Aurinkosähkön potentiaali Suomessa

Timo Kalema, Nettoenergia ry 4.11.2018

Maapallolle tulevan auringon säteily määrä on valtava, mutta samaan aikaan sen energiatiheys on hyvin pieni. Lisäksi sen vaihtelu vuoden ja vuorokauden aikojen mukaan on suurta, mikä tekee vaikeaksi aurinkoenergian tehokkaan ja laajamittaisen hyödyntämisen.

Suomessa tulee vuodessa vaakatasolle ja etelään suunnatulle pystypinnalle auringon säteilyenergiaa noin 850 kWh/m2, mikä on keskitehona noin 100 W/m2. Heinäkuussa etelään suunnatun pystypinnan vastaavat arvot ovat noin 120 kWh/m2 ja 160 W/m2 ja joulukuussa 12 kWh/m2 ja 16 W/m2. Heinäkuussa Suomeen tuleva säteilyenergia on siis noin kymmenkertainen joulukuuhun verrattuna. Aurinkoenergian käyttöpotentiaali on siis lähinnä keväällä ja kesällä. Talvella tämä potentiaali on hyvin pieni, jonka vuoksi aurinkoenergia vaatii tehokasta varastointia tai rinnakkaisia energianlähteitä.

Seuraavassa on pieni taselaskelman aurinkosähkön potentiaalista Suomessa. Alla ovat lähtötiedot ja tulokset ja niiden jälkeen on muutamia johtopäätöksiä. Laskelma on puhdas potentiaalilaskelma, mutta näyttää suuntaviivaa kuvitellulle aurinkosähkön laajamittaiselle käytölle Suomessa. Luvut ovat noin arvoja, koska koko tarkastelu on vain suuntaa antava.

Lähtötiedot

  • Suomen kokonaisenergiankulutus on noin 378 TWh/a (noin 69 MWh/ asukas tai 5,8 tonnia öljyä/asukas öljyksi muutettuna)
  • Suomen sähkönkulus on noin 85 TWh/a, josta ydinsähköä 21 TWh/a. Sähkön kokonaiskulutus on noin 15,5 MWh/asukas
  • Aurinkosähköjärjestelmän tuotto (Fortumin S-paketti) on 136 kWh/kenno-m2 (hyötysuhde n. 15 %).

Tulokset

  • Tarvittava teoreettinen kennopinta-ala Suomen koko energiantarpeen tuottamiseen on noin 2775 km2 (13-kertainen verrattuna Helsingin maapinta-alaan)
  • Tarvittava teoreettinen kennopinta-ala Suomen koko sähköenergian tuottamiseen on noin 626 km2 (3-kertainen verrattuna Helsingin maapinta-alaan)
  • 10 % tuottaminen Suomen sähköenergiasta aurinkosähköllä vaatisi noin 30 % Helsingin maapinta-alasta
  • Aurinkosähkö tarvitsee välttämättä sekä vuorokausi että vuosivarastointia. Jos oletetaan, että 10 % vuoden sähköenergian kulutuksesta halutaan varastoida, tarvittava varastointikapasiteetti on 8,5 TWh. Suurimmat sähköakut Suomessa ovat nyt kapasiteetiltaan 1 MWh. Edellä mainitussa varastoinnissa tarvittaisiin 8,5 miljoonaa 1 MWh:n akkua. Team Finlandin Älykäs energia seminaarissa esitettiin sähköakuille hinta-arvio 300 €/kWh eli 300 000 €/MWh. Laajamittainen sähkön varastointi olisi siis hyvin kallista ja muita, paljon tehokkampia varastointimenetelmiä tarvittaisiin.

Luvuista näkyy kaksi asiaa. Aurinkoenergian energiatiheys on erittäin pieni, mikä johtaa valtavaan kerääjäpinta-alan tarpeeseen, jos halutaan kerätä iso energiamäärä. Toiseksi aurinkoenergian vuosi- ja vuorokausivaihtelu on suurta, joka johtaa hyvin kalliisiin varastointiratkaisuihin. Vaikka kennojen hinta laskisi, suurimittainen aurinkoenergian käyttö vaatii myös varastoinnin hinnan huomattavaa halpenemista. Varastointi myös pienentää aurinkosähköstä saatavaa nettoenergiaa.

Esa Tommila on tuonut keskusteluun nettonergian eli järjestelmästä saatavan hyötyenergian suhteessa kaikkeen järjestelmän valmistamiseen, kuljettamiseen, asentamiseen ja käyttöön kuluvaan energiaan alkaen materiaalien hankinnasta. Nettoenergiatehokkuus voidaan esittää myös suhteellisella luvulla ERoEI, joka on Energy Return on Energy Invested. Aurinkosähkön ERoEI on hyvin pieni. Ferroni ja Hopkirk /1/  antavat aurinkosähkön ERoEI:lle arvon 0,82 Sveitsin ja Saksan ilmastossa. Luvuissa on mukana tarvittava energian varastointi. Siis aurinkoenergiajärjestelmän rakentaminen varastointi mukaan lukien kuluttaa enemmän energiaa kuin järjestelmä tuottaa elinaikanaan energiaa. Weissbach & al /2/ päätyvät hieman lohdullisempiin lukuihin. Energian takaisinmaksuaika (aika, jona järjestelmä on tuottanut valmistamiseen kuluvan energian) on varastointi huomioon ottaen 16 vuotta ja ERoEI kennotyypistä riippuen 1,5 – 2,3 Saksan ilmastossa.

Energiapolitiikassa pitäisi päästä siihen, että uusiutuvan energian lisäämisen sijaan pyritään alentamaan kustannustehokkaasti ja mahdollisimman nopeasti hiilidioksidipäästöjä.

  1. F. Ferroni & R. Hopkirk, Energy Return on Energy Invested (ERoEI) for photovoltaic solar systems in regions of moderate insolation. Energy Policy 94 (2016) pp. 336–344.
  2. Weissbach & al, Energy intensities, EROIs (energy returned on invested) and energy payback times of electricity generating power plants. Energy 52 (2013) pp. 210-221.