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 5-9kVA tehoiseen invertteriin ja 10-44 aurinkopaneelin muodostamaan 2,65-12kWp paneelistoon. Tällaisen voimalan aurinkopaneelit on suunnattu yhteen tai kahteen suuntaan.

Tällainen järjestelmä sopii kohteeseen, jossa on tilaa, sähkönkulutus on 5000-25000kWh vuodessa tai haluaa tuottaa aurinkosähköä merkittävän kokoisen järjestelmän avulla.

 

Pienempi omakotitalon aurinkosähkövomala

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

Tällainen järjestelmä sopii kohteeseen, jossa tilaa on vähän, sähkönkulutus on pieni 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 15-25kVA tai 50kVA invertteristä ja tähän sopivasta paneelistosta. Aurinkopaneeleja voi tällaisessa voimalassa 80-126 tai jopa 264 kappaletta kunkin yhden invertterin takana.  Tällainen voimala voidaan rakentaa joko kerralla valmiiksi tai 2-6 osassa jopa useiden vuosien aikana.

Aurinkosähkövoimalan osat

Aurinkosähkövoimala muodostuu seuraavista osista:

  • aurinkopaneelit jaettuna yhteen tai kahteen paneelistoon / paneeliketjuun
  • aurinkopaneelit on asennettu aurinkopaneelien kiinnitystelineeseen
  • asennustelineen maadoituskskoon yhdistävä potentiaalintasausjohdin
  • DC eli tasajännitekaapelit, jotka liittävät aurinkopaneeliketjun invertteriin
  • DC-turvakytkin on SMA:n laitteissa integroitu invertteriin
  • 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

Seuraavassa on muutama lyhyt huomio kustakin osasta. Kuvauksen taustaoletuksena on vuoden 2018 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 265W tai tehokkaammat arinkopaneelit kytketään sähköisessä mielessä sarjaan aurinkopaneeliketjuiksi.
  • 3-vaiheinvertterin kanssa sarjaan kytketään 10-22 aurinkopaneelia, jotta jännite on riittävän suuri invertterin käynnistämiseksi ja toisaalta alle 1000V tasajännitettä, jotta invertteri kestää jännitteen.
  • Kukin 10-22 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 10-22 aurinkopaneelia yhteen ketjuun ja tulevaisuudessa lisätä toinen 10-22 paneelin ketju.
  • Yhden 3-vaiheinvertterin kanssa voidaan käyttää kahta eri paneelistoa eli kahta suuntaa, 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 45mm 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. 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.
  • Tämän jättäminen pois saattaa tehdä aurinkopaneelistosta vikatilanteessa hengenvaarallisen.

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, suosittelen ylimäärisen DC-turvakytkimen asentamista paneeliston viereen.

Verkkoinvertteri

  • Verkkoinvertteri muuttaa aurinkopaneelien tasajännitteen verkkojännitteeksi.
  • Voidaan asentaa sekä sisälle että ulos.
  • Asennetaan sisällä mahdollisimman viileään tilaan.
  • Voidaan kytkeä mihin tahansa kiinteistö ryhmäkeskukseen mittauskeskuksen lisäksi, kunhan tähän keskukseen tuleva kaapeli on riittävän paksu.
  • 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.