Kestävän aurinkoenergian nousu
Aurinkoenergia on ympäristöystävällinen energialähde. Ota selvää, miten auringonsäteet voivat antaa energiaa ja auttaa säilyttämään planeetan.
Mitä on aurinkoenergia?
Aurinkoenergia on auringosta peräisin olevaa energiaa. Auringon lämpö ja valo valjastetaan ja niitä käytetään sähkön tai lämpövoiman luomiseen erilaisiin kotitalouden, liiketoiminnan ja muiden toimintojen tarpeisiin. Aurinkoenergiajärjestelmän tulos mitataan watteina.
Aurinkoenergia, eli aurinkovoima tai auringonsäteily, on kaikkein suurin uusiutuva energianlähde. Uusiutuva energialähde on energialähde, joka voidaan luoda uudelleen. Toisin kuin fossiiliset polttoaineet (öljy, kaasu ja hiili), tämä energialähde ei ole kulunut loppuun yhden käytön jälkeen. Lisäksi tuuli, vesi ja geoterminen voima ovat muita esimerkkejä uusiutumisesta.
Saatat yllättyä, kun huomaat, että aurinkoenergiateknologiat eivät ole modernin aikakauden keksintö: Ihmiset ovat käyttäneet aurinkoa 7. vuosisadasta eKr. alkaen, jolloin ihmiset käyttivät suurennuslaseja ja auringonsäteitä tulen tekemiseen ja muurahaisten polttamiseen. Sen jälkeen aurinkoenergiateknologia on tietysti kehittynyt ja parantunut huomattavasti.
Tässä on lyhyt yleiskatsaus ja aikajana aurinkoenergiasta Yhdysvaltojen energiaministeriön mukaan:
- Vuonna 1767 sveitsiläinen tutkija Horace de Saussure rakensi maailman ensimmäisen auringonkeruutyökalun.
- Ranskalainen fyysikko Edmond Becquerel löysi vuonna 1839 aurinkosähköilmiön, kun valo tai säteilyenergia tuottaa jännitteen tai sähkövirran.
- Vuosikymmeniä myöhemmin ranskalainen matemaatikko Augustin Mouchot rekisteröi patentit aurinkoenergialla toimiville moottoreille.
- Vuonna 1883 newyorkilainen keksijä Charles Fritts loi aurinkokennon pinnoittamalla seleniumin ohuella kultakerroksella, jonka energianmuuntonopeus oli 1–2 prosenttia (vrt. nykyaikaisimmat aurinkokennot toimivat 15–20 prosentin tasolla), Smithsonian Magazine -lehden mukaan. Keksijä Edward Weston sai kaksi patenttia aurinkokennoille viisi vuotta myöhemmin.
- Albert Einstein on julkaissut 1900-luvun alussa fotosähköistä ilmiötä käsittelevän artikkelin.
- Vuonna 1954 Bell Telephone Laboratories valmisti piiaurinkokennon – ensimmäisen kennon, joka pystyi muuntamaan tarpeeksi energiaa päivittäisten sähkölaitteiden käyttämiseen – 4 prosentin (ja myöhemmin 11 prosentin) hyötysuhteella. Kuusi vuotta myöhemmin Hoffman Electronics saavutti 14 prosentin hyötysuhteen.
- 1970-luvulla, tohtori Elliot Berman suunnitteli edullisemman aurinkokennon, minkä seurauksena hinta pieneni 20 Yhdysvaltain dollariin wattia kohti.
- Paul MacCready rakensi aurinkokäyttöisen lentokoneen (ensimmäinen laatuaan), jonka päällä oli 16 000 aurinkokennoa, ja lensi sillä Ranskasta Englantiin vuonna 1981.
- Vuonna 1998 tutkija Subhendu Guha keksi katoille joustavat aurinkolevyt, jotka muuntavat auringonvalon sähköksi.
- 2000-luvulla ja sen jälkeen aurinkoenergiateknologioiden ominaisuuksissa ja tehokkuudessa on edelleen tehty suuria harppauksia.
Tällä hetkellä "aurinkoenergia on nopeimmin kasvava ja edullisin uuden sähkön lähde" Yhdysvalloissa Energy.govin mukaan, ja maassa on 3 miljoonaa asennusta. Ja maailmanlaajuisesti aurinkoenergia on myös kasvussa kotitalouksissa ja teollisuudessa.
Jokapäiväinen, suosittu esimerkki aurinkoenergiasta ovat mustat suorakulmaiset aurinkopaneelit, joita näkyy joidenkin talojen katoilla. Yritykset ovat omaksuneet myös aurinkoenergian – jopa Disney Worldissa on Mikki Hiiren muotoinen Epcot-teemapuiston ulkopuolella sijaitseva aurinkovoimala, joka koostuu 48 000 aurinkopaneelista.
Aurinkoteknologia on kehittynyt ja parantunut jatkuvasti vuosien varrella. Tässä artikkelissa on yleiskatsaus aurinkoenergiasta, sen toiminnasta, sen käytön eduista ja aurinkovoiman tulevaisuudesta.
Miten aurinkoenergia kerätään ja varastoidaan?
Fotojännite (Photovoltaic, PV)
Käytetään laitetta (esimerkiksi aurinkopaneeleita), joka imee auringonvaloa ja muuttaa sen sähköenergiaksi. Näitä laitteita kutsutaan aurinkokennoiksi, ja ne on yhdistetty suurempiin yksiköihin, jotka tuottavat virtaa.
Keskittyvä aurinkoenergia (Concentrating solar power, CSP)
Kerää auringon energiaa tuottaakseen lämpöä, jota sitten käytetään sähkön tuottamiseen. Tässä tekniikassa käytetään peilejä valoenergian "keskittämiseen".
Aurinkolämmitys ja -jäähdytys (Solar heating and cooling, SHC)
Kerää energiaa auringosta ja käyttää sitä lämmitys- ja jäähdytyspalvelujen tarjoamiseen kodeille ja yrityksille. Tässä tekniikassa käytetään aurinkokeräintä, eristettyjä putkistoja ja kuumavesisäiliötä.
Aurinkoenergian varastointikomponentit
-
Akut
Energiavarastojärjestelmien ydin. Kaksi yleistä akkutyyppiä ovat litium-nikkeli-mangaani-koboltti ja litium-rauta-fosfaatti.
-
Kriittisten kuormien alipaneelit
Näiden avulla voit päättää, mitkä oleelliset laitteet saavat virtaa sähkökatkon sattuessa.
-
Aurinkopaneelit
Käytetään akkujen lataamiseen. Ohutkalvo, PERC, monikiteinen ja yksikiteinen ovat erilaisia aurinkopaneelityyppejä.
Mistä aurinkopaneelit on tehty? Niiden ytimessä aurinkopaneelit sisältävät yleensä piitä, (yleisintä puolijohdemateriaalia, jota käytetään PV-kennoissa) lasikotelossa, metallikehyksen ja muita laitteita paneelin pitämiseksi koossa ja paneelin toiminnan tukemiseksi.
-
Invertterit
Käytetään muuntamaan vaihtovirta tasavirtaan (aurinkopaneelit ja akut muuntavat suoran virran vaihtovirraksi).
Aurinkoenergian varastointi
Green Building Elementsin mukaan aurinkoenergian varastointiin on kolme tapaa:
Akkuvarastointi
Yleisimmin litiumioniakkuja käytetään aurinkoenergian varastoimiseen.
Mekaaninen energianvarastointi
Paineilma (puristetaan säiliön kaltaiseen astiaan ja annostellaan tarpeen mukaan), vesivoiman pumppuvoima (vesi johdetaan turbiinigeneraattoreiden läpi tuottamaan energiaa kysynnän mukaan) ja vauhtipyörä (ylijäämäenergia, jota käytetään tuottamaan sähköä tarpeen mukaan) ovat tämäntyyppisten varastointijärjestelmien kolme muunnelmaa.
Lämpövarastointi
Käyttää sulaa suolaa ja vettä eristetyssä säiliössä energian varastoimiseen.
Tarjolla on myös “virtuaalinen varastointi,” joka on prosessi, jonka avulla voit lämmittää tai viilentää rakennuksen, ennen kuin sähköenergian kysyntäpiikki on odotettavissa. Rakennus varastoi tämän energian sitä varten, kun sitä tarvitaan.
Täydellinen luettelo termeistä ja määritelmistä on aurinkoenergiasanastossa, jota ylläpitää Yhdysvaltain energianministeriö.
Aurinkoenergian edut
Mitä hyötyä on siis aurinkoenergiasta? Niitä on paljon, mukaan lukien ympäristön hyvinvointi, työmahdollisuudet ja verovähennykset. Seuraavassa on katsaus joihinkin tärkeimpiin etuihin:
-
Se on parempi ympäristölle kuin perinteiset voimalähteet
Planeetta on luultavasti ensimmäinen asia, joka tulee mieleen, kun otetaan huomioon aurinkoenergian edut. Uusiutuvat energialähteet, kuten aurinkovoima, auttavat vähentämään maailman riippuvuutta fossiilisista polttoaineista, pienentämään hiilijalanjälkeämme ja tuottamaan sähköä aiheuttamatta myrkyllisiä saasteita.
-
Aurinkovoiman ylläpitokustannukset ovat paranneet
Vaikka alkuasennus saattaa olla joillekin kotitalouksille liian kallis, ylläpitokustannukset ovat vuosien mittaan laskeneet. Tarkemmin sanottuna viimeisen kymmenen vuoden aikana aurinkovoiman asennuskustannukset ovat laskeneet 60 prosenttia. (Kustannukset voivat kuitenkin riippua esimerkiksi alueesta ja toimitusketjun rajoituksista.)
-
Aurinkoenergiajärjestelmiin liittyy veroetuja
Siirtyminen aurinkoenergian käyttöön voi säästää rahaa (vaikkakin vasta tulevaisuudessa). Esimerkiksi Yhdysvaltain hallinto tarjoaa aurinkoenergiaa koskevan verovähennyksen , jolla voidaan kattaa aurinkoenergiajärjestelmien asennuskustannuksia. Osavaltiot tai muut paikallisviranomaiset voivat lisäksi tarjota ohjelmia, joiden avulla kustannuksia voidaan alentaa.
-
Aurinkoenergiateknologiat ovat kehittyneet
Laitteisto- ja varastointiteknologiat ovat parantuneet huomattavasti vuosien aikana. Nykyisin aurinkopaneelit tuottavat entistä enemmän energiaa pidempään (hyötysuhteen ollessa noin 20 prosenttia) ja kestävät jopa 30 vuotta.
Aurinkoenergian käyttämisessä kotona tai yrityksessä on monenlaisia myönteisiä puolia. Tällä energialähteellä on kuitenkin omat rajoituksensa. Seuraavassa on joitakin aurinkovoiman käytön haittapuolia:
- Saasteet ovat edelleen huolenaihe. Vaikka aurinkoenergia on ympäristöystävällisempi ratkaisu kuin fossiilisten polttoaineiden polttaminen, osa kemikaaleista ja materiaaleista, joita käytetään PV-kennojen valmistusprosessissa, tuottaa haitallista jätettä.
- Sen asentaminen voi olla kallista. Vaikka aurinkovoima voi säästää rahaa, alkuasennus ja laitteet voivat olla kalliita.
- Palveluihin liittyy rajoituksia. Koska energiaa syntyy, kun aurinko on näkyvissä, tietyt kellonajat ja sääolot (kuten pilvinen taivas) eivät ole optimaalisia aurinkovoimalle.
- Muut ympäristövaikutukset. Vedenkäyttö, maankäyttö ja mahdollinen elinympäristön häviäminen ovat näkökohtia, jotka on otettava huomioon, kun aurinkoenergiajärjestelmiä skaalataan.
Aurinkoenergia tarjoaa ympäristöystävällisiä mahdollisuuksia teollisuudelle ja yrityksille. Esimerkiksi uudet työkalut ja sovellukset voivat auttaa organisaatioita visualisoimaan säiliösimulaatioita poraustulosten parantamiseksi ja päivittämään sähköverkkoja hajautettuja energiaresursseja varten kustannusten vähentämiseksi ja mahdollisuuksien laajentamiseksi. Myös kvanttilaskennan käyttö energiantuotannon optimoinnissa on edistynyt huomattavasti.
Aurinkoenergian käyttöönotto
Ennen kuin otat aurinkoenergian käyttöön, tutki asiaa. Kannattaa laskea kustannukset alueellasi, tarkistaa saatavilla olevat alennukset ja verovähennykset, tutkia eri järjestelmiä ja tutustua järjestelmän asennusyritysten arvosteluihin. Voit asentaa aurinkopaneelit teknisesti itse, mutta kannattaa harkita, onko se paras vaihtoehto sinulle.
Jos olet yrityksen omistaja, sinun on otettava huomioon useita seikkoja siirtyessäsi aurinkoenergiaan, mukaan lukien se, mikä käyttää sähköä työpaikallasi (jäähdytys- ja lämmitysjärjestelmä, koneet, laitteet jne.). Koska kuten kotitaloudetkin saat lopulta kustannussäästöjä, vaikka siirtyminen aurinkoenergiaan on todennäköisesti etukäteisinvestointi, joka vie aikaa ja rahaa. Saatavilla on kuitenkin IoT-energiaratkaisuja , joiden avulla voit pienentää käyttökustannuksia samalla kun optimoit tarjonnan ja kysynnän sekä valvot verkon kunnossapitoa.
Kotiasennuksessa useimmat ihmiset todennäköisesti pitäisivät korkeaa hintaa suurimpana esteenä aurinkoenergian käytön aloittamiselle. Esimerkiksi aurinkopaneelijärjestelmän hinta keskikokoisessa talossa Yhdysvalloissa (aurinkoverovähennyksen jälkeen) vaihtelee 11144–14696 Yhdysvaltain dollarin välillä ja noin 200–250 Yhdysvaltain dollaria paneelia kohti pienessä tee-se-itse-projektissa Consumer Affairsin mukaan. Jotkin oppaat laajentavat aluetta entisestään, ja niiden mukaan kustannukset ovat 10 000–25 000 Yhdysvaltain dollaria Yhdysvalloissa. Huomioon otettavana on myös "pehmeitä kustannuksia", kuten luvat ja asennustyön kustannukset. Voit valita aurinkopaneelien leasing-vaihtoehdon, jolloin sinun ei tarvitse maksaa asennus-, huolto- tai korjauskustannuksia, mutta siinä on omat hyvät ja huonot puolensa.
Alkuhinta voi olla useimmille kotitalouksille kallis, ja aurinkopaneelien takaisinmaksuaikaa on odotettava jonkin verran (keskimäärin sijoitus maksaa itsensä takaisin 7–12 vuodessa). Säästöt voivat kuitenkin olla myös merkittäviä: HomeGuiden mukaan aurinkoenergia voi säästää yhdysvaltalaisten sähkökustannuksia 600–2000 dollaria vuodessa. Lisäksi jotkin asennukset maksavat lueteltuja lukuja vähemmän. Kodin koko (suurempi kiinteistö tarkoittaa yleensä suurempaa hintaa), energiankulutuksesi taso ja järjestelmällesi valitsemasi tekniikat ovat kolme ensisijaista tekijää, jotka vaikuttavat kustannuksiin. Verkkosivustojen, kuten Solar Estimaten avulla voit antaa postinumerosi tai valita sijaintisi virtuaalikartalla, jotta voit määrittää aurinkopaneelien asentamisen kustannukset kotonasi.
Voit myös halutessasi sisällyttää aurinkovoiman jokapäiväiseen elämääsi eri tavoin, sekä suurilla että pienillä tavoilla. Sinun ei myöskään tarvitse käyttää paljon rahaa, jotta voit aloittaa aurinkovoiman käytön. Voit esimerkiksi ostaa aurinkokäyttöisen kotelon älypuhelimellesi, aurinkovoimalla toimivia taskulamppuja auton hätäpakkaukseen tai aurinkokeittimen seuraavaa retkeä varten – joissain tapauksissa alle 100 Yhdysvaltain dollarilla. Aurinkopaneelien lisäksi on myös muita vaihtoehtoja, joiden avulla voit tuoda aurinkovoiman taloosi. Kodinomistajat voivat käyttää aurinkoenergialla toimivia laitteita uima-altaan lämmittämiseen ja asentaa aurinkovalaisimia valaistakseen takapihan tai terassin iltaisin. Voit myös käyttää aurinkovoimaa työssäsi. Haluatko työskennellä etänä, muualla kuin toimipaikassa? Ota mukaan kannettava aurinkopaneelilaturi, jolla saat virtaa kannettavaan tietokoneeseesi, kun työskentelet ulkona kahvilassa.
Aurinkoenergian tulevaisuus
Aurinkovoiman tulevaisuus on kirkas (tarkoituksellinen sanaleikki), koska:
- Se on hyväksi planeetalle. Aurinkoenergia on kestävä ja ympäristöystävällinen.
- Maailma on matkalla puhtaaseen energiaan. Vuoden 2035 jälkeen 50 prosenttia sähköntuotannosta on uusiutuvaa.
- Se on entistä edullisempaa ja tehokkaampaa. Aurinkovoimajärjestelmien hinnan odotetaan laskevan edelleen, ja samalla palvelu paranee entisestään.
- Se auttaa luomaan uusia yrityksiä ja työpaikkoja. Sekä alan että työpaikkojen kasvun odotetaan olevan nousussa tällä alalla.
Viimeiseen kohtaan todettakoon, että urat uusiutuvan energian alalla ovat nousussa. Tällä sektorilla työskentelee yli 3 miljoonaa yhdysvaltalaista ja 11 miljoonaa ihmistä maailmanlaajuisesti, Ympäristö- ja energiatutkimuslaitoksen mukaan. Aurinkoenergia-alan työpaikkojen määrä vaihtelee eri puolilla Yhdysvaltoja. Esimerkiksi Pohjois-Dakotassa on tarjolla 211 aurinkoenergia-alan työpaikkaa ja Texasissa yli 10 000 Solar Energy Industries Associationin (SEIA) mukaan. Aurinkoenergia-alalla työskentelee kuitenkin insinöörejä, tutkijoita, aurinkovoimaloiden käyttäjiä, laiteasentajia ja monia muita ammattilaisia eri puolilla maata.
Yritykset suuntaavat katseensa myös aurinkovoimaan ja muihin uusiutuviin energialähteisiin. Suuret teknologiayritykset ovat kertoneet organisaatioidensa sosiaalisen vastuun hankkeista ja ympäristötavoitteista. Esimerkiksi Microsoft on sitoutunut olemaan vesipositiivinen ja hiilinegatiivinen vuoteen 2030 mennessä. Myös kuluttajat ovat yhä kiinnostuneempia yritysten yhteiskuntavastuusta, joten yhä useammat organisaatiot kehittävät lähitulevaisuudessa toimintatapoja, jotka koskevat niiden sitoutumista kestävään kehitykseen.
Nopeuta siirtymääsi kestävään kehitykseen
Riippumatta siitä, missä vaiheessa olet hiilineutraaliuteen pyrkimisessä, voit Microsoft Cloud for Sustainabilityn avulla vahvistaa edistymistäsi ja muuntaa liiketoimintaasi ympäristövastuun, sosiaalinen vastuun ja hyvä hallinnon (ESG) ominaisuuksien avulla.
Usein kysytyt kysymykset
- Aurinkoenergia on auringosta saatava energia, joka voidaan tuottaa sähköksi. Se on uusiutuva energialähde, mikä tarkoittaa, että se on uusiutuvaa eikä tyhjene yhden käyttökerran jälkeen. Aurinkoenergialla on erilaisia käyttötarkoituksia, ja sitä voidaan käyttää esimerkiksi rakennusten sähköistämiseen, veden kuumentamiseen, soveltuvien elektroniikan ja laitteiden lataamiseen. Aurinkoenergiaa kutsutaan myös aurinkovoimaksi tai auringonsäteilyksi. Lue lisää >
- Aurinkoenergiaa voidaan käyttää sekä kotitalouksissa että kaupallisesti. Asuintasolla se voi esimerkiksi tarjota kotitalouksille sähkön, kuuman veden sekä lämmityksen ja jäähdytyksen. Jotkin yritykset käyttävät aurinkoenergiaa toimistojensa, tehtaidensa tai maatilojensa ylläpitämiseen. Lisäksi julkishallinto voi käyttää aurinkoenergiaa julkisten palvelujen tarjoamiseen ja laitosten käyttöön, kuten katuvalot, pysäköintialueet, liikenne ja koulut.
-
Aurinkoenergian käytöllä on useita etuja. Sen lisäksi, että aurinkoenergia on yltäkylläistä ja uusiutuvaa, se pienentää kollektiivista hiilijalanjälkeämme, koska itse aurinkoenergia ei tuota päästöjä. Aurinkoenergia voi olla myös kustannustehokasta. Esimerkiksi teknologinen kehitys tekee aurinkovoimajärjestelmistä entistä edullisempia, ja ajan myötä nämä järjestelmät voivat pienentää merkittävästi sähkölaskuja. Lisäksi aurinkoenergia on skaalattavissa – sitä voidaan käyttää yhden talon tai kokonaisen yhteisön sähköistämiseen. Aurinkoenergiajärjestelmät voidaan asentaa lähes mihin tahansa paikkaan, jopa syrjäisille alueille, mikä tarkoittaa, että sähköä voidaan toimittaa paikkoihin, joissa sitä ei ole saatavilla.
- Ensinnäkin aurinkoenergian hyödyntämiseen käytetään kolmea ensisijaista tekniikkaa: fotojännitettä (PV), keskittyvää aurinkoenergiaa (CSP) ja aurinkolämmitystä ja -jäähdytystä (SHC). Kun se on valjastettu, sen varastoimiseen tarvitaan muutamia peruskomponentteja: akut, aurinkopaneelit, kriittisen kuormituksen alipaneelit ja invertterit. Sitten on kolme tapaa varastoida aurinkoenergiaa: akku, mekaaninen energia ja lämpösäilö. Riippuen tarpeistasi ja siitä, mihin käytät aurinkovoimaa (esimerkiksi 110 neliöisen omakotitalon sähköistäminen verrattuna suureen kiinteistöön sähköverkon ulkopuolella), prosessi voi vaihdella.
- Alkuvaiheen asennuskustannukset (Yhdysvalloissa se voi maksaa 10 000–25 000 Yhdysvaltain dollaria asuintalolle) voivat olla kalliita monille kuluttajille. Joissakin maissa on kuitenkin valtion ohjelmia, joiden avulla voit kompensoida aurinkovoiman käytön aloittamisen kustannuksia. Tämä voi sisältää resursseja kustannustehokkaan järjestelmän rakentamiseen tai käytettävissä olevien verovähennysten saamiseen. Se vie jonkin aikaa (noin kymmenen vuotta), mutta aurinkopaneelijärjestelmän kustannukset pitäisi saada takaisin ja säästöt näkyvät sähkölaskussa. Riippuen tekijöistä, kuten aurinkoenergiajärjestelmän kustannuksista ja kiinteistösi koosta, sähkökustannusten säästöt voivat olla muutamasta sadasta dollarista muutamaan tuhanteen dollariin vuodessa.
- Aurinkoenergia on yksi tämän päivän kestävimmistä energiamuodoista. Sen lisäksi, että sitä on runsaasti ja se on uusiutuvaa (aurinko tuottaa joka päivä tarpeeksi energiaa täyttääkseen nykyisen maailmanlaajuisen energiantarpeemme koko vuodeksi), sitä voidaan myös tuottaa taloudellisesti ja suuressa mittakaavassa. Aurinkovoima ei tuota kasvihuonekaasuja, vaatii vähäisiä huoltokustannuksia, kun aurinkopaneelit on asennettu, ja antaa virtaa ilman huolta veden tai ilman saastumisesta.
Seuraa Microsoftia