Aurinkosähköjärjestelmän mallintaminen Excel-pohjaisella laskentaohjelmalla
Mikkelä, Teemu (2018)
Kandidaatintyö
Mikkelä, Teemu
2018
School of Energy Systems, Sähkötekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2018112649000
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2018112649000
Tiivistelmä
Uusiutuvan energiamuotojen rooli on kasvanut tällä vuosituhannella. Tähän on kannustanut muun muassa tiukentuneet päästötavoitteet, kestävän kehityksen takaaminen sekä ilmastomuutoksen hidastaminen. Uusiutuva energia antaa mahdollisuuden tuottaa sähköä ja lämpöä ilman selkeitä suoria kasvihuonekaasupäästöjä. Etenkin aurinkojärjestelmien hankinta on kuluttajille helppo tapa hankkia omaa tuotantoa verrattuna muihin uusiutuviin energialähteisiin. Jatkuvasti laskenut hinta, parempi saatavuus ja kehittynyt tekniikka ovat parantaneet järjestelmien kannattavuutta ja täten lisännyt niiden myyntiä. Myös sähkönkäytön lisääntyminen esimerkiksi sähköautojen lisääntyessä voi toimia lisäkannusteena aurinkovoimalan hankkimiselle.
Aurinkopaneelijärjestelmien kannattavuus ja määrä ovat kasvaneet, mutta järjestelmien ominaisuuksien vaikutukset vuosituotantoon ovat hankalakäsitteisiä. Tämän takia LSK Technology Oy päätti teettää selvityksen aurinkopaneelijärjestelmien kannattavuuksista, johon kuuluu myös aurinkolaskuri. Aurinkolaskurilla voitaisiin arvioida systeemin tuotantoa koko elinkaaren yli kun tarkka sijainti, tekniset tiedot sekä asennustiedot tiedetään. Ohjelmassa käytetään hyväksi Tilastokeskuksen tarjoamia horisontaalisia auringon intensiteettidatoja. Aurinkovoimalan mitoitukseen löytyy monia valmiita ohjelmia, mutta antamalla suunnittelijalle mahdollisuuden määritellä vapaasti kaikki tarvittavat paneeli- sekä asennustiedot voidaan laskelmia tarkentaa.
Takaisinmaksuajan minimoiminen edellyttää järjestelmän tarkkaa suunnittelua. Nyrkkisääntönä pidetään, että järjestelmä kannattaa ensisijaisesti mitoittaa oman kulutuksen mukaan. Joissain tapauksissa ylimitoitus voi olla kannattavaa, sillä lisätehon hankinta on usein halpaa suhteessa alkuinvestointiin. Takaisinmaksuaika aurinkovoimaloille on edelleen yli 20 vuotta Suomessa, mutta jos voimalajärjestelmien hinnat jatkavat laskuaan nykyisellä nopeudella, niin järjestelmän kannattavuus tulee nousemaan huomattavasti. Kehitetty Excel-laskentaohjelma antoi samanlaisia tuloksia kuin monet valmiit laskentaohjelmat. Parametrimuutokset vaikuttivat odotetulla tavalla, joten ohjelman todettiin toimivan oikein ja soveltuvan sekä tuotanto- sekä takaisinmaksulaskelmien suorittamiseen. The role of the renewable resources has grown in this millennium. There are many factors contributing to this for example tightening emission targets, ensuring ecological sustainability and climate change deceleration. Renewable resources have given a possibility to produce electricity and heat without producing significant primary greenhouse gasses. From consumers’ perspective solar power is at the moment the easiest way to get own renewable electricity production compared to other renewable resources. The reduction of the prices, better availability and technical evolution have improved the feasibility of photovoltaic systems increasing their sales. Also increased electricity consumption caused by for example electric cars can be additional incentive to acquire a photovoltaic system.
The profitability and volume of the solar systems have increased, but the effects of system parameters on yearly production are complex. This is why LSK Technology Oy decided to initiate a study about the photovoltaic systems including development of a computation tool. The tool could be used to estimate yearly production and lifecycle profitability, when the exact location, technical data and installation parameters are known. The designed tool uses solar intensity data provided by Tilastokeskus. There are already tools available, but by giving the designer an opportunity to define freely panel- and installation parameters, the calculation can be done more in detail.
Payback time minimization requires careful planning of the system. The basic rule of thumb is that you need to plan the system for own consumption when no excess electricity is fed to grid. There are also some cases where over dimensioning of the system is sensible, because additional nominal power is cheap compared to the initial investment. The payback time is still over 20 years in Finland, but if the system prices continue to decline at the current rate the profitability could increase significantly. The developed tool works as intended and it gives similar results as many other ready-to-use calculation tools. Also all the designer parameters have desired effects on results. In conclusion, the developed tool works appropriately and it is applicable to perform the production and payback time estimations.
Aurinkopaneelijärjestelmien kannattavuus ja määrä ovat kasvaneet, mutta järjestelmien ominaisuuksien vaikutukset vuosituotantoon ovat hankalakäsitteisiä. Tämän takia LSK Technology Oy päätti teettää selvityksen aurinkopaneelijärjestelmien kannattavuuksista, johon kuuluu myös aurinkolaskuri. Aurinkolaskurilla voitaisiin arvioida systeemin tuotantoa koko elinkaaren yli kun tarkka sijainti, tekniset tiedot sekä asennustiedot tiedetään. Ohjelmassa käytetään hyväksi Tilastokeskuksen tarjoamia horisontaalisia auringon intensiteettidatoja. Aurinkovoimalan mitoitukseen löytyy monia valmiita ohjelmia, mutta antamalla suunnittelijalle mahdollisuuden määritellä vapaasti kaikki tarvittavat paneeli- sekä asennustiedot voidaan laskelmia tarkentaa.
Takaisinmaksuajan minimoiminen edellyttää järjestelmän tarkkaa suunnittelua. Nyrkkisääntönä pidetään, että järjestelmä kannattaa ensisijaisesti mitoittaa oman kulutuksen mukaan. Joissain tapauksissa ylimitoitus voi olla kannattavaa, sillä lisätehon hankinta on usein halpaa suhteessa alkuinvestointiin. Takaisinmaksuaika aurinkovoimaloille on edelleen yli 20 vuotta Suomessa, mutta jos voimalajärjestelmien hinnat jatkavat laskuaan nykyisellä nopeudella, niin järjestelmän kannattavuus tulee nousemaan huomattavasti. Kehitetty Excel-laskentaohjelma antoi samanlaisia tuloksia kuin monet valmiit laskentaohjelmat. Parametrimuutokset vaikuttivat odotetulla tavalla, joten ohjelman todettiin toimivan oikein ja soveltuvan sekä tuotanto- sekä takaisinmaksulaskelmien suorittamiseen.
The profitability and volume of the solar systems have increased, but the effects of system parameters on yearly production are complex. This is why LSK Technology Oy decided to initiate a study about the photovoltaic systems including development of a computation tool. The tool could be used to estimate yearly production and lifecycle profitability, when the exact location, technical data and installation parameters are known. The designed tool uses solar intensity data provided by Tilastokeskus. There are already tools available, but by giving the designer an opportunity to define freely panel- and installation parameters, the calculation can be done more in detail.
Payback time minimization requires careful planning of the system. The basic rule of thumb is that you need to plan the system for own consumption when no excess electricity is fed to grid. There are also some cases where over dimensioning of the system is sensible, because additional nominal power is cheap compared to the initial investment. The payback time is still over 20 years in Finland, but if the system prices continue to decline at the current rate the profitability could increase significantly. The developed tool works as intended and it gives similar results as many other ready-to-use calculation tools. Also all the designer parameters have desired effects on results. In conclusion, the developed tool works appropriately and it is applicable to perform the production and payback time estimations.