Aurinkovoimala

Aurinkovoimala

Aurinkovoimala, aurinkosähkövoimala, aurinkosähköjärjestelmä tai valosähköinen järjestelmä ovat nimityksiä kokonaisuudelle jonka tarkoituksena on tuottaa sähköä auringonvalon avulla.

Pääkomponentit

Aurinkovoimala-kokonaisuus muodostuu seuraavista pääkomponenteista:

Aurinkovirta käyttää pääasiallisesti seuraavien yritysten tuotteita:

  • aurinkosähköpaneelit: saksalaisen Heckert Solar valmistamia Heckert NeMo -paneeleita,
  • kiinnitysteline: saksalaisen Schletterin valmistamia telineitä, ja
  • invertteri: saksalaisen Solar Technology AG:n valmistamia SMA Sunny Tripower -inverttereitä ja tämän eri malleja

Apukomponentit

Jokainen aurinkovoimala koostuu tämän lisäksi tärkeistä apukomponenteista:

  • turvakytkimestä, vikavirtasuojakytkimestä, johdonsuojakatkaisijasta ja kaapelista koostuva sähköliitäntä yleensä lähimpään ryhmä- tai mittauskeskukseen,
  • aurinkopaneelit ja invertteri toisiinsa liittävä DC-kaapelointi liittimineen,
  • DC-kaapeloinnin mekaaninen suojaus,
  • kiinnitystelineen potentiaalintasaus, ja
  • aurinkosähkövoimalan merkintä tarroin.

Vuonna 2022 aurinkosähkövoimalan merkintää on parannettu lisäämällä merkintätarroihin ”Aurinkosähkö DC” -tarrasarjan, jolla DC-johtimet sisältävät suojaputket tulee merkitä 5m välein SFS-käsikirja Aurinkosähkö -mukaan.

DC-kaapeloinnin ja sen mekaanisen suojauksen kustannus alumiinisten suojaputkien avulla on alle 5% koko aurinkovoimalan kustannuksista, mutta luultavasti yli 90% voimalan tulipaloriskeistä.

Avustavat osajärjestelmät

Tämän lisäksi aurinkovoimala sisältää tai voi sisältää tärkeitä osajärjestelmiä:

  • tiedonsiirtoyhteys invertterin tuotantotietojen siirtämiseen sekä invertterin toiminnan valvontaan,
  • sähköliittymän, aurinkopaneelien ja tiedonsiirtoyhteyden mahdollisen ylijännitesuojauksen,
  • sähköliittymään liitetty ostetun ja myydyn sähkön mittaava mittari,
  • ohjausjärjestelmä ylituotannon omakäytön lisäämiseen,
  • ohjausjärjestelmä sähköauton latauspisteen ohjaukseen, ja
  • ohjausjärjestelmä akkuinvertterin ohjaukseen.

Avustavat osajärjestelmät jäävät usein huomiotta, kun aurinkovoimaloita ostetaan perehtymättä asiaan avaimet-käteen paketteina, koska ”pakettihintojen” halutaan olevan mahdollisimman houkuttelevia. Samalla jopa osa turvallisuudelle oleellisista apukomponenteista jää asentamatta.

Aurinkosähkövoimalan kokoluokka

Omakotitalon aurinkosähkövoimala

Omakotitalon aurinkosähkövomala perustuu yleensä yhteen 3-vaiheiseen 3-10kVA tehoiseen invertteriin ja 8-38 aurinkopaneelin muodostamaan 3,3-15kWp paneelistoon. Tällaisen voimalan aurinkopaneelit on suunnattu yhteen tai kahteen suuntaan, erikoistapauksissa jopa kolmeen.

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

Toki voimala voidaan suunnitella myös seuraavan kokoluokan eli 12-25kVA invertterin ympärille, jolloin päästään jo 112 aurinkopaneeliin ja 45kWp paneelitehoon asti. Tälläinen invertteri mahdollistaa jo kolme eri suuntaa ja / tai paneeliston kallistuskulmaa ja jopa kuusi erillistä paneelistoa

Pienempi omakotitalon aurinkosähkövomala

Pienempi omakotitalon aurinkosähkövomala perustuu 1-vaiheiseen 1,5 – 2,5kVA invertteriin ja 3 – 10 aurinkopaneelin muodostamaan 1,2 – 4kWp 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.

Omakotitalon aurinkosähkövoimala

Omakotitalon aurinkosähkövomala perustuu yleensä yhteen 3-vaiheiseen 3-10kVA tehoiseen invertteriin ja 8-38 aurinkopaneelin muodostamaan 3,3-15kWp paneelistoon. Tällaisen voimalan aurinkopaneelit on suunnattu yhteen tai kahteen suuntaan, erikoistapauksissa jopa kolmeen.

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

Toki voimala voidaan suunnitella myös seuraavan kokoluokan eli 12-25kVA invertterin ympärille, jolloin päästään jo 112 aurinkopaneeliin ja 45kWp paneelitehoon asti. Tälläinen invertteri mahdollistaa jo kolme eri suuntaa ja / tai paneeliston kallistuskulmaa ja jopa kuusi erillistä paneelistoa.

Maatilan tai yrityksen aurinkosähkövoimala

Maatilan tai pienen yrityksen aurinkosähkövomala muodostuu yhdestä tai useammasta 12-25kVA tai 50kVA invertteristä ja tähän sopivasta aurinkopaneelistosta. Aurinkopaneeleja voi tällaisessa voimalassa 30-112 tai jopa 224 kappaletta kunkin yhden invertterin takana. 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 käyttäen MC4-liittimiä. 2023 alkaen (aikaisemmin Aurinkovirran asiantuntijamielipiteen lisäksi nyt myös) sähköturvallisuusmääräykset vaativat, että DC-kaapelin liittet tulee olla saman valmistajan tekemä ja saman liitintyyppi molemmilla puolilla DC-liitosta. Käyttämällä ristiin kahden eri valmistajan liittimiä aiheutetaan tarpeeton tulipaloriski. 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. SFS-käsikirja 607 vaatii DC-kaapeleiden suojaputkiin ”Aurinkosähkö DC” varoitustarrat. Englannninkielissä maissa tarrassa tulee lukea ”Solar PV”.

Historiaa: Aikaisemmin Heckert-paneeleissa oli käytössä Tyco Solarlok -liitimet (2013-2018). 2018 joulukuusta alkaen Heckert-paneelit oli varustettu Tyco PV4S -liittimillä 2020 loppuun asti.

Seuraavassa on muutama lyhyt huomio kustakin osasta. Kuvauksen taustaoletuksena on vuoden 2024 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 330Wp tai tehokkaammat arinkopaneelit kytketään sähköisessä mielessä sarjaan aurinkopaneeliketjuiksi.
  • 3-vaiheinvertterin kanssa sarjaan kytketään 3-9, 5-13 tai 5-16 aurinkopaneelia riippuen invertterin suurimmasta sallitusta järjestelmäjännitteestä, jotta jännite on riittävän suuri invertterin käynnistämiseksi ja toisaalta alle invertteristä riippuen 600V, 850V tai 1000V tasajännitettä, jotta invertteri kestää jännitteen.
  • Kukin 3-9, 5-13 tai 5-16 paneelin ketjun aurinkopaneeleista tulee osoittaa samaan suuntaa, olla samassa kallistuksessa ja olla auringossa samaan aikaan.
  • Tietyissä tapauksissa kaksi saman pituista ( = sama määrä paneeleita) paneeliketjua voidaan kytkeä rinnakkain, jos paneelien ja invertterin tekniikka tämän sallii.
  • 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 3-9, 5-13 tai 5-16 aurinkopaneelia yhteen ketjuun ja tulevaisuudessa lisätä toinen kokonainen paneeliketju.
  • 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 yleensä M12x200 tai M12x250 ja harvoin M12x300 -ankkuripulteilla. Ankkuripultin asennus vain ruoteeseen ei riitä ja puhkaisee mahdollisen aluskatteen.
  • Peltikatto, jolla aurinkopaneelien asennusteline asennetaan tulee olla maalattu tai muovipinnoitteinen ja pinnoitteen tulee olla ehjä, pelkästään sinkitty peltikatto tulee ruostumaan nopeasti. Ennen aurinkopaneelien asennusta vanha pelkästään galvanoitu peltikatto tulee maalata.
  • 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 C500-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. Potentiaalintasausjohtimen tulee määräysten mukaan kulkea katolta alas DC-johtimien kanssa samaa reittiä.
  • Potentiaalintasausjohdin kulkee maatelineeltä maadoituskiskolle yleensä erillisenä paljaana 16mm2 kuparijohtimena samassa kaapeliojassa muiden kaapeleiden kanssa. Tämä paljas kupari kulkee siis DC-kaapeleiden suojaputken ulkopuolella.
  • 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.
  • Yleensä ei kannata käyttää 4mm2 DC-johtimia, muuta kuin erikoistapauksissa ja silloinkin kohteen laskelmat pitää olla tehty oikeilla tiedoilla tälle kaapelin paksuudelle.
  • Yhdeltä aurinkopaneelistolta tulee erilliset plus- ja minus-johtimet invertterille asti. 25m metrin matkalle siis tarvitaan 50m kaapelia + työvara.
  • 6mm2 aurinkosähkökaapelin maksimipituus on 25-50-100m riippuen aurinkopaneelen määrästä eli käytetystä jännitteestä, paksummalla kaapelilla enemmän. 6mm2 kaapelin sijaan voidaan käyttää myös 10mm2 kaapelia.
  • 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, toisen rakennuksen katolle 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. Tietenkään Aurinkovirta ei voi luvata edes SMA-invertterin kestävän 15 vuotta vaan invertterin todelliseen kestoon tulee vaurautua tarvittaessa maksullisen jatkotakuun ja/tai kotivakuutuksen avulla.

Vuonna 2022 SMA pidensi uusien SMA Sunny Tripower 3.0 – 6.0 ja 8.0 – 10.0 invertteriensä tehdastakuun aikaisemmasta viidestä vuodesta 10 vuoteen, kun laitteen rekisteröi vuoden kuluessa käyttöönotosta!  Tämä pidennys koskee laitteita, jotka on asennettu lokakuussa 2021 ja sen jälkeen ja, jotka on rekisteröity valmistajan webbisivulla vuoden kuluessa käyttöönotossa. Tämä osoittaa miten SMA luottaa valmistamiinsa laitteisiin! Takuupidennys tulee voimaan, kun invertteri rekisteröidään valmistajan sivuilla SMA:n vaatimusten mukaisesti.

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.
  • Vuoden 2021 alusta alkaen jokaiseen 3-10kVA invertterin sisältämään Aurinkovirta-toimitukseen on kuulunut laadukas Katkon valmistama oikein mitoitettu AC-turvakytkin.

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.
  • >=50kVA -invertterin suojalaitteet poikkeavat ylläolevasta.

Nämä ohjeet eivät välttämättä päde muiden valmistajien invertterien kohdalla, koska nämä ohjeet perustuvat SMA:n ilmoittamiin ominaisuuksiin.

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.
  • Katolta / aurinkopaneelistolta tulevaa keviä ei saa katkaista invertterin kohdalla, yleensä  aurinkopaneeliston kevi ja invertterin kevi ovat erilliset kaapelinsa. Poikkeuksesta päättää sähöurakoitsija.
  • 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.

Tämä sivu on päivitetty 19.2.2024.