaali valtava. Ne ovat tärkeä työkalu taistelussa ilmastonmuutosta vastaan ja valtava askel kohti kestävämpää tulevaisuutta.
Ota askel kohti puhtaampaa tulevaisuutta
Valjasta auringon energia kotiisi ja säästä sähkölaskussa. Taloekspertin kautta voit kilpailuttaa aurinkopaneelit luotettavasti ja nopeasti. Aloita energiatehokas elämä tänään!
