Aurinkoenergia onauringon säteilemän energian hyödyntämistäsähkö- tailämpöenergiana. Yleensä termillä tarkoitetaan erityisesti suoraa säteilyenergian hyödyntämistäaurinkokennon taiaurinkokeräimen avulla[1]. Suoran ja epäsuoran aurinkoenergian hyödyntämiseksi on kehitteillä näiden lisäksi monia teknisiä sovelluksia.
Aurinkoenergia on niin sanottuauusiutuvaa energiaa, ja sen tuotannosta syntyy päästöjä ja jätettä vain laitteiden valmistuksessa ja kierrätyksessä. Aurinkoenergia on ollut pitkään varsin kallista, sen hyödyntämiseen tarkoitettujen paneeleiden hinnan vuoksi, mutta eräiden vuonna 2010 julkaistujen tutkimusten mukaan hintakehitys oli laskemassa seuraavan kymmenen vuoden kuluessa fossiilisten polttoaineiden tasolle[2][3]
Auringon säteilynintensiteetti Maan kiertoradan etäisyydellä Auringosta on noin 1,4 kW/m², kun se mitataan suorassa kulmassa suhteessa aurinkoon. Maan pinnalle kohdistuva kokonaisteho on noin 170 000 TW, mutta käytännössä siitä ei voida hyödyntää kuin pieni osa.[5] Säteilystä heijastuu suoraan takaisin suunnilleen 30 prosenttia.
Maan maa- ja vesialueet sekä ilmakehäabsorboivat auringon säteilyä, mikä nostaa niiden lämpötilaa. Valtameristä haihtunutta vettä sisältävä lämmin ilma kohoaa painovoimakentässä ylöspäin aiheuttaen ilmakehässäkiertoliikettä ja lämmönkuljettumista. Kun ilma kohoaa korkeuteen, jossa lämpötila on matala, vesihöyry tiivistyy pilviksi. Pilven vesi putoaa lopulta maanpinnalle toteuttaenveden kiertokulun. Veden tiivistymisenlatentti lämpö vahvistaa konvektiota muodostaen erilaisia ilmakehän ilmiöitä, kutentuuli,sykloni jakorkeapaine. Valtameriin ja maa-alueisiin absorboitunut auringon säteily pitää Maan keskilämpötilan noin 14 °C:ssa.[6] Kasvit muuttavatfotosynteesissä auringon energiaakemialliseksi energiaksi.
Aurinkoenergian potentiaali on suuri, sillä ihmiskunta kuluttaa energiaa vuodessa suunnilleen saman verran kuin Auringon energiaa absorboituu maanpintaan ja ilmakehään yhdessä tunnissa.[7] Yhteyttäminen sitoo biomassaan vuodessa suunnilleen 30tsettajoulea aurinkoenergiaa.[8]
Aurinkokennoilla säteilyn energiasta noin 21 prosenttia voidaan muuttaa sähköksi[9]; vastaavasti aurinkokeräimillä säteilyn energiasta saadaan lämmöntuotantoon 25–35 prosenttia.[1]
Aurinkosähkön sijaan voisi käyttää nimeävaloenergia taifotonienergia. Sähköenergiaa voidaan tuottaa myös pimeän aikaan yöllä infrapunasäteilystä.[10]
Suoraksi aurinkoenergiaksi kutsutaan energiantuotantomuotoja, joissa auringonsäteily sidotaan suoraan sähköksi aurinkokennossa tai lämmöksi aurinkokeräimessä tai aurinkolämpövoimalassa. Epäsuoraksi aurinkoenergiaksi kutsutaan mitä tahansa muuta energiantuotantoa, jossa säteilyä ei suoraan oteta käyttöön vaan hyödynnetään vaikkapa säteilyn synnyttämiä virtauksia tai eliöiden varastoimaa kemiallista energiaa. Epäsuoria aurinkoenergiamuotoja ovat muiden muassavesivoima,tuulivoima,aaltovoima,bioenergia jamaalämpö. Toisin sanoen liki kaikki muu paitsiydinvoima jaGeoterminen energia.Fossiilisten polttoaineiden energia on säilöttyä aurinkoenergiaa.
Aurinkosähköä tuotetaan tavallisestiaurinkokennoilla, jotka muuntavat auringon säteilyävalosähköisen ilmiön avulla sähköenergiaksi. Nykyään yli 80 prosenttia aurinkokennoista on liitetty sähköverkkoon.lähde? Aurinkokennoja voidaan käyttää pienempimuotoiseen sähköntuottoon sähköverkon ulkopuolella olevilla alueilla jaakkujen avulla turvata sähkön saannin jatkuvuutta.
Auringon säteilyä voidaan myös kerätä peileillä tai linsseillä samaan tapaan kuin aurinkolämpöä. Tällöin aurinkokennoja tarvitaan vähemmän, mutta niitä pitää jäähdyttää ylikuumenemisen estämiseksi.Keskittävässä aurinkovoimalassa kerätyllä lämmöllä käytetään lämpövoimaprosessia.Aurinkohöyryvoimala tuottaa energiaa muodostamalla vedestä auringon säteilyn avullavesihöyryä.[11]Espanjassa on tehty kokeellinen auringolla toimiva höyryvoimala.[11] Siinä käytetään vettä öljyn tai muun nesteen sijasta, koska arvellaan sen toimivan nestetasolla parhaiten kaasuuntuessaan ja muutettaessa voimaksi. Voimala tuottaa erikoispeilien avulla keskittämällä lämmön, joka arvioiden mukaan hyperlämmittää veden 500celsiusasteeseen (932 F). Tuotettava voima otetaan talteen suoraan ja välillisesti.
Aurinkolämmityksessä auringon energiaa käytetään tyypillisesti käyttöveden tai sisäilman lämmitykseen. Aurinkolämmityksessä lämpö otetaan talteenaurinkokeräimellä, siirretään käyttökohteeseen välinesteellä ja varataan varaajaan myöhempää käyttöä varten. Aurinkokerääjien päätyypit ovat taso- ja tyhjiöputkikeräin.
Aurinkoenergian tuotannon asennettu kapasiteetti maittain
Oheinen taulukko kuvaa asennetun aurinkoenergian tuotannon kapasiteetin kehitystä viime vuosina. Taulukossa on esitetty 30 suurimman aurinkoenergian tuotannon asennetun kapasiteetin maata vuoden 2022 lopun tilanteen mukaan. Vertailun vuoksi mukana on myös Suomi ja joitain muita valtioita.[13] Merkillepantavaa on, että vaikka mantereena Afrikalla on maailman suurin aurinkoenergiapotentiaali, ja monessa Afrikan maassa suuri osa kotitalouksista on vielä vailla sähköä, aurinkoenergian hyödyntäminen on vielä hyvin vähäistä.[13]
Suomen aurinkoenergiatuotannon asennetun aurinkoenergiatuotantokapasiteetin kasvu on ollut suhteellisest merkittävää, mutta tosiasiallisesti, absoluuttisesti maailman kehitykseen nähden vähäistä vuosien 2014-2018 aikana.[16][15]
* Taulukossa "Venäjän" arvoiksi ei ole sisällytetty maan keväällä 2014 sotilaallisestimiehittämän, esimerkiksiYK:n ja Euroopan yhteisön mukaan Ukrainaan laillisesti kuuluvan Krimin niemimaan aurinkovoimaloiden kapasiteettia.
Aurinkoenergian tuotanto perustuu valon määrään, joten Suomessa aurinkoenergian määrä on kesällä jopa suurempi kuin Keski-Euroopassa. Marras-helmikuussa aurinkoenergiaa suomessa ei juuri saada talteen[17]. Alkukeväästä ja loppusyksystä aurinkoenergiaa on suomessa saatavilla huomattavasti vähemmän kuin Keski-Euroopassa[18]. Käytännössä Suomessa aurinkoenergiaa on keskikesällä saatavilla reilusti enemmän kuin Keski-Euroopassa, mutta talvea kohden aurinkoenergian saatavuus romahtaa.[19] Vuositasolla aurinkoenergian määrä per neliömetri on Keski-Suomessa noin 900 kWh. Vertailuarvona Hampurissa auringon säteilyn energia on vuositasolla 938 kWh sekä Lissabonissa 1 689 kWh[20]. Auringosta paneelien avulla saatavan energian kokonaismäärä saattaa olla Keski-Eurooppaa korkeampi, koska useimpien paneelien teho on parempi Suomen kylmemmässä ilmastossa[20]. Vuositasolla hyödynnettävän aurinkosähkön määrää voi arvioida Suomen säteilykartan[21] avulla. Euroopan säteilykartan[22] avulla voi puolestaan arvioida miten Suomessa saatava aurinkoenergian määrä pärjää vertailussa esimerkiksi Välimeren rannikkoseutuihin nähden.
Laadukkaiden aurinkolämpöjärjestelmien vuosituotanto vaihtelee Suomessa keskimäärin välillä 400 – 500 kWh/keräin-m2. Aurinkolämpöjärjestelmän vuosituotto riippuu merkittävästi keräintyypistä, asennettujen keräinten sijainnista, suunnasta sekä mitoituksesta suhteessa kohteen lämmönkulutukseen. 400 kWh/keräin-m2 on tyypillinen tuotanto käyttöveden tapauksessa, kun muissa käyttökohteissa (esim. tilojen tai uima-altaan lämmitys) ylletään vähintään 500 kWh/keräin-m2 tuottoihin.[23] Tyypillisesti pientalouksien aurinkosähköjärjestelmien takaisinmaksuaika on 24–32 vuotta.
Oulussa kyetään tuottamaan yhtä paljon aurinkosähköä kuin Pohjois-Saksassa.[24] Oulussa jaTampereella aurinkopaneelien tuotot ovat käytännössä samat.[25]
↑Renewable Capacity Statistics 2016 (pdf) (s. 26-32 Solar Energy lähteen johdannon mukaanThe renewable power capacity data shown in these tables represents the maximum net generating capacity of power plants and other installations that use renewable energy sources to produce electricity. Eli tilastossa on esitetty asennetun tuotantotavan maksimiarvo; aurinkoenergialle tämä "piikki"arvo merkitään yleensä muodossa MWp) The International Renewable Energy Agency (IRENA), irena.org. Viitattu 9.4.2016. (englanniksi),(ranskaksi),(espanjaksi)
↑abcRenewable Capacity Statistics 2017 (pdf) (s. 26-33 Solar Energy lähteen johdannon (s.5) mukaanThe renewable power capacity data shown in these tables represents the maximum net generating capacity of power plants and other installations that use renewable energy sources to produce electricity. Eli tilastossa on esitetty asennetun tuotantotavan maksimiarvo; aurinkoenergialle tämä "piikki"arvo merkitään yleensä muodossa MWp) The International Renewable Energy Agency (IRENA), irena.org. Viitattu 24.8.2017. (englanniksi),(ranskaksi),(espanjaksi)
