Viime kesä toukokuusta elokuuhun oli Suomen mittaushistorian lämpimin niin yksittäisillä havaintoasemilla kuin koko maan keskiarvona määritettynä. Lämpimät säät merkitsivät myös keskimääräistä suurempia auringon säteilymääriä maanpinnalla. Globaalisäteily, eli auringon suoran ja hajasäteilyn summa, on aurinkosähkötuotannon kannalta tärkeä määräävä tekijä. Säteily toisaalta myös lämmittää paneeleita, mikä on aurinkosähkön hyötysuhteen osalta yleisesti ottaen huono asia.
Kokosimme kuluneen kesän aurinkosähköpotentiaalia havainnollistamaan vuosivertailun auringonsäteilyn ja aurinkosähkötuotannon osalta kahdesta kohteesta Helsingissä ja Kuopiossa. Molemmissa kohteissa on nimellisteholtaan noin 20 kWp (kilowatt peak) aurinkosähköjärjestelmät. Helsingin voimala sijaitsee Kumpulassa Ilmatieteen laitoksen katolla Kuopion voimalan sijaitessa Itä-Suomen yliopiston katolla.
Vertailuarvoina käytetään Euroopan komission Ympäristön ja kestävän kehityksen tutkimuslaitoksen (JRC-IES) PVGIS-työkalun (Photovoltaic Geographical Information System) määrittämiä säteily- ja tuotantomääriä vastaavanlaisille aurinkosähköjärjestelmille. Auringonsäteilyn pohja-aineistona on Euroopan keskipitkien sääennusteiden keskuksen (ECMWF) ERA5-aineisto vuosilta 2010–2016.
Auringon säteilyn ja aurinkosähkötuotannon vertailu
Helsingin ja Kuopion kohteiden kuukausittaiset globaalisäteilyhavainnot vuosilta 2015–2018 on esitetty kuvissa 1 ja 2. Vertailuarvoina on mukana sekä ERA5-uusanalyysi että Ilmatieteen laitoksen säteilyklimatologia. Kuluvan vuoden touko–elokuun säteilymäärät näkyvät kokonaisuudessaan selkeänä positiivisena poikkeamana sekä Helsingissä että Kuopiossa.
Keskimääräistä suurempi säteilymäärä ilmenee myös aurinkosähkötuotannossa, mutta vaikutus ei ole yhtä voimakas. Pääsyy tähän lienee paneelien lämpötila, johon auringon säteilyllä on voimakas vaikutus. Lisäksi auringonsäteilyn jakautuminen suoraan ja hajasäteilyyn vaikuttaa kokonaisuuteen. Huomionarvoista on, että aurinkopaneelien nimellisteho (Wp, watt-peak) ilmoitetaan paneelin ollessa standardiolosuhteissa (Standard Test Conditions, STC) +25 °C lämpötilassa 1000 W/m2 kohtisuoralle säteilylle altistettuna. Tämä standardiolosuhde harvemmin kuitenkaan kuvastaa niitä olosuhteita, joille paneelit altistuvat.
Paneelien lämpötilat kohosivat kesän aikana korkean ilman lämpötilan ja korkeiden säteilymäärien vaikutuksesta useampaan otteeseen yli +60 °C. Nyrkkisääntönä voidaan pitää, että piikidepaneelin tuotantoteho muuttuu noin 0,5 prosenttiyksikköä astetta kohden, heikentyen lämpötilan kasvaessa. +60 °C lämpötilassa oleva paneeli voi siis tarkoittaa tuotantotehossa jopa -17.5 prosenttiyksikön muutosta, jolloin esimerkiksi 250 Wp:n paneeli tuottaisi 1000 W/m2 -referenssisäteilyssä noin 206 W.
Kuvissa 3 ja 4 näkyy edellä esitettyjä auringon säteilyarvoja vastaavat tuotantolukemat vuosille 2015–2018. Taulukossa 1 on esitetty puolestaan havaitun säteilymäärän ja aurinkosähkön tuotannon suhteelliset erot PVGIS:n antamiin referenssiarvoihin verrattuna. Tuotantotietoja vertaillessa on hyvä huomioida, että Kuopion tuotantoaineistossa on katkoja vuoden 2017 maalis–huhtikuun sekä elo–syyskuun aikana, jonka vuoksi nämä kuukaudet on poistettu vertailusta.
Vuoden 2018 touko–elokuu osoittautuu Helsingissä kuukausikeskiarvojen valossa säteilymäärältään noin +8 prosenttia klimatologista arvoa korkeammaksi, tuotannon ollessa noin +5 prosenttia. Vastaavat arvot Kuopiolle ovat noin +14 ja +11 prosenttia. Vuoden 2017 vastaavat säteilymäärät ovat Helsingissä -6 prosenttia ja Kuopiossa touko–heinäkuussa +3 prosenttia, tuotannon ollessa Helsingissä -5 prosenttia ja Kuopiossa touko–heinäkuussa -2 prosenttia klimatologisiin arvioihin verrattuna. Verrattaessa kesien 2017 ja 2018 tuotantomääriä suoraan keskenään voidaan todeta, että kesällä 2018 Helsingissä tuotettiin touko–elokuussa +11 prosenttia ja Kuopiossa puolestaan touko–heinäkuussa +13 prosenttia enemmän sähköä kuin kesällä 2017.
Lumi vaimentanut kevättalven tuotantoa erityisesti Kuopiossa
Talvijaksojen erot PVGIS:n aurinkosähkön tuotantoarvion ja toteutuman välillä riippuvat paljolti tarkasteltavien paneeleiden altistumisesta lumikuormalle. Voidaan yleisesti ottaen sanoa, että lumi on tässä tapauksessa vaikuttanut selvästi enemmän Kuopiossa kuin Helsingissä. Aurinkosähköjärjestelmät on molemmissa kohteissa asennettu tasakatoille 15 asteen kulmaan, jolloin kertynyt lumi ei juurikaan pääse valumaan pois pinnoilta. Tuotannon jatkuminen voi runsaslumisen talven jälkeen viivästyä merkittävästi klimatologiseen arvioon verrattuna, sillä paneelit pysyvät lumen alla pitkälle kevääseen. Näin kävi muun muassa viime keväänä Kuopiossa, jossa tuotanto jatkui talven jäljiltä vasta huhtikuun puolessa välissä.
Kirjoittaja
Herman Böök
tohtorikoulutettava
BCDC Sää -tiimi
Ilmatieteen laitos
herman.book(a)fmi.fi
Julkaistu alunperin BCDC Energia -hankkeet blogina.
