Aurinkovoimala

Aurinkovoimala, aurinkosähkövoimala, aurinkosähköjärjestelmä tai valosähköinen järjestelmä ovat nimityksiä kokonaisuudelle jonka tarkoituksena on tuottaa sähköä auringonvalon avulla. Tällainen kokonaisuus muodostuu seuraavista pääkomponenteista:

Aurinkosähkövoimalan kokoluokka

Omakotitalon aurinkosähkövoimala

Omakotitalon aurinkosähkövomala perustuu yleensä yhteen 3-vaiheiseen 3 – 9kVA tehoiseen invertteriin ja 10 – 44 aurinkopaneelin muodostamaan 2,7 – 11,88kWp paneelistoon. Tällaisen voimalan aurinkopaneelit on suunnattu yhteen tai kahteen suuntaan.

Tällainen järjestelmä sopii kohteeseen, jossa on riittävästi tilaa, sähkönkulutus on 5000 – 25000kWh vuodessa ja / tai haluaa itse tuottaa aurinkosähköä merkittävän määrän omaan sähkönkulutukseen verrattuna.

Pienempi omakotitalon aurinkosähkövomala

Pienempi omakotitalon aurinkosähkövomala perustuu 1-vaiheiseen 1,5 – 2,5kVA invertteriin ja 4 – 12 aurinkopaneelin muodostamaan 1,08 – 3,51kWp paneelistoon. Tällaisen voimalan aurinkopaneelit on suunnattu vain yhteen  suuntaan.

Tällainen järjestelmä sopii kohteeseen, jossa tilaa on vähän, sähkönkulutus on pieni ja / tai haluaa ensin tutustua aurinkosähköön pienemmän järjestelmän avulla.

Suosittelen 1-vaiheinverttereitä VAIN Caruna, Caruna Espoo, Loiste (osa mittareista sopivia) ja Vantaan Energia Sähköverkot verkkoyhtiöiden alueilla käytettäväksi, koska muiden verkkoyhtiöiden alueella sähkön mittaustapa ei sovi 1-vaiheinvertterien järkevään käyttöön.

Maatilan tai yrityksen aurinkosähkövoimala

Maatilan tai yrityksen aurinkosähkövomala muodostuu yhdestä tai useammasta 15, 20, 25 tai 50kVA invertteristä ja tähän invertteriin sopivasta paneelistosta. Aurinkopaneeleja voi tällaisessa voimalassa olla 88 – 132 tai jopa 264 kappaletta kunkin invertterin takana.  Voimlaan rakentaminen tapahtuu 16 – 22 aurinkopaneelin ketjuja haluttua tahtia lisäämäällä. Tällainen voimala voidaan rakentaa joko kerralla valmiiksi tai 2 – 12 osassa jopa useiden vuosien aikana.

Aurinkosähkövoimalan osat

Aurinkosähkövoimala muodostuu seuraavista osista:

  • aurinkosähköpaneelit eli lyhyemmin aurinkopaneelit jaettuna yhteen tai useampaan paneelistoon / paneeliketjuun,
  • aurinkopaneelit on asennettu aurinkopaneelien kiinnitystelineeseen,
  • asennustelineen pääpotentiaalintasauskiskoon (maadoituskskoon) yhdistävä potentiaalintasausjohdin,
  • DC- eli tasajännitekaapelit, jotka liittävät aurinkopaneeliston invertteriin,
  • DC-liittimien avulla invertterille DC-kaapeli liitetään aurinkopaneeliston plus (+) ja minus (-) pään valmiisiin liittimiin, aikaisemmin tähän oli Heckert-paneeleissa oli käytössä Tyco Solarlok -liitimet, mutta 2018 joulukuusta asti Heckert-paneelit alkoivat käyttää Tyco PV4S -liittimiä, invertterin päässä DC-kaapelia on käytössä Phoenix Contact SUNCLIX -liittimet, jotka tulevat SMA-invertterin toimituksen mukana,
  • DC-turvakytkin sijaitsee aurinkopaneeliston ja invertterin välissä tai, joka on SMA:n laitteissa integroitu invertteriin niin ettei erillistä DC-kytkintä tarvita,
  • verkkoinvertteri, joka muuttaa aurinkopaneelien tasajännitteen verkkojännitteeksi,
  • AC-turvakytkin on erillinen kytkin, jolla aurinkosähköjärjestelmä saadaan kytkettyä irti sähköverkosta,
  • automaattisulakkeet: tarkemmin johdonsuojakatkaisin ja vikavirtasuoja ovat sähkökeskukseen tai erilliseen uuteen ryhmäkeskukseen tulevia suojalaitteita,
  • MMJ tai MCMK -sähkökaapeli yhdistää invertterin ja AC-turvakytkimen sähkökeskukseen, ja
  • SFS 6000 -standardin sekä verkkoyhtiöiden vaatimat aurinkosähköjärjestelmään liittyvät varoituskyltit- ja tai tarrat.

Seuraavassa on muutama lyhyt huomio kustakin osasta. Kuvauksen taustaoletuksena on vuoden 2019 SMA – Heckert – Schletter -ympäristö Suomeen asennettuna, eivätkä ohjeet välttämättä pidä paikkaansa muun merkkisten tuotteiden kanssa. Näillä taustaoletuksilla aurinkosähkön monimutkaista maailmaa on saatu yksinkertaistettua riittävästi omatoimirakentajan päätöksentekoa helpottamaan.

Aurinkopaneelit

  • Verkkoonkytketyissä aurinkosähköjärjestelmissä 270W tai tehokkaammat arinkopaneelit kytketään sähköisessä mielessä sarjaan aurinkopaneeliketjuiksi.
  • 3-vaiheinvertterin kanssa sarjaan kytketään 6-22 aurinkopaneelia, jotta jännite on riittävän suuri invertterin käynnistämiseksi ja toisaalta alle 1000V tasajännitettä, jotta invertteri kestää jännitteen.
  • Kukin 6-22 paneelin ketjun aurinkopaneeleista tulee osoittaa samaan suuntaa, olla samassa kallistuksessa ja olla auringossa samaan aikaan.
  • Aurinkopaneelit sijoitetaan kahteen eri suuntaan, jos halutaan kasvattaa itse tuotetun aurinkosähkön omaa käyttöä ja vähentää sen myyntiä.
  • Paras tapa varustautua laajennukseen myöhemmin on nyt asentaa 6-22 aurinkopaneelia yhteen ketjuun ja tulevaisuudessa lisätä toinen 6-22 paneelin ketju.
  • Yhden keskikokoisen 3-vaiheinvertterin kanssa voidaan käyttää kahta eri paneelistoa eli kahta suuntaa, maatilamallien kanssa korkeintaan 6 tai 12 panelistoa jaettuna 2 tai 6 suuntaan, pienen 1-vaiheinvertterin kanssa yhtä paneelistoa ja yhtä suuntaa.

Kiinnitysteline

  • Asennustelineen Schletter-osat ovat joko alumiinia tai ruostumatonta terästä (A2).
  • Asennustelineen suunnitteluun tulee kuulua lujuuslaskenta, jolla varmistutaan telineen kestävyydestä ja karsitaan ylimääräiset osat ja niiden kustannukset.
  • Lujuuslaskenta ei käsittele alla olevan katon kestävyyttä, vaan sen kestävyyden jokainen osallistuja arvioi itse tai käyttää tähän arvioon ulkopuolista rakennesuunnittelijaa ym.
  • Asennusteline kiinnitetään profiilipeltikatolla kattotuoleihin M12x200, M12x250, M12x300, M12x350 -ankkuripulteilla. Ankkuripultin asennus vain ruoteeseen ei riitä ja puhkaisee mahdollisen aluskatteen.
  • Asennusteline kiinnitetään saumatulla peltikatolla peltikaton saumoihin ruostumattomasta teräksestä tai alumiinista valmistetuilla puristimilla. Osa osallistujista on halunnut suunnitella ja teetättää puristimet itse.
  • Asennusteline kiinnitetään tiilikatolla kattotuoleihin 8mm paksusta ja 35mm leveästä ruostumattomasta teräksestä valmisteluilla kattokoukuilla. Heikompi koukku tai liian pieni koukkumäärä voi rikkoa tiilikaton. Koukun päällä olevaa tiiltä muokataan kulmahiomakoneella, jotta tiili ei jää kantamaan.
  • Lukkosaumakatolle on olemassa oma kiinnitystapansa, samoin huopakatolle. Lukkosaumakatoille käytetään suomalaisten kattopeltivalmistajien puristimia saksalaisen Schletter-telineen kiinnittämiseen. Huopakatolla katto tulee suojata ja kattoon tehtävän reiän ympärille tulee asentaa ylimäärinen tiiviste, muuten käytetään samoja osia kuin profiilipeltikatolla.

Potentiaalintasausjohdin

  • Aurinkopaneelien asennuksen turvallisuuteen liittyy, että aurinkopaneelien kiinnitystelineen ja aurinkopaneelien metalliosat yhdistetään talon pääpotentiaalintasauskiskoon (päämaadoituskiskoon) 6mm2 tai 16mm2 kuparijohtimella (ns. kevillä).
  • Potentiaalintasausjohdin kulkee katolta maadoituskiskolle alumiini- tai muoviputken suojaamana.
  • Potentiaalintasausjohdin kulkee maatelineeltä maadoituskiskolle yleensä erillisenä paljaana 16mm2 kuparijohtimena samassa kaapeliojassa muiden kaapeleiden kasnssa.
  • Potentiaalintasausjohtimen jättäminen pois tekee  aurinkopaneelistosta vikatilanteessa hengenvaarallisen. Potentiaalintasaus on jäänyt pois toisinaan sähköurakoitsijan tietämättömyyden tai tietyn toimittajan avaimet käteen -paketin yhteydessä tahallisen turvavarusteiden poisjättämisen seurauksena.

DC-tasajännitekaapeli = Aurinkosähkökaapeli

  • DC- eli tasajännitekaapelit liittävät aurinkopaneeliketjun invertteriin.
  • Tällaisena johtimena käytetään yleensä 6mm2 läpimittaista 1000V DC-käyttöön tarkoitettua PV1-F -kaapelityyppiä.
  • Älä käytä 4mm2 DC-johtimia.
  • Yhdeltä aurinkopaneelistolta tulee erilliset plus- ja minus-johtimet invertterille asti. 25m metrin matkalle siis tarvitaan 50m kaapelia + työvara.
  • 6mm2 aurinkosähkökaapelin maksimipituus on 50-100m riippuen aurinkopaneelen määrästä eli käytetystä jännitteestä, paksummalla kaapelilla enemmän.
  • Tyypillisesti 3-vaiheinvertterin kahden paneeliketjun asennukseen kuluu noin 4 x 25m = 100m aurinkosähkökaapelia.

DC-turvakytkin

  • DC-turvakytkintä käytetään paneeliston ja invertterin erottamiseen sähköisesti.
  • SMA:n invertterissä DC-turvakytkin on integroitu invertteriin, joko kahvana tai käännettävänä kytkimenä eikä erillistä DC-turvakytkintä tule asentaa, muuta kuin erikoistapauksissa monimutkaisuuden ja ylimääräisten kustannusten välttämiseksi.
  • Jos aurinkopaneelit asennetaan maatelineeseen, usean kymmenen metrin päähän invertteristä tai jos DC-kaapeleita yhdistetään, suosittelen ylimäärisen DC-turvakytkimen asentamista paneeliston lähelle.

Verkkoinvertteri

  • Verkkoinvertteri muuttaa aurinkopaneelien tasajännitteen verkkojännitteeksi.
  • Voidaan asentaa sekä sisälle että ulos.
  • Asennetaan sisällä mahdollisimman viileään tilaan.
  • Voidaan kytkeä mihin tahansa kiinteistön ryhmäkeskukseen mittauskeskuksen lisäksi, kunhan tähän keskukseen tuleva kaapeli on riittävän paksu, sulakkeet, keskuksen nimellisvirta ja oikosulkuvirta sen sallivat.
  • Verkkoinvertterin kanssa käytetään yleensä invertterin tehoon nähden suurempaa aurinkopaneelistoa, paneeliston teho voi olla 20%-50% suurempi riippuen tilanteesta.
  • Invertterin verkkoon syöttämää tehoa rajoittaa sekä laitteen maksimi pätöteho että laitteen maksimi näennäisteho, esim. 5 kilowatin invertterin näennäistehon rajoituksen 5000VA ollessa voimassa pätöteho on usein rajoitettu 4770-4776W.
  • Laitteen toimintaa tulee seurata mielellään tietoliikenneyhteyden avulla.
  • Laitteen käyttöiän halutaan olevan 15+ vuotta, joten vain laadukkaita laitteita halutaan käyttää.

AC-turvakytkin

  • AC-turvakytkintä käytetään invertterin erottamiseen sähköverkosta.
  • Tämä turvakytkin tulee sijoittaa sellaiseen paikkaan, että siirtoyhtiöllä on sen sijaintipaikkaan vapaa pääsy. Yleensä turvakytkin sijoitetaan tämän takia ulos.
  • Turvakytkimen tulee olla lukittavissa.

Johdonsuojakatkaisin ja vikavirtasuoja

  • 3-vaiheinvertterin lähtö sähkökeskuksessa suojataan sekä 30mA A-tyypin vikavirtasuojalla että invertterin ja sähkökaapelin perusteella valittavalla 3-vaiheisella johdonsuojakatkaisijalla.
  • >=15kVA -invertterin suojalaitteet voivat poiketa ylläolevasta.

Sähkökaapeli keskukseen

  • Sähköurakoitsijasi valitsee oikea kokoisen 3-vaiheinvertterille 5-napaisen kaapelin, mutta kuitenkin vähintään 5×2,5 MMJ tai MCMK.
  • Liian pitkä ja/tai ohut kaapeli nostaa invertterin verkkojännitettä, jota invertterin on yritettävä laskea mekanismilla, joka rajoittaa invertterin syöttämää pätötehoa.
  • Kaapelin valintaan on paneuduttava erityisesti maaseutukohteissa, joissa verkon oikosulkuvirta on pieni (sähkölinjan viimeinen asiakas tai muuten kaukana muuntajasta).
  • Invertteri maadoitetaan erillisellä 6mm2 tai 16mm2 kevillä.
  • Jos invertteri sijaitsee esim. pellon reunassa usean kymmen metrin päässä, kaapelina voidaan käyttää myös alumiinista maakaapelia, esim. AMCMK 4×25+16 tai AMCMK 4×35+16 ym.

Aurinkosähkövideot

Satakunnan ammattikorkeukoulu on julkaissut videosarjan aurinkosähkövomalan tekniikkaan liittyen. Tämä on hyvää pohjatietoa aiheesta, vaikka Aurinkovirta ei välttämättä olekkaan aivan samaa mieltä kaikesta videoilla käsitellystä.