Aurinkosähkön hyödyntäminen pienjänniteverkon ulkopuolisissa pumppauskaivoissa

Abstract

Tämän opinnäytetyön aiheen ehdotus syntyi työelämän tarpeesta. Kekkilä Oy tarvitsee turvetuotantoalueillaan veden pumppauslaitteistoja tuotantoalueidensa kuivatukseen. Turvetuotantoalueet voivat sijaita kaukana pienjänniteverkosta, joten aurinkosähköllä toimiva pumppauslaitteisto voisi olla yksi vaihtoehto. Aihe on ajankohtainen, koska aurinkoenergian hyödyntäminen sähköntuotannossa tulee varmasti yleistymään vuosi vuodelta. Opinnäytetyön tarkoituksena oli tuottaa mitoitus sähköverkon ulkopuoliseen pumppauskaivoon, jolla pystyy siirtämään pieniä määriä turvetuotantoalueiden vesiä paikoissa, joissa maaston muodot estävät veden liikkumisen omalla painollaan. Järjestelmän mitoitus päädyttiin toteuttamaan käytettävissä olevien auringonpaistekeskiarvotilastojen perusteella, koska auringonpaistetta ei voida tarkemmin ennustaa.

Aiheeseen syventyminen alkoi erilaisiin aurinkokennoihin, lataussäätimiin ja akustoihin tutustumisella ja siten koko järjestelmän rakenteeseen perehtymisellä. Tässä vaiheessa alkoi hahmottua, millaisilla osilla aurinkosähköjärjestelmää alettaisiin suunnitella. Aurinkopaneeleiksi valikoituivat monikidepaneelit niiden pitkäikäisyyden ja hinta-laatusuhteen vuoksi. Lataussäätimeksi näihin tarpeisiin sopi parhaiten maksimitehopistettä seuraava lataussäädin, koska sen latausteho on noin 20 % parempi kuin perinteisellä pulssinleveysmodulaatioon perustuvalla lataussäätimellä. Akustoksi valikoitui suljettu lyijyakusto alhaisen itsepurkauksen, pienen sisäisen vastuksen ja erinomaisen varauksen vastaanottokyvyn vuoksi. Suljettu lyijyakusto on myös palautumiskykyinen syväpurkauksen jälkeen. Pumpun valintaan vaikutti eniten pumpun energiankulutus ja pumppausominaisuudet, koska turvetuotantoalueiden vesissä voi pumppuun kulkeutua myös kiintoaineita.

Työn tavoitteet saavutettiin, koska työssä tuotettiin mitoitus aurinkosähköjärjestelmästä, jolla tavoiteltu pumppaus pystytään toteuttamaan. Tätä opinnäytetyötä voidaan jatkossa hyödyntää aurinkosähköjärjestelmien suunnittelussa, koska samat perusteet pätevät niin turvetuotantoalueilla kuin mökkiympäristöissä. Aurinkopaneeleiden ja akuston mitoitus on tehtävä huolellisesti todellisen kuormituksen mukaan toimivan lopputuloksen saavuttamiseksi.

The proposal for this thesis topic arose from the need of a working life. Kekkilä Ltd needs water pumping systems for drying peat production areas. Peat production areas can be located far away from the electricity network, and so a solar-powered pumping system could be an option. The topic is current because the use of solar energy for electricity generation is likely to be increasingly popular had to be taken into account. The purpose of this thesis was to dimension a solar powered water pumping station which is capable of transferring small amounts of water at peat production areas. The pumping station would be used in places where the terrain prevents water flow by gravity. The most challenging part of the thesis was dimensioning the system, because you can never know how much the sun is shining during a given day. Finally, the dimensioning had to be done by using an average forecast.

The study of the topic started with exploring the basic structure of the system which means solar panels, charge controllers and batteries. When basic information was collected it was easier to decide what kind of parts system will be designed. In the planning of the system the compatibility of solar panels, charge controllers and batteries had to be taken into account. Selection of the pump affected the energy consumption and pumping characteristics because the water in peat production can be dirty.

The objectives were achieved because dimensioned system is able to pump designed amount water. This thesis will be of assistance later at working life, because solar power technique is same at peat production area electrical systems and cottage electrical systems. Solar powered electrical systems have to be sized carefully with the actual consumption to achieve a functional system.