Aurinkosähkön hyödyntäminen maatilan omassa energiantuotannossa - CASE Lierannan tila
Paavola, Tommi (2023)
2023
Tekniikan ja luonnontieteiden kandidaattiohjelma - Bachelor's Programme in Engineering and Natural Sciences
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2023-05-16
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202305045266
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202305045266
Tiivistelmä
Aurinkoenergiassa on maantieteellisesti ja ajallisesti suurta vaihtelua, mutta kokonaisuutena aurinko säteilee maapallon pinnalle ylimäärin energiaa. Säteilystä tuotetaan aurinkosähköä perustuen valosähköilmiöön, jossa auringon säteilyn fotonit aiheuttavat aineessa sähkövirtaa. Nykyään yleisessä käytössä olevat piikristallikennot kykenevät jopa 26 %:n hyötysuhteeseen. Sopiva paneelin asento riippuu sijainnista. Etelä-Suomen alueella ideaali 10 kWp:n aurinkovoimala tuottaa 10 500 kWh sähköä vuodessa, joka saavutetaan suuntaamalla paneelit suoraan etelään 45°:n kallistuskulmassa.
Tämän tutkielman tavoitteena on selvittää aurinkosähkön hyödyntämismahdollisuuksia Suomessa, erityisesti suomalaisessa maataloudessa. Työ tehdään CASE-pohjaisesti keskittyen yhteen varsinaissuomalaiseen maatilaan. Työssä tarkastellaan aurinkoenergian ja aurinkosähkön fysikaalista perustaa ja tutkitaan tilan näkökulmasta sen hyödyntämisen kannattavuutta. Lisäksi voimalalle pyritään löytämään sopiva sijoituspaikka ja kapasiteetti sekä laskemaan sen tarjoamia vuosittaisia säästöjä ja takaisinmaksuaikaa.
Lierannan tilan sähkönkulutus on vuosittain noin 36 000 kWh, jonka kustannukset vuoden 2022 pörssisähkön hinnoilla ovat noin 8 500 €. Suuria sähkönkuluttajia tilalla ovat idätysvarasto sekä viljankuivuri. Pohjakuormaa aiheuttaa maatilan yhteydessä olevien omakotitalojen sähkönkulutus.
Järkevintä tilan oman aurinkovoimalan yhteydessä on oman ostosähkön määrän pienentäminen. Suurimmat tehoyksikköön suhteutetut säästöt saavutetaan erittäin pienillä eli 1–4 kWp:n kapasiteeteilla. Asennuksen kiinteät kustannukset ovat tällöin suhteessa melko suuret, joten järkevämpää on hieman suurempi eli 10–15 kWp:n voimala. Energia voidaan varastoida akkuun tai vesivaraajaan, jolloin ostettavan sähkön määrä pienenee. 10 kWp:n optimaalisesti suunnatun voimalan tarjoama vuosittainen säästö on 2 750 € ilman akkua ja 2 860 € 10 kWh:n akun kanssa. Ero on pieni, minkä vuoksi akun hinta vaikuttaa merkittävästi hankinnan kannattavuuteen. Voimalalle sopivia sijoituspaikkoja on maatilalla neljä, joista kaksi on kattoasenteista ja kaksi maa-asenteista. Kaikilla paikoilla on sekä hyötyjä että haittoja. Kattoasenteiset voimalat tuottavat kymmenkunta prosenttia maa-asenteisia voimaloita vähemmän sähköä, mutta ne eivät vie tilaa muulta yritystoiminnalta tai vaadi erillisiä paneelitelineitä. Paras takaisinmaksuaika saavutetaan asentamalla 15 kWp:n akuton voimala maatilan varastohallin katolle. Arvio asennuskustannuksista on 13 750 € ja vuosittaisista säästöistä 3 220 €. Näiden osamääränä saadaan takaisinmaksuajaksi 4,3 vuotta.
Tämän tutkielman tavoitteena on selvittää aurinkosähkön hyödyntämismahdollisuuksia Suomessa, erityisesti suomalaisessa maataloudessa. Työ tehdään CASE-pohjaisesti keskittyen yhteen varsinaissuomalaiseen maatilaan. Työssä tarkastellaan aurinkoenergian ja aurinkosähkön fysikaalista perustaa ja tutkitaan tilan näkökulmasta sen hyödyntämisen kannattavuutta. Lisäksi voimalalle pyritään löytämään sopiva sijoituspaikka ja kapasiteetti sekä laskemaan sen tarjoamia vuosittaisia säästöjä ja takaisinmaksuaikaa.
Lierannan tilan sähkönkulutus on vuosittain noin 36 000 kWh, jonka kustannukset vuoden 2022 pörssisähkön hinnoilla ovat noin 8 500 €. Suuria sähkönkuluttajia tilalla ovat idätysvarasto sekä viljankuivuri. Pohjakuormaa aiheuttaa maatilan yhteydessä olevien omakotitalojen sähkönkulutus.
Järkevintä tilan oman aurinkovoimalan yhteydessä on oman ostosähkön määrän pienentäminen. Suurimmat tehoyksikköön suhteutetut säästöt saavutetaan erittäin pienillä eli 1–4 kWp:n kapasiteeteilla. Asennuksen kiinteät kustannukset ovat tällöin suhteessa melko suuret, joten järkevämpää on hieman suurempi eli 10–15 kWp:n voimala. Energia voidaan varastoida akkuun tai vesivaraajaan, jolloin ostettavan sähkön määrä pienenee. 10 kWp:n optimaalisesti suunnatun voimalan tarjoama vuosittainen säästö on 2 750 € ilman akkua ja 2 860 € 10 kWh:n akun kanssa. Ero on pieni, minkä vuoksi akun hinta vaikuttaa merkittävästi hankinnan kannattavuuteen. Voimalalle sopivia sijoituspaikkoja on maatilalla neljä, joista kaksi on kattoasenteista ja kaksi maa-asenteista. Kaikilla paikoilla on sekä hyötyjä että haittoja. Kattoasenteiset voimalat tuottavat kymmenkunta prosenttia maa-asenteisia voimaloita vähemmän sähköä, mutta ne eivät vie tilaa muulta yritystoiminnalta tai vaadi erillisiä paneelitelineitä. Paras takaisinmaksuaika saavutetaan asentamalla 15 kWp:n akuton voimala maatilan varastohallin katolle. Arvio asennuskustannuksista on 13 750 € ja vuosittaisista säästöistä 3 220 €. Näiden osamääränä saadaan takaisinmaksuajaksi 4,3 vuotta.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [8639]