Teollisen kokoluokan aurinkosähköjärjestelmän hyödyntäminen teollisuudessa

Abstract

Hiilineutraalin sähköntuotannon tarve on kasvanut ilmastonmuutoksen seurauksena. Aurinkoenergia tarjoaa lähes hiilineutraalin tavan tuottaa sähköä suhteellisen pienillä kustannuksilla. Ongelmana on aurinkosähkötuotannon huipputuntien osuminen kesäkuukausille, jolloin sähkö on halvempaa. Tämä heikentää aurinkosähköjärjestelmän kannattavuutta sekä pidentää takaisinmaksuaikoja. Aurinkosähkötuotannon lisääminen on kuitenkin tärkeää, jotta päästöjä saadaan vähennettyä tulevaisuudessa.

Kandidaatintyössä perehdytään suuren kokoluokan aurinkosähköjärjestelmien hyödyntämiseen. Teoriaosuudessa käsitellään aurinkosähköntuotantoon vaikuttavia tekijöitä, kuten paneelien suuntausta ja kallistuskulmaa. Teoriaosuudessa arvioidaan myös aurinkosähköjärjestelmän tarvitsemaa pinta-alaa. Työssä mitoitetaan teollisuuslaitokselle aurinkosähköjärjestelmä sähkönkulutuksen pohjalta. Aurinkosähköjärjestelmän sähköntuotantoa simuloitiin, jonka pohjalta arvioitiin sen tämänhetkistä kannattavuutta.

Tuotetun sähkön myymisestä saatava rahallinen hyöty on pienempi, kuin ostosähkön korvaamisesta. Siksi työssä mitoitettiin teollisuuslaitoksen aurinkosähköjärjestelmän nimellistehoksi 2 megawattia, jolloin myytävää ylijäämäsähköä ei syntynyt ollenkaan. Aurinkosähköjärjestelmän tuotantoa simuloitiin PVGIS-ohjelmalla ja vuosituotannoksi saatiin noin 1980 MWh. PVGIS-ohjelmalla simuloitiin myös järjestelmän tuntikohtainen vuosituotanto, jonka avulla arvioitiin vuodessa ostosähkön vähentymisestä saatavaa säästöä. Aurinkosähköjärjestelmälle laskettiin takaisinmaksuaika hyödyntäen vuosien 2023 ja 2025 tuntikohtaisia sähkön hintoja. Lisäksi samat simuloinnit ja laskelmat tehtiin myös neljän megawatin aurinkosähköjärjestelmälle. Riippuen voimalan koosta, sähkön hinnasta sekä laskentakorkokannasta taloudellisesti kannattavat takaisinmaksuajat olivat noin 12,2–18,7 vuoden väliltä.

The need for carbon-neutral electricity production has increased because of climate change. Solar power generation offers an almost carbon-neutral way to produce electricity at relatively low costs. The problem is that the peak hours of solar power production occur during the summer months, when electricity is cheaper. This reduces the profitability of a solar power system and extends the payback period. However, increasing solar power production is important in order to reduce emissions in the future.

The bachelor’s thesis focuses on the utilization of large-scale solar power systems. The theoretical part discusses factors affecting solar power production, such as the orientation and tilt angle of the panels. The theoretical section also estimates the area required for a solar power system. The thesis designs a solar power system for an industrial facility based on its total electricity consumption. The solar power system’s electricity production was simulated, and its current economic viability was evaluated based on results.

The financial benefit from selling the produced electricity is smaller than the benefit from replacing purchased electricity. Therefore, solar power system with a nominal capacity of two megawatts was designed for the industrial facility, resulting in no surplus electricity to sell. The production of the solar power system was simulated using the PVGIS program, and the annual production was approximately 1980 MWh. PVGIS was also used to simulate the system’s hourly annual production, which was used to estimate the savings from reduced electricity purchases over the year. The payback period for the solar power system was calculated using hourly electricity prices from 2023 and 2025. In addition, the same simulations and calculations were carried out for a four-megawatt solar power system. Depending on the size of the plant, electricity price, and discount rate, economically viable payback periods ranged between approximately 12.2 and 18.7 years.