Aurinkopaneelit

Aurinkopaneeli muuttaa auringon säteilyn sähköksi. Tarkemmin kyseessä on valon muuttaminen sähköksi ja teknisesti puhutaankin suomeksi valosähköisistä paneeleista, tosin harvoin. Aurinkopaneeli, on englanniksi joko solar panel tai valosähköinen paneeli nimen taustalla olevan termin mukaan photovoltaic panel (PV panel), saksaksi Photovoltaik-Panel.

Aurinkopaneeli tuottaa itse tasasähköä, joka muutetaan invertterillä sähköverkossa käytettäväksi vaihtosähköksi. Lue lisää invertteristä täällä.

Aurinkopaneelien tyyppejä on niiden valmistusmateriaalin tai -menetelmän mukaan useita, kuten yksikidepii- (mono, monocrystalline) ja monikidepii- (poly, polycrystalline) aurinkopaneelit  sekä erilaiset ohutkalvoteknologiat. Asian pitämiseksi yksinkertaisena tällä sivustolla keskitytään monikiteisten piipaneelien soveltamiseen verkkokäyttöisten aurinkosähköjärjestelmien osana, koska niiden suorituskyky, saatavuus, kestävyys, hinta ja valmistustekniikan kehittyneisyys ovat sopusuhdassa keskenään.

2018 yhteistilauksen aurinkopaneelit

Joukossa on voimaa

Tällä hetkellä Aurinkovirta-yhteistilauksen oletusvalinta aurinkopaneeliksi on 265W tehoinen Saksassa valmistettu Heckert NeMo 60P 2.0 265 -aurinkopaneeli, joka on tehty monikidepiistä ja siinä on alumiininväriset kehykset.

Viime vuoden loppuun mennessä Aurinkovirta-yhteistilauksen kautta Suomeen oli tullut yli 7000 pääosin Heckert NeMo 60P 255 -aurinkopaneelia. Vuonna 2017 tuotantomuutosten takia Heckert NeMo 60P 2.0 265 -vaihtui oletusvaihtoehdoksi aikaisemman 10W pienemmän paneelin tilalle, joka palveli kolme vuotta pääasiallisena paneelivaihtoehtona.

Miksi yksi standardivaihtoehto on parempi kuin 100 erilaista aurinkopaneelia?

Yhden aurinkopaneelin käyttö mahdollisimman monessa aurinkosähkövoimalassa tuo seuraavia hyötyjä:

  • aurinkopaneeleista kertominen ihmisille helpottuu, kun aihetta yksinkertaistaa rajaamalla kohtalaisen monimutkaista informaatiota koskemaan sellaisenaan yhden valmistajan yhden paneeliteknologian avulla valmistettu yhden tehoista aurinkopaneelia
  • aurinkopaneeliinformaation ymmärtäminen helpottuu, kun aihepiiriä on yksinkertaistettu rajaamalla turhia vaihtoehtoja
  • pieneen laajennukseen samantien löytyy pari lisäpaneelia heti seuraavan osallistujan täytepaneelikuormasta
  • korvaava aurinkopaneeli löytyy Suomesta helpommin seuraavan 30-40 vuoden aikana, kun paneelit ovat katolla tilanteessa, jossa samoja paneeleita on myyty Suomeen 7000 kpl kuin, että olisi itse tilannut vain 20 paneelia jotakin harvinaista paneelimerkkiä ja -tyyppiä itselleen nettikaupasta

Aurinkopaneelin saa itse valita

Aikaisemmin yhteistilaus oli rajattu vain Heckertin yhteen monikidepaneeliin, mutta nyt osallistuja voi itse valita seuraavien paneelien välillä:

  • Heckert NeMo 60P 2.0 265 – 280 -monikide aurinkopaneeli, teho 265-280W
  • Heckert NeMo 60M 2.0 275 -305 -yksikide aurinkopaneeli, teho 275-305W
  • Heckert NeMo 60M 2.0 275-300 Black Edition -yksikide mustilla kehyksillä varustettu aurinkopaneeli, teho 275-300W

 

Heckert NeMo 60P 255 -monikide -aurinkopaneeleista tehty paneelisto. Väri on hyvin sama kuin nykyisin käytössä olevissa Heckert NeMo 60P 2.0 265, 270, 275 ja 280 -aurinkopaneeleissa.
Heckert NeMo 60M 275 Black Edition yksikide -aurinkopaneeli mustilla kehyksillä varustettuna maatilaympäristössä odottaa asentamista.

Sekään ei ole mahdotonta, että olet hankkinut aurinkopaneelit aikaisemmin, mutta et ole saanut niitä asennettua kiinnitystelineen putteen takia ja haluat osallistua omien paneeliesi kanssa yhteistilauksen telineen ja invertterin hankintaan ja tarvit aurinkosähkövoimalasi rakentamiseen ohjausta.

Aurinkopaneelien määrä aurinkovoimalassa

Aurinkopaneeleiden mahdollinen minimi- ja maksimimäärä määräytyy käytettävän invertterin perusteella. Rajat tulevat invertterin sallimien jännite- ja virtarajojen perusteella. Lämpötila tulee ottaa huomioon näissä laskelmissa, koska pakkanen nostaa aurinkopaneelien jännitteitä ja helle laskee niitä. Samoin 30 vuoden käyttöikä otetaan huomioon.

Muutamia Heckert NeMo 60P 2.0 265 -aurinkopaneeliketjun valmiiksi laskettuja tehoja:

  • 10 paneelia – 2,65kWp
  • 12 paneelia – 3,18kWp
  • 20 paneelia – 5,3kWp
  • 24 paneelia – 6,36kWp
  • 27 paneelia – 7,155kWp
  • 32 paneelia – 8,48kWp
  • 40 paneelia – 10,6kWp
  • 42 paneelia – 11,12kWp
  • 44 paneelia – 11,66kWp
  • 80 paneelia – 21,2kWp
  • 120 paneelia – 31,8kWp
  • 264 paneelia – 69,96kWp

Aurinkopaneelien määrää ei tarvitse itse laskea vaan niiden määrän ja invertterin sovittaminen kuuluu Aurinkovirta-yhteistilauksen palveluun. Joitakin perustietoja aurinkopaneelien määrästä on kuitenkin hyvä itsekin tietää.

Aurinkopaneelien määrä 3-vaiheinvertterien kanssa

Aurinkopaneelien määrä yhdessä 3-vaiheinvertteriin liitetyssä ketjussa vaihtelee 10-22 välillä invertteristä riippuen. Kukin ketjun paneeli tulee olla samaan suuntaan ja kallistukseen ja mielellään vielä samanlaisissa valaistusolosuhteissa.

  • 5-9kWp SMA 3-vaiheinvertterien kanssa mahdollinen aurinkopaneelien lukumäärä on vähintään 10-15 ja enintään 22 Heckert NeMo 60P 2.0 265 -aurinkopaneelia kussakin paneeliketjussa. Näissä inverttereissä on mahdollisuus kahteen aurinkopaneeliketjuun.
  • 10-12kWp SMA:n 3-vaiheinvertterien kanssa mahdollinen aurinkopaneelien lukumäärä on vähintään 15-18 ja enintään 22 Heckert NeMo 60P 2.0 265 -aurinkopaneelia kussakin  paneeliketjussa. Näissä inverttereissä on mahdollisuus kolmeen aurinkopaneeliketjuun, joista kaksi samaan suuntaan/kallistukseen.
  • 15-25kWp SMA:n 3-vaiheinvertterien kanssa mahdollinen aurinkopaneelien lukumäärä on vähintään 10-16 ja enintään 22 Heckert NeMo 60P 2.0 265 -aurinkopaneelia kussakin paneeliketjussa. Näissä inverttereissä on mahdollisuus kuuteen aurinkopaneeliketjuun, joista kolme samaan suuntaan/kallistukseen.

Aurinkopaneelien määrä 1-vaiheinvertterien kanssa

Aurinkopaneelien määrä yhdessä 1-vaiheinvertteriin liitetyssä ketjussa vaihtelee 4-13 välillä invertteristä riippuen. Kukin ketjun paneeli tulee olla samaan suuntaan ja kallistukseen ja mielellään vielä samanlaisissa valaistusolosuhteissa.

  • SMA:n 1-vaiheinvertterien (1,5-2,5kWp) kanssa mahdollinen aurinkopaneelien lukumäärä on vähintään 4 ja enintään 13 Heckert NeMo 60P 2.0 265 -aurinkopaneelia.  Nämä 4-13 aurinkopaneelia kytketään sarjaan samaan aurinkopaneeliketjuun.

Aurinkopaneelin hintakehitys

Aurinkopaneelien hinta on laskenut yhteistilauksen 2013-2018 historian aikana seuraavasti:

  • 2013: vertailuhinta
  • 2014: -10%
  • 2015: -11%
  • 2016: +0,25%
  • 2017: -9%
  • 2018: -18%
  • Yhteensä 2013-2018: -40%

Tämä hintatilasto näyttää miten yhteistilauksen käyttämä saksalaisen Heckert Solar -aurinkopaneelivalmistajan tuote on pysynyt kilpailukykyisenä kuuden vuoden ajan, ilman että tuotetta tai paneelia olisi jouduttu tarpeettomasti vaihtamaan. Saman paneelin käytöstä tulee hyötyjä sekä voimalaa suunniteltaessa ja rakennettaessa että 30 vuoden käytön ja ylläpidon aikana.

Olen oheisessa taulukossa (alla) näyttänyt saman kuin yllä olevassa listassa, eli miten aurinkopaneelien hinta on laskenut yhteistilauksen edetessä 2013-2018. Hinnat ovat arvonlisäverottomia ja ilman rahtia, jotta niistä on saatu vertailukelpoiset skaalaamalla 265W tehoisen paneelin vertailuhinta.

Aurinkopaneelin hinta on kilpailukykyinen – mutta paneelin hinta ei ole tärkein asian aurinkosähkövomalassa

Olen tänä vuonna puhunut aurinkopaneelin hinnasta paljon herättääkseni huomiota. Olen ehkä korostanut hintaa liikaa tämän huomion saamisen takia, koska mielestäni tämän yhteistilausmallin tärkein hyöty ei ole edullinen hinta vaan aurinkosähköön syvällinen tutustuminen sekä tekemällä itse, että pääsemällä projektin jälkeen seuraamaan vain osallistujille avointa materiaalia aurinkosähkön kokemuksista. Väitän myös, että Aurinkovirta-yhteistilauksen kautta laatuosista itse huolellisesti rakentaen neuvojani seuraten ja sähköasennukset paikallisella ammattilaisella toteuttaen saa hyvin tehdyn laadukkaan aurinkosähköjärjestelmän, jota on ilo käyttää seuraavat vuosikymmenet.

Aurinkosähköjärjestelmän edullisuus punnitaan vasta siinä vaiheessa, kuin paljon sähköä se tuottaa mahdollisimman pitkän käyttöikänsä aikana.

Toisaalta ovathan hankitaaikaisetkin kustannukset tärkeitä ja haluan eri osien kustannuksista avoimesti puhumalla näyttää, että Aurinkovirta-yhteistilaus on kilpailukykyinen muiden kanavien kautta hankittavien voimaloiden kanssa.

Aurinkopaneelien teknisistä tiedoista

Tässä kappaleessa käydään aurinkopaneelien datalehdissä olevia käsitteitä läpi ja tämä auttaa ymmärtämään seuraavan kappaleen kautta ladattavia datalehtiä. Esimerkkipaneelina tässä kappaleessa käytetään Heckert NeMo 60P 2.0 265 -aurinkopaneelia.

Maximum Power, PMPP – Aurinkopaneelin maksimiteho, jonka verran sähkötehoa aurinkopaneeli tuottaa ns. STC-olosuhteissa, esimerkkipaneelin teho on 265W.

Efficiency of the Module STC – Aurinkopaneelin hyötysuhde kuvaa kuinka monta prosenttia 1000W tehoisesta (auringon)valosta muuttuu paneelissa sähköksi ns. STC-olosuhteissa, esimerkkipaneelin hyötysuhde on 15,8%.

Short circuit current ISC – Aurinkopaneelin oikosulkuvirta on se sähkövirran arvo, joka ns. STC-olosuhteissa saadaan, kun paneelin johtimet kytketään oikosulkuun, esimerkkipaneelin oikosulkuvirta on 9,07A.

Open circuit voltage UOC – Aurinkopaneelin avoimen piirin jännite on se jännitteen arvo, jonka ns. STC-olosuhteissa saadaan mittaamalla jännite aurinkopaneelin johtimista ilman kuormaa, esimerkkipaneelin avoimen piirin jännite on 37,83V.

Voltage at maximum load UMPP – Aurinkopaneelin jännite maksimitehopisteessä (MPP, Maximum Power Point) on se jännite, joka saadaan kun aurinkopaneelia kuormitetaan sellaisella virralla, että paneelin teho on huipussaan, esimerkkipaneelin maksimitehopisteen jännite on 31,22V.

Current at maximum load IMPP – Aurinkopaneelin virta maksimitehopisteessä (MPP, Maximum Power Point) on se virta, jolla aurinkopaneelin on kuormitettava, että paneelin teho on huipussaan, esimerkkipaneelin maksimitehopisteen virta on 8,57A.

Maximum System Voltage VDC – Aurinkosähköjärjestelmän maksimijännite on sarjaankytkettyjen aurinkopaneelien maksimijännite, yleensä siis sijoituspaikan minimilämpötilassa (= esim. -40C pakkasella), joka aurinkopaneeliketjun yli saa vaikuttaa. Tämä lasketaan avoimen piirin jännitteen avulla.

Reverse current feed IR – Aurinkopaneelin kestämä maksimivirta, joka saa vaikuttaa paneelin itsensä tuottaman virran suuntaa vastakkaiseen suuntaan. Tämä liittyy usean rinnakkaisen paneeliketjun suunnitteluperiaatteisiin.

Temperature coefficient ISC – Aurinkopaneelin oikosulkuvirran lämpötilakerroin kertoo miten oikosulkuvirta käyttäytyy paneelin pintalämpötilan muuttuessa, esimerkkipaneelin oikosulkuvirran lämpötilakerroin on 0,05 %/K eli yhden asteen lämpötilan nousu lisää paneelin oikosulkuvirtaa 0,05%.

Temperature coefficient VOC – Aurinkopaneelin avoimen piirin jännitten lämpötilakerroin kertoo miten avoimen piirin jännite käyttäytyy paneelin pintalämpötilan muuttuessa, esimerkkipaneelin avoimen piirin  lämpötilakerroin on -0,31 %/K eli yhden asteen lämpötilan nousu vähentää paneelin avoimen piirin jännitettä 0,31%.

Performance coefficient Pmax – Aurinkopaneelin tehon lämpötilakerroin kuuvaa sitä, miten paneelin pintalämpötilan muutos vaikuttaa aurinkopaneelin sähkötehon tuottoon, esimerkkipaneelin tehon lämpötilakerroin on -0,39 %/K eli yhden asteen lämpötilan nousu vähentää paneelin tehoa 0,39%.

Certified Snow Load – Aurinkopaneelin lumikuorman kestävyys on 8000Pa eli noin 800kg/m2, kun asennus tapahtuu kolmen alumiiniprofiilin päälle valmistajan asennusohjeiden mukaan.

TÜV Certificate – Aurinkopaneelilla on TÜV-sertifikaatti IEC 61215 (fyysiset ominaisuudet), IEC 61730 (sähköturvallisuus), ja IEC 61701 (suolavesihuurujen kestävyys) -standien vaatimusten täyttämisestä. Tämän sivun lopussa käsitellään näitä sertifikaatteja.

Fire resistance – Aurinkopaneelin tulipalon kestävyys kertoo aurinkopaneelin käyttäytymisestä tulipalossa, esimerkkipaneelin tulipalon kestävyys on Luokka C IEC 61730 -standardin mukaan.

Flashlist

Omien aurinkopaneeliesi tekniset tiedot näet ns. flashlist-dokumentista, jonka aurinkopaneelien valmistaja lähettää myyjän välityksellä asiakkaalle siinä vaiheessa, kun aurinkopanelit lähtevät Heckert Solarin tehtaalta.

Lue lisää flashlist-dokumentista: Flashlist

Lisätietoa aurinkopaneeleista valmistajan sivuilta

Lisätietoja saksalaisen Heckert Solar GmbH:n valmistamien Heckert NeMo 60P 2.0 ja Heckert Nemo 60M 2.0 -aurinkopaneeleista löytyy valmistajan webbisivuilta, http://www.heckertsolar.com/en.html, nopeiten seuraavien suorien linkkien avulla.

Monikiteisten Heckert NeMo 60P 2.0 -paneelien tietoja:

265-275W monikiteisten aurinkopaneelien tietoja – http://www.heckertsolar.com/fileadmin/Redakteure/03_Downloads/de/2018_02_Datenblatt_NeMo_2.0_60_P_web.pdf

Yksikiteisten Heckert NeMo 60M 2.0 -paneelien tietoja:

Sama datalehti käsittelee sekä alumiinikehyksistä että mustakehyksistä yksikideaurinkopaneelia.

270-290W yksikiteisten aurinkopaneelien tietoja – http://www.heckertsolar.com/fileadmin/Redakteure/03_Downloads/de/2018_02_Datenblatt_NeMo_2.0_60_M_270-290_web.pdf

295-300W yksikiteisten aurinkopaneelien tietoja – http://www.heckertsolar.com/fileadmin/Redakteure/03_Downloads/de/2018_02_Datenblatt_NeMo_2.0_60_M_295-300_web.pdf

305W yksikiteisten aurinkopaneelien datalehden esiversio on saatavissa sähköpostitse.

2013 aurinkopaneelivaihtoehdot

Näytän 2013 yhteistilauksen kolmen aurinkopaneelivaihtoehdon avulla miltä monikide ja yksikide aurinkopaneelien ulkonäkö eroaa toisistaan. Ennen ensimmäisen yhteistilauksen järjestämistä ostimme 9 aurinkopaneelia, kiinnitystelineiden osia ja kaksi invertteriä demonstroimaan aurinkosähköjärjestelmän tärkeimpiä osia.

Aurinkopaneelivaihtoehdot, joita 2013 yhteistilauksessa esiteltiin olivat:

  • saksassa valmistettu 54 kennon ja 210W Heckert NeMo P210 monikidepii -aurinkopaneeli
  • saksassa valmistettu 54 kennon ja 220W Centrosolar S-Class Vision 220 monikidepii glass-glass eli kokolasinen aurinkopaneeli
  • kiinassa valmistettu 265W Yingli Panda YL265C-30b yksikidepii -aurinkopaneeli

Kun nämä paneelit annettiin vaihtoehdoiksi 2013 keväällä yhteistilauksesta kiinnostuneille niin Heckert-paneelia tilattiin 280 kpl, Centrosolar-paneelia tilattiin 80 kpl ja Yingli-paneelia tilattiin 0 kpl. Aurinkosähkön ollessa uutta ja tuntematonta, haluttiin ostaa laadukkaita Saksassa valmistettuja osia, joiden nähtiin olevan kestävämmällä pohjalla myös tuotannon ympäristövaikutusten ja työvoiman kohtelun etiikan saralla.

Monikidepaneelit

Monikideaurinkokopaneelit tai monikiteisestä piistä valmistetut aurinkopaneelit ovat maailmalla suosittuja, yksinkertaista ja koeteltua tekniikkaa ja edullisia. Niitä valmistetaan suuria määriä edullisesti, koska niiden raaka-aineena käytettävää monikiteistä piitä on helppoa ja edullista valmistaa.

Monikidepaneelien kennot ovat suorakulmaisia ja niiden välillä näkyy leveämpi alumiininvärinen ruudukko. Monikidepaneelien kennot ovan selkeästi sinisiä. Kennon yli kulkee kaksi hopeanväristä virrankeräyslankaa. Monikidepaneeleissa on yleensä alumiininväriset kehykset.

2013 yhteistilauksessa suosituin paneeli eli Heckert NeMo P210 monikide -aurinkopaneeli näyttää tältä.

Kokolasiset monikideaurinkopaneelit

Kokolasiset aurinkopaneelit ovat jonkinlainen ylellisyys- tai erikoistuote, joiden markkinaosuus on kehyksellisiä paneeleita selvästi pienempi ja nämä ovat tästäkin syystä näitä kalliimpia. Kokolasilla paneeleilla on sijoituskohteensa esim. terassien osittain läpinäkyvänä katteena tai tyylikkäänä julkisivumateriaalina.

Centrosolarin kokolasisissa monikide-aurinkopaneeleissa sininen on tummempaa sävyä kuin Heckertin valmistamissa monikidepaneeleissa. Näissä paneeleissa kennojen välissä on tummemman sininen ruudukko ja kennon yli kulkee kolme hopeanväristä virrankeräyslankaa. Tässä aurinkopaneelissa ei ole ollenkaan metallisia kehyksiä vaan paneeli muodustuu kahdesta toisiinsa laminoidusta lasikerroksesta.

2013 yhteistilauksessa yhtenä vaihtoehtona olleen Centrosolar S-Class Vision 220 -aurinkopaneelin ulkonäkö näyttää tältä.

Yksikidepaneelit

Yksiikideaurinkokopaneelit tai yksikiteisestä piistä valmistetut aurinkopaneelit ovat maailmalla suosittuja, mutta monikiteisiä harvinaisempia ja niitä hieman kalliimpia. Yksikiteisten aurinkopaneelien raaka-aineena käytettävään yksikiteisen piin valmistaminen on monikiteistä piitä monimutkaisempaa ja kalliimpaa.

Kolmantena vaihtoehtona olleessa Yinglin-valmistamassa paneelissa on 60 lähes mustaa yksikidepiistä leikattua kennoa. Kun kennot on leikattu pyöreästä aihiosta niiden kulmat puuttuvat ja neljän kennon välissä on yksikidepaneeleille tyypilliset valkoiset kärjellään seisovat neliöt. Kennon yli kulkee kolme hopeanväristä virrankeräyslankaa. Tässä paneelissa on alumiininväriset kehykset.

2013 yhteistilauksessa yhtenä vaihtoehtona ollut Yingli Panda -yksikidepaneeli näyttää tältä. Näitä ei lopulta hankittu 3 esittelypaneelia enempää.

Aurinkopaneelien laadusta ja turvallisuudesta

Verkkoonkytketyissä aurinkosähköjärjestelmissä aurinkopaneelit kytketään useimmiten sarjaan ja näissä sarjaan kytketyissä aurinkopaneeliketjuissa esiintyy tyypillisesti 360-800V tasajännitteitä. Invertteri taas muuntaa tämän jännitteen 230-400V vaihtojännitteeksi. Näiden korkeiden jännitteiden sekä järjestelmältä haluttavan pitkän käyttöiän takia järjestelmässä käytettävien komponenttien tulee olla laadukkaita ja sähköturvallisia.

Euroopassa myytävien tuotteiden turvallisuus perustuu valmistajan vakuutukseen ja sen merkiksi turvalliseen laiteeseen kiinnitettävään CE-merkkiin. CE-merkin ja valmistajan vakuutuksen taustalla tulee olla laitteelta vaadittava direktiivin- ja standardinmukaisuus, joka tulee perustua laitteiden testaukseen, jolla vaatimustenmukaisuus osoitetaan. Kaikkein luotettavimmin tämä tapahtuu kun vaadittu testaus on tapahtunut erillisen testauslaboratorion, kuten esim. saksalaisen TÜV Rheinlandin, toimesta. Aurinkopaneelin valmistajan ilmoitusta sertifikaatin olemassaolosta ei kannata jättää uskon varaan vaan sen olemassa- ja voimassaolo kannattaa tarkastaa testauslaboratorion webbipalvelusta, TÜV Rheinlandin tapauksessa tällaisen tarkastuspalvelun osoite on: https://www.certipedia.com.

Aurinkopaneelille tarpeellisia testauslaboratorion myöntämiä sertifikaatteja seuraavien standardin mukaisten testien läpäisemisestä ovat:

  • IEC 61730 – Aurinkopaneelien sähköturvallisuuteen liittyvät vaatimukset
  • IEC 61215 – Paneelin ominaisuuksiin ja niiden toimintaan liittyvät vaatimukset

Erikoiskohteissa kuten maatiloilla ja saaristossa myös:

  • IEC 61216 – Ammoniakin kestävyys, esim. kohteissa, joissa käytetään lannoitteita
  • IEC 61701 – Suolavesihuurujen kestävyys, esim. meren rannikoilla ja saaristossa

Näiden lisäksi valmistajan vakuutus “PID Safe” tai testauslaboratorion suorittama ja läpäisty Potential Induced Degradation (PID) -testaus olisi hyvä olla.