Insinöörin käsikirja aurinkosähköjärjestelmän suunnitteluun ja mitoitukseen

Abstract

Uusiutuvien energiamuotojen kehitys ja niiden markkinoiden kasvu ovat tuoneet aurinkosähköjärjestelmien hinnat laskuun. Etenkin omakotitalojen ja vapaa-ajan asuntoihin tulevat aurinkosähköjärjestelmät ovat taloudellisesti tulleet yhä kannattavammiksi. Tämän lisäksi yritysten on mahdollista saada investointitukea uusiutuvien energiamuotojen hankintaan. Opinnäytetyön tavoitteena oli osoittaa, kuinka aurinkosähköjärjestelmiä mitoitetaan sekä miten suunnittelijan on toimittava, jotta saadaan standardien ja säädösten mukainen aurinkosähköjärjestelmä. Työn tarkoituksena ei ollut keskittyä ainoastaan tiettyyn järjestelmäratkaisuun vaan antaa käsitys erilaisista järjestelmistä ja niiden suunnittelusta ja mitoituksesta.

Opinnäytetyön alussa perehdyttiin aurinkosähkön teoriaan. Teoriaosuudessa käytiin lävitse mm. miten sähköä tuotetaan aurinkopaneeleilla sekä mitkä vaikutukset pienentävät paneeleiden sähköntuottoa. Tämän lisäksi aurinkosähköä tarkasteltiin taloudellisesta näkökulmasta sekä ohjattiin laskemaan järjestelmän takaisinmaksuaika. Työssä selvitettiin mitoituksen ja suunnittelun kannalta tarpeelliset standardit ja säädökset. Mitoituksen osalta käytiin läpi kohta kohdalta, mitä insinöörin tulee mitoittaa ja kuinka se tehdään, jotta saadaan standardien ja säädösten mukainen järjestelmä. Opinnäytetyössä opastettiin PVGIS-ohjelman käyttö, joka on oiva työkalu aurinkosähköjärjestelmän mitoituksessa. Tämän lisäksi arkasteltiin jakeluverkkoon kytkettyjen järjestelmien vaatimuksia sekä sähköverkkoon kytketyissä järjestelmissä huomioon otettavia seikkoja. Järjestelmän suunnitteluvaihetta kuvaavassa osuudessa perehdyttiin järjestelmän rakenteelliseen suunnitteluun ja komponenttien sijoitteluun. Suunnitteluun kuuluu myös sähkökuvien luonti tai päivittäminen. Koska erilaisia suunnitteluohjelmia on monia, työssä ei opastettu minkään tietyn ohjelman käyttöä.

Aurinkosähköjärjestelmien tuotekehityksen perusteella komponenttien hinnat tulevat laskemaan entisestään, mikä mahdollistaa paremman taloudellisen kannattavuuden talouksille ja yrityksille. Tulevaisuudessa energian varastointi tulee yleistymään, jolloin akustojen lisääminen aurinkoenergiaa hyödyntäen luo uusia mahdollisuuksia kuluttajille. Kuluttajat voivat tällöin esimerkiksi lämmittää käyttövettä tai ladata sähköautoa yöllä, kuten päivisin ilman akustoa. Kiinteistöautomaation kasvaessa tullaan aurinkojärjestelmät liittämään älykkäisiin ratkaisuihin, jolloin energiatehokkuus voidaan viedä aivan uudelle tasolle.

Development for the renewable energy and rise of the markets have dropped prices of solar energy systems. Specially solar energy systems of detached houses and holiday apartments have become more profitable. Companies have a chance to get investment fund for the solar systems and renewable energy. The aim of this thesis was to point out, how to dimension and design solar energy systems and show, how an engineer has to act for to get solar energy system that follows all standards and acts. The purpose was not to concentrate on a specific solar system solution but to give an idea for different kinds of solutions which are possible to design and dimension.

The theoretical part gives details about solar panels producing electricity and which kind of effects reduce production rate for the panels. Work included also all needed standards and acts, which are needed when dimensioning for solar energy system. The use of a PVGIS program, which is an excellent tool to use when dimensioning the system, was also shown in the thesis. After the basics of dimensioning, the systems were viewed, which are connected to the public grid. The next phase of thesis familiarized with how to design systems structure and where to place all components. An electrical engineer needs to do electrical drawings. Because there are different kinds of designing programs, there is no point to teach just one specific program.

Development of solar energy systems will decrease prices of system components and that will give a good possibility to invest in renewable energy for the regular consumer and companies. Energy storages will be more popular in the future. That gives more possibility for consumers to use battery solutions. For example, consumers can use solar energy systems with the energy storage to heat up water or load electric cars at night. Building automation is coming more popular every year. That will give an opportunity to combine solar energy systems and smart solutions which take energy effiency to the next level.