Aurinkoenergian hyödyntäminen Rajavartiolaitoksen aluksissa.

Abstract

Maailmalla energiankulutus on erittäin voimakkaassa kasvussa ja päästövähennystavoitteiden sekä kustannuskysymysten seurauksena uusiutuvia sähköntuotantomuotoja suositaan laajalti uusissa maa-asennuksissa. Merellisissä olosuhteissa tarvitaan suuria tehoja pienistä tiloista, mikä osittain rajoittaa tällä hetkellä käytössä olevien uusiutuvien energiamuotojen mahdollisuutta syrjäyttää fossiiliset polttoaineet pääasiallisena energianlähteenä.

Tämä insinöörityö on tutkimus aurinkoenergian hyödyntämisestä osana Rajavartiolaitoksen alusten sähköntuotantoa. Tutkimuksessa pyrittiin löytämään ratkaisu vähentämään aluksen hiilijalanjälkeä elinkaarensa aikana. Tavoitteena oli selvittää, onko ylipäänsä mahdollista asentaa aurinkopaneeleita laivan ulkokuorelle ja, jos on, mitkä ovat hyödyt ja miten välttää mahdolliset piilevät vaarat. Lisäksi työssä on selvitys aurinkopaneelijärjestelmäinvestoinnin kannattavuudesta sekä taloudellisesta että ympäristön näkökulmasta.

Työ alkoi selonteolla, mihin aurinkopaneeleiden sähköntuotto perustuu ja minkälainen tuottopotentiaali niistä on odotettavissa. Työssä on analysoitu vuotuisen säteilyenergian määrää Suomenlahdella, minkä avulla pystyy tarkemmin hahmottamaan sähkötehontuottoa vuositasolla. Lisäksi esillä on katsaus erilaisista yleisesti käytössä olevista tekniikoista, joilla auringonvalo muunnetaan sähköksi. Työssä tarkastellaan myös eri tekniikoiden hyviä ja huonoja ominaisuuksia sekä sitä, mikä tekniikka voisi soveltua merellisiin olosuhteisiin.

Insinöörityössä on useita laskelmia, jotka ovat tapauskohtaisesti hyödynnettävissä uutta aurinkosähköjärjestelmää suunniteltaessa. Laskelmia on sovellettu Rajavartiolaitoksen vartiolaiva Turvan esimerkissä analysoiden aurinkosähköjärjestelmän tehontuottoa, kustannuksia sekä, kuinka aurinkoenergia vertautuu fossiilisiin polttoaineisiin. Suunnittelun tukena toimi kaksi referenssialusta, joille on asennettu omat aurinkosähköjärjestelmät. Työssä on myös esimerkkejä, minkälaisia laadukkaat aurinkopaneelit ovat nykyisin.

Lopputuloksena todettiin aurinkosähköjärjestelmän olevan laivassa ympäristön kannalta lähes aina kannattava, mutta taloudellinen kannattavuus ei ole yksiselitteinen, sillä rahalliseen kannattavuuteen vaikuttaa monet tekijät, joiden suuruus määrää lopputuloksen.

The global demand for energy is dramatically increasing, and as means to reduce green-house gas emissions and the impact of them on our environment, renewable energy applications have become the new global trend. Ships that sail the oceans require a large amount of power from a small volume, and therefore there are still some challenges to be solved with renewable energy replacing fossil fuels as the primary energy source.

This thesis work is a study about the possibility of utilizing solar energy as part of generating electricity for Border Guard’s ships. The idea was to strive to reduce the carbon footprint of a vessel over its lifecycle, and the main goal was to examine whether it’s possible and beneficial to install solar panels on a vessel, or would it be impracticable. Additionally, this work includes analysis of the profitability of the investment taking in consideration also the benefits for the environment.

Firstly, the research began by introducing the photovoltaic phenomenon, and what kind of power production it can generate. To reliably be able to calculate and estimate solar power production, solar insolation is studied over the sea area of Gulf of Finland. As a part of the research different types of techniques to collect solar energy are also presented, and their pros and cons that are typical for them.

Secondly, there are a lot of calculations related to solar energy, that the reader can exploit case-by-case, when exploring and designing new systems. The calculations are also applied to Border Guard’s vessel Turva to analyze what kind of electricity production can be achieved, and at what cost. Additionally, there are two ships with large solar arrays as reference, that supports planning of a possible system for Turva. There is also an overview of durable, efficient and reliable solar panels that are currently out on the market.

Finally, as conclusions to the study it seemed to be beneficial for the environment to install solar arrays on a ship in almost every case, but the financial return on investment is very dependent on several factors that determine the outcome.