*

jarmokanerva Tehdään parempi tulevaisuus!

Aurinkoenergiasta ja -kennoista

  • Aurinkokenno ja mittari
    Aurinkokenno ja mittari

 

 

 

Mittasin juuri 15 W aurinkokennon kennon ulkona tavallisena kuurosateisena kesäpäivänä. Tarvitsen tietoa aurinkokennon suuntaamiseksi ja tehon määritykseksi latausjärjestelmään.

MITTAUS

Paras ilmansuunta oli 195 astetta, kallistus 45 astetta vaakatasosta. Ulostulo  18 V 47 mA = 0,85 W. (Virta Imax on mitattu Vout= 0 V. Jännite Uout kun I=0. )
Eli saatu  5,7 % ilmoitetusta huipputehosta. Sunwind 15 W Kennon koko on 410x350 mm = 0,2435 m2. HInta oli 39 eur Motonetissa.

OLOSUHDE
Nyt on 10.7.2015 klo 14 Suomen aikaa keskellä kesää. Ilma on pilvinen ja kuurosateinen. Mittaushetkellä ei satanut ja tavallinen päivä. Ei ollut paksuja, mustia pilviä.  Oli jatkuvien kuurojen välissä.
 

(Tuuli 3 m/s, Havaintoaika: 10.7. 14.10, Ilmanpaine: 1000.9 hPa , Kastepiste: +13°, Suht. kosteus: 95%)
 

LASKELMA

Laskennallinen tehotiheys on teho/ala= 3,5W/m2.

LASKELMA NYT

Suomen sähkön kulutus on nyt 8 562 MW.http://www.fingrid.fi/fi/sahkomarkkinat/voimajarjestelman-tila/Sivut/default.aspx
Tarvittaisiin 2 446 285 714 m2= 2446 km2 pinta-alaa aurinkokennoja kattamaan sähkönkulutus.
1000 m2 omakotitalon tontteja tarvittaisiin 2 446 285 kpl.
Helsingin pinta-ala on 214 km2. Uudenmaan läänin pinta-ala on 9 898 km2. Suomen pinta-ala on 338 434,73 km2. Lähde wikipedia.
Tarvittaisiin kesäisin 11 Helsingin kokoista aluetta aurinkokennoja tai 1/4 Uudenmaanläänistä.

Jos joka talossa olisi 25 m2 aurinkokennoja, tarvittaisiin energian pientuotannossa 97,8 miljoonaa omakotitaloa Suomeen.

Huomio : Kesällä aurinko on 180 astetta etelässä klo 13 kesäajan takia. Aurinko liikkuu 15 astetta tunnissa länteen eli plussaanpäin.

 

SIMULOINTI TALVI

Talvella joulukuussa aurinko tehoon käyristä katsottuna noin 1/100. Tällöin yllä olevat luvut täytyy kertoa 100:lla. Tarvittaisiin 244 600 km2 aurinkokennoja tai 245 miljoonaa omakotitalotonttia tai 9700 miljoonaa omakotitaloa aurinkopanelein. Tarvittaisiin 1100 Helsingin kokoista aluetta , 25 Uudenmaanläänia tai 0,72 Suomen pinta-alaa aurinkokennoja. ( Lisäys: tässä toleranssi on iso teoreettisessa laskennassa *)

* Lisäys : Tämä talvi-laskenta on yksinkertaistettu. Asia pitäisi mitata . Asiaan vaikuttaa monet muuttuvat asiat mm. valon luonne. Kyseessä on valosähköinen ilmiö ja kvantit ja aallonpituus. Pelkästään ratakäyristä laskettua auringon intensiteettiä ei voi käyttää mm. valon siroamisen takia ilmakehässä ja pilvisyyden takia.  Myös lunta kertyy paneleihin. Kommenteissa on käytännössä huomattu valon tulevan ihan eri kulmasta keskitalvella. Myös kennon tuotto pimeässä alenee rasistanssin takia eikä sähköä saa 'ulos' panelista häviön takia. Tuotto romahtaa talveksi, myös koetaloraporteissa.

 

JOHTOPÄÄTÖS

-Aurinkosähkön tuotannossa pilvisyydellä, vuodenajalla, suuntaamisella on suuri merkitys

-Aurinkosähkössä huipputeho saavutetaan vain poutapäivisin kesällä, eli harvoin. Laskennoissa jatkuva teho on paljon alhaisempi jopa sadasosa. Tämä pitää tutkia vuoden ympäri jos halutaan keskimääräinen teho graafina.

-Aurinkosähkökonsepti, jota mediassa hehkutetaan , ei ole laskettu läpi järjen kanssa.

-Aurinkokennoille löytyy erikoistarkoituksia mihin ne sopivat, kun ei ole muuta sähköä saatavissa. Esim mobiilit ratkaisut ja hankalasti sähköistettavat.

-Laskelmiin vaikuttaa normaali kesäinen pilvisyys, mitä on jatkunut päiviä.  Suorassa auringossa teho olisi suurempi. Kenno oli suunnattu. Suuntaamaton kenno talon katon lappeella ei anna näin hyvää tulosta.
-Hämärässä kennostosta ei saada ulos tehoa.

-Toki on teoriassa mahdollista tuottaa  aurinkosähköllä kaikki Suomen sähkö aurinkokennoilla, jos sivuutetaan todellisuus, kuten raha, pinta-ala jne. Tällöin kaikkien pitäisi muuttaa kaupunkeihin ja muu maa kennottaa. Asuttaisiin kennostoliitossa.

LISÄÄ
Aurinkon säteilystä, tehosta, nousukulmasta eri vuoden aikoina ja muusta löytyy netistä tietoa.
Kiinteän kennojen paras tuotto saadaan noin 180 astesta, kallistus horisontista n 30-60 astetta.
Keskitalvella aurinko nousee Helsingissäkin aika vähän horisontista ja teho on vähäinen.
Lähteitä on toisessa blogissani http://kanerva.eu/fi/?p=814

Piditkö tästä kirjoituksesta? Näytä se!

4Suosittele

4 käyttäjää suosittelee tätä kirjoitusta. - Näytä suosittelijat

NäytäPiilota kommentit (26 kommenttia)

Käyttäjän KH kuva
Kalevi Härkönen

Mitenköhän tuo teho oli mitattu? Tai siis olihan blogissa heitetty virtoja ja ampeereita, mutta mittaustapa ei selvinnyt. Yleensä kokemusten mukaan ohut pilvi ei juuri pienennä paneelin tuotantoa, paksumpi pilvi toki alkaa vaikuttamaan kunnes lopulta sysimustan pilven alla tuotto putoaa noin kymmenesosaan täydestä päivänpaisteesta.

Tapani Lahnakoski

Pieneltähän tuo tuntuu, mutta hetkelliset olosuhteet jäivät kertomatta, satoiko sillä hetkellä vai ei.

Mutta itse mittaustavassa on kyllä toivomisenvaraa. Ei saatavaa tehoa voi laskea oikosulkuvirrasta ja tyhjäkäyntijännitteestä. Kun kyse on puolijohteesta ei mennä sentään niin paljon metsään kuin lähteellä, jossa on resistiivinen sisäinen impedanssi.

Tuon tehon pitää vielä kertoa luvulla 0,74, niin saadaan maksimiteho optimikuormalla.

Optimikuorma onkin yksi aurinkokennojen ongelma. Akunlataukseen pitäisi olla älykäs virransäätäjä saatavan tehon mukaan.

https://www.tut.fi/smg/tp/kurssit/SMG-4450/2012/lu...

Käyttäjän jarmokanerva kuva
Jarmo Kanerva

tai kertoa 1,35 kennojen pinta-alat. Tällöin koko suomi pitää olla kennojen peitossa ja muutetaan vaikka Ahvenanmaalle. Ideana on laskea millä hehtaarilla ratkaisussa ollaan. Ja Suomesta olisi tulossa kennostoliitto näillä näkymillä.

Menetelmä mittaa kennossa syntyvän tehon, eli Pmax arvon, josta voi sitten laskea muuta. Menetelmä on tarkoituksenmukainen. Kun edes Suomen systeemit toimisi Pmax teholla.

Jo nyt tuotto tippui normaalin vaihtelevan pilvisyyden takia 1/20 osaan huipputehosta ja keskellä kesää. Talvella mennään jo sadasosaan noistakin luvuista.

Yksittäiset varjot voivat pienentää paljon tuottoa kun jokin kenno menee sarjassa välistä hiljaiseksi. Esim. oksien ja lehtien varjot.

Käyttäjän jarmokanerva kuva
Jarmo Kanerva

Menetelmä : Otettu uusi kenno paketista, asetettu esteettömällä näkymällä terassin pöydälle 3 m maan tasasta kenno. Etsitty paras ilmansuuntakulma ja kaltevyys. Mitattu tarkalla digimittarilla suoraan ulostulosta Uout jännite kuormittamatta ja oikosulkuvirta ( mittarin Rsis on aika pieni). Kun systeemi kytketään latausjärjestelmään, ei kennosta saada edes koko tehoa ulos sisäisen resistanssin takia. ( 18 -360 ... ohmia valaistuksen mukaan )

Tällä ei vaikutusta. Muu piiri . Tarkoitus on ajaa tämä kennon virta hakkuriteholähteeseen ja ladata 6 v akkua puskurikäytössä. Hakkurin sovittaa lähteen ja kuorman ja saadaan paras hyötysuhde.

Kenno on monikidekenno. Ei varjostusta.

Allekirjoittanut on suunnitellut elektroniikkaa 35 vuotta ja alan DI.

Testiin tarkoituksena on juuri selvittää pilvisyyden, suuntauksen ja muun vaikutus. Valitettavasti nytkin joudutaan asentamaan kiinteä paneli melko pystyyn. Pystyasento ja 45 asteen kulma vaikutti jonkin verran tuottoon. Usein kennot joudutaan asentamaan ei-ideaalisesti esim. pystyyn, vaakasuoraan tai katon lappeelle kulmaan miten ne sopii.

Pilvisyys aiheuttaa ongelmia ja teho tippuu paljon. Suomen olosuhteet vaatii tutkimusta ja parhaan kulman etsintää. Yleismaailmalliset tulokset eivät käy. Talvella on hämärää ja aurinko nousee vähän.

Edit : Mittasin suorassa aurinkopaisteessa suunnattuna ideaalisesti kennosta noin 18 W tehon. Jännite nousi yli 20 V avoimena ja ylos tuli 1,0 A oikosulussa, ilmoitettuna 12 V 0,82 A ulostulo on linjassa. Suuntauksella ja pilvisyydellä ja vuodenajalla on suuri vaikutus.

Käyttäjän KH kuva
Kalevi Härkönen

15 W on kyllä käytännön tarpeisiin kovin vaatimaton teho paneelille. Veneessä on 40 W mikä juuri sopivasti akun kanssa riittää kompressorijääkaapille.

Käyttäjän jarmokanerva kuva
Jarmo Kanerva

Riippuu tarpeesta. Tarvitsen kesät talvet langattomalle turvalaitteelle sähköt, siis myös pimeänä talvena.

Tapani Lahnakoski Vastaus kommenttiin #14

Mittauksesi antavat saman informaation kennon nimellistehosta riippumatta.

Käyttäjän KH kuva
Kalevi Härkönen Vastaus kommenttiin #14

Silloin varmaan suuntaus kannattaa hakea keskitalvella. Eräällä mökillä tekivät näin ja päätyivät suuntaamaan paneelin melkoisen poikkeavasti siitä, mihin olivat päätyneet kesällä. Ilmeisesti kennoon tulevalla hajavalolla oli suuri merkitys.

Käyttäjän jarmokanerva kuva
Jarmo Kanerva Vastaus kommenttiin #16

Päädyin laittamaan 3 kk akun. Menee talven yli vaikka olisi miten pimeä. Joulu-tammikuussa ei ole aurinkoenergia... Ja sekin vähä otetaan talteen.

Käyttäjän jarmokanerva kuva
Jarmo Kanerva

Ilmastonlämpenemisen on väitetty vaikuttaneen pilvisyyteen. Ainakin tämä kesä on ollut pilvistä ja aurinkoa on ollut vähän, kuten aiempinakin kesinä. Tänään oli ihan normaali päivä ja satunnaisesti valittu. TAlvella olisi vielä hämärämpää.

Sähköä ei voi oikein varastoida eri vuosiksi vaan on elettävä sen kanssa mitä saa.

Tapani Lahnakoski

Kerrotko vielä satoiko mittaushetkellä?

Entä onko sinulla mahdollisuus mitata saatavaa tehoa pitemmältä ajalta ja jopa tehdä käyrä vaikka kuukauden ajalta? Jos siihen vielä jostain saisi auringonpaisteen ajan, niin informaatiota olisi jo reilusti.

Tapani Lahnakoski

Tietääkö joku, ilmoitetaanko aurinkokennon nimellisteho oikosulkuvirran ja tyhjäkäyntijännitteen mukaan?

Käyttäjän KH kuva
Kalevi Härkönen

Nimellisteho määritetään ajamalla paneelin tuottoa säätövastukseen ja etsimällä resistanssi jolla teho on korkeimmillaan. Kennoa valaistaan laboratoriossa 30 asteen kulmassa.

Tapani Lahnakoski

Tämäkö on siis standardoitu käytäntö, mitä valmistajat noudattavat?

Käyttäjän KH kuva
Kalevi Härkönen Vastaus kommenttiin #10
Tapani Lahnakoski Vastaus kommenttiin #11
Jouko Vanne

Lappeenrantalaisetkin ovat ihan professoritasolla tehneet laskelmia aurinkoenergiasta (tosissaan?) https://twitter.com/javvanne/status/61438637751863...

Käyttäjän buimonen kuva
Börje Uimonen

Voihan laskelmia tehdä kaikenlaisilla perusteilla. Ainakaan minä en ole koskaan kuvitellut, että Suomen nykyinen sähköntuotanto korvattaisiin kokonaan aurinkosähköllä. Puhumattakaan siitä, että nykyinen tuontisähkö tuotetaan aurinkopaneelein.

Jos parinkymmenen vuoden aikana päätyisimme edes kesäaikana 20% tasolle sen aikaisesta vuosikulutuksesta, niin se olisi jo huima tulos. Silti melko todennäköinen suuntaus, koska sähkö kannattaa tehdä halvimmalla tavalla, vaikka sitä halpaa sähköä saisi vain puolet vuodesta. Aurinkosähkö on kehittymässä selvästi halvimmaksi tuotantomuodoksi.

Nykyisestä syys-maaliskuun sähkönkulutuksesta turhan suuri osa menee pelkkään lämmittämiseen, joka on pitkälle jalostetun energian haaskausta. Toivottavasti saamme samanaikaisesti parempia lämmitysratkaisuja aikaiseksi tuolle huonon aurinkotuoton lämmityskaudelle.

Käyttäjän mikkottaavitsainen kuva
Mikko Taavitsainen

Helen (entinen Helsingin Energia) on rakentamassa Kivikkoon Suomen suurinta aurinkovoimalaa. Sieltä voi Helenin asiakas ostaa (paneelin vuokraamalla) uskomattoman edullista aurinkosähköä.

http://ilmastorealismia.blogspot.fi/2015/06/haluat...

Käyttäjän buimonen kuva
Börje Uimonen

Edullista aurinkosähköä saanee nykyisin vain kimppatilauksilla ulkomailta tai kun IKEAn kaltaiset firmat alkavat tuoda halpoja kotivoimalapaketteja.

Käyttäjän buimonen kuva
Börje Uimonen

Jos haluaa kurkkia joidenkin suomalaisten aurinkosähköjärjestelmien tuotantolukuja, niin http://www.sunnyplaces.com/ antaa muutamien talojen tuotantolukuja Suomestakin. Maailmalta tuhansia. Suomesta vähän toistakymmentä.

Käyttäjän mattivillikari kuva
Matti Villikari

Jarmo, laskelmasi ovat varmastikin oikein mutta eihän aurinkopaneeleilla tarvitse koko Suomen energian tarvetta hoitaa. Mielenkiintoista olisi myös tietää kuinka monta tavaramopoa tarvittaisiin hoitamaan koko Suomen logistiikka. Kuten sanoit, paneeleilla on paikkansa, esim. tuhannet kesämökit hoitavat valaistuksensa, telkkarinsa ja jääkaappinsa aurinkosähköllä.

Käyttäjän jarmokanerva kuva
Jarmo Kanerva

Tässä on vähän sama juttu. Aurinkopaneleillakin haluttaisiin ratkaista energiatarve. Tarvitaan vaan järjetön määrä paneleita ja rahaa.

Käyttäjän PerttiVirtala kuva
Pertti Virtala

Aurinkopaneelien tuottoa voi laskeskella oheisella sovelluksella.

http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php

Pellepelottomien kokeiluja erilaisista energiaratkaisuista: http://ilmaisenergia.info/foorumi/index.php

Toteutuneita tuottomääriä:
https://www.sunnyportal.com/Templates/Start.aspx?R...

Myynnissä olevien paneelien hyötysuhteet liikkuvat välillä 15-20%. Laboratorioissa on päästy jo yli 40 %:iin. Eli paneelien hyötysuhteet tulevat lähivuosina paranemaan.

Käyttäjän jarmokanerva kuva
Jarmo Kanerva

En oikein usko yksinkertaisiin simulointeihin tässä tapauksessa. Ja viitatussa sovelluksessa on häviö arviona. Jos laskelma pohjautuisi johonkin paikallisiin historiatietoon niin se voisi pitää paikkaansa. Eri kesinä on eri tuotto, riippuen pilvisyydestä. Pitäisi integroida se tuotto vuodelle. Tästä olisi hyvä olla tutkimuksia Suomessa. Suomen sijainti pallon yläosassa napapiirin lähellä on erikoinen.

Hämärässä eli pilvisenä päivänä, ei-kesällä, paneli näyttää tuottavan vähemmän häviön takia. Energiaa ei saa ulos sisäisen resistanssin takia.

Myös auringon säteilyn laatu vaikuttaa ja ilmakehässä kulkema matka, eli valon spektri. Sininen siroaa enemmän ja sitä tulee vähemmän tänne Suomeen kuin vaikka Saksaan. Siksi oikeastaan käytännön historiatieto on ainoa mihin voisi luottaa tai paikallisesti laskettuun simulaatioon, koska pitäisi huomioida simulaatiossa monta hallitsematonta muuttujaa. Eli pelkkä säteilyn laskeminen geometrisesti ei vaan riitä.

Tässäkin pikkukokeessa pilvisyys tipputti tuottoa 6 %:iin ( 94%) suoran aurinkon suunnatusta tapauksesta.

Jostain olisi kiva repiä riittävästi jatkuvaa puhdasta energiaa.

Tämä menee sivuun, mutta luultavasti maapallo on oletettua lämpimämpi oletettua suuremmasta maalämmöstä. Perustuu Suomessa lämpökaivojen etäisyyteen toisistaan ja otettuun tehoon.

Laskin, että ilmastotutmimuksen maalämmön W/M2 maalämpö ei vaan voi toimia Suomessa. IPCC arviossa on pakko ola virhe. Maalämmön pumppaaminen maasta voi myös lämmittää ainakin paikallisesti. Islanti on hyvä esimerkki. Meret syvällä lämpiävät myös vulgaanisesti. Ties vaikka olisi syklisen jääkausien syy johtuen auringon indusoinnista.

Käyttäjän jarmokanerva kuva
Jarmo Kanerva

Kysymys: Kauanko 1 kW laite toimisi akusta ja kauanko sen lataus kestäisi ?
Vastaus:
1kW laite toimii 105 Ah isosta täyteenvaratusta akusta invertterillä 62 min minuuttia. ( 105 Ahx0,7x12/1000Wx0,95x60min/h). Lataus vie sitten kokeen pilvisenä päivänä isolla 90 W kennolla (1mx0,65m) JOS paistaisi koko ajan kuin klo 13 pilvisenä testihetken heinäkuun päivänä : 105 Ah*(1/0,9) *0,6 / (90W*0,057/12V)=190,1 h. Oletetaan että latausta olisi 10 h. Veisi 19 päivää ladata akku. Akkua purettiin 70 %. Latauksen sh=90%. invertterin sh=95%. Jaksoon saattaisi tulla pari aurinkoistakin hetkeä ja pari päivää pelastuisi.

Toimituksen poiminnat