Aurinkovoimala sähköautojen latausverkoston energianlähteenä

Abstract

Tämän työn päätavoitteena on tutkia aurinkovoimalan hyödyntämistä sähköautojen latausverkoston energianlähteenä. Työssä tehdään nykytila-analyysi aurinkosähköjärjestelmien, eri akkuteknologioiden ja sähköautojen latauspisteiden osalta. Käsiteltäviä aiheita aurinkokennojen osalta ovat niiden toimintaperiaate, kaupallisesti saatavilla olevat ratkaisut, tulevaisuuden teknologiat ja aurinkovoimalan tuottavuuteen vaikuttavat tekijät. Akkujärjestelmien osalta tarkastellaan aurinkovoimaloiden yhteydessä yleisimmin käytettyjä akkuteknologioita ja niiden ominaisuuksia. Lisäksi tutustutaan sähköautojen latauksessa käytettäviin eri lataustapoihin ja -laitteisiin, niiden käyttökohteisiin sekä kuormanhallinnan toteuttamiseen. Nykytila-analyysin lisäksi tehdään tapaustutkimus, jossa valittuun esimerkkikohteeseen määritetään käytettävä sähköautojen latausjärjestelmä. Määritetyn latausverkoston ja mitatun sähköenergian kulutustiedon avulla luodaan kohteelle kulutusprofiili. Aurinkovoimala mitoitetaan hyödyntäen luotua kulutusprofiilia ja saatavilla olevaa auringonsäteilyn mittausdataa. Aurinkovoimalan nimellistehoa hyödyntäen määritetään myös tarkastelussa käytettävien akustojen energiakapasiteetti. Määritetyn järjestelmän tietojen pohjalta tehdään esimerkkikohteen mukaiselle järjestelmälle kustannusanalyysi. Kannattavuuslaskelmat tehdään hyödyntäen sisäisen korkokannan ja takaisinmaksuajan menetelmiä. Näiden avulla järjestelmälle määritetään kustannusoptimi, jonka mukaisesti järjestelmä on kannattavin toteuttaa. Lisäksi verrataan tavallisen aurinkosähköjärjestelmän kannattavuutta akkuvarmennettuun järjestelmään. Saatujen tulosten perusteella määritetään kannattavin järjestelmäkonfiguraatio ja aurinkovoimalan nimellisteho. Aurinkovoimalalle laskettiin optimaalinen nimellisteho jokaiselle kuukaudelle hyödyntämällä saatavilla olevaa sähköenergian kulutustietoa ja mittausdataa kohteen auringonsäteilyn määrästä. Kolmen eri tehoisen aurinkovoimalan kuukausittaista ja vuotuista tuotantoa verrattiin kohteen kulutukseen. Myös voimalan nimellistehon ja latauspisteiden kulutusprofiilin vaikutusta ylituotannon määrään tarkasteltiin. Tuloksista havaittiin, että nimellistehon muutoksella on merkittävä vaikutus ylituotannon määrään. Paras tuotanto voimalalla saadaan touko-heinäkuussa, ja noin 80 % koko vuoden tuotannosta ajoittuu huhtikuun ja syyskuun väliselle ajalle. Voimalan optimaalisen nimellistehon löytämiseksi käytettiin apuna kannattavuuslaskentaa. Kannattavuuslaskennassa hyödynnettiin takaisinmaksuajan ja sisäisen korkokannan menetelmiä järjestelmien kannattavuuden määrittämiseksi. Sisäinen korkokanta ja takaisinmaksuaika laskettiin nimellisteholtaan 120-300 kWp:n voimaloille tavalliselle verkkoon kytketylle ja akkuvarmennetulle järjestelmälle. Laskennan tuloksista todettiin, että järjestelmä on taloudellisesti kannattavinta toteuttaa ilman akustoa 190 kWp:n nimellisteholla niin, että latauspisteiden kulutus ohjataan seuraamaan aurinkovoimalan tuotantoa. Tuloksista havaittiin, että akuston lisääminen järjestelmään laskee sisäistä korkokantaa akuston koosta riippumatta. Näin ollen todettiin, että akusto on yksikköhinnaltaan liian kallis tuottaakseen riittävän taloudellisen hyödyn verkkoon myydyn sähkön vähentämisessä.