Väitös: Sähköenergiavarastot vaikuttavat aurinkosähkön hyödyntämisen kannattavuuteen asuinkiinteistöissä

Aurinkosähkön tuotantoteho vaihtelee voimakkaasti sääolosuhteiden, vuorokauden ajan ja vuodenajan mukaan, jolloin vain osa tuotannosta saadaan hyödynnettyä omassa kulutuksessa. Tyypillisesti ostosähkön korvaaminen omalla tuotannolla on kannattavaa, koska tällöin vältetään sähköenergian ostokustannuksen lisäksi siirron ja sähköveron aiheuttamat kustannukset. Sen sijaan ylijäämän myynti verkkoon ei ole kannattavaa, kun huomioidaan järjestelmän investointikustannukset. Tutkija Juha Koskelan mukaan aurinkosähköjärjestelmän mitoittamisella voidaan vaikuttaa siihen, miten suuri osa tuotannosta voidaan hyödyntää omassa kulutuksessa.

Käytännössä asuinkiinteistöissä sähköenergiaa voidaan varastoida akkuun tai kiinteistön sähkön käyttöä voidaan ohjata automaatiolla siten, että kulutus vastaa paremmin aurinkosähkön tuotannon vaihtelua. Esimerkiksi talon lämmityskuormaa voidaan ohjata säätämällä sisälämpötilaa.

– Näin voidaan kasvattaa asuinkiinteistön omassa kulutuksessa käytettävän tuotannon määrää ja samalla pienentää asiakkaan ja verkon välillä siirtyvän energian määrää molempiin suuntiin. Tämä voisi vähentää verkon vahvistamisen tarvetta ja siten hillitä myös osaltaan verkkopalvelumaksujen nousua, Koskela toteaa.

Akuilla on asuinkiinteistöissä useita ansaintamahdollisuuksia

Koskelan mukaan akkujen yleistymisen esteenä on ollut niiden korkea hinta ja toisaalta heikko tuntemus niiden hyödyntämismahdollisuuksista.

–Akuilla on asuinkiinteistöissä useita ansaintamahdollisuuksia. Aurinkosähkön omakäytön kasvattamisen lisäksi niitä voidaan käyttää kiinteistön sähkön huipputehon laskemiseen, varsinkin jos verkkopalvelumaksu sisältää tehomaksun. Lisäksi akkuja voidaan käyttää sähkön ostokustannusten minimoimiseen pörssisähköä hyödyntämällä, Koskela sanoo.

Väitöstyössään hän tutki, miten akuista saataisiin paras taloudellinen hyöty ja kehitti tähän asuinkiinteistön sähkön kulutuksen ennusteisiin ja sähkön hinnoitteluun perustuvia ohjausmenetelmiä. Koskela osoittaa, että samaa akkua voidaan hyödyntää useaan ansaintamahdollisuuteen, jolloin saatavat tuotot suhteessa akun hintaan kasvavat. Kehitetyt ohjausmenetelmät etsivät kullakin hetkellä sen ansaintamahdollisuuden, josta akkua lataamalla tai purkamalla saadaan suurin hyöty. Ennusteet mahdollistavat sen, että sähköä on varastossa silloin, kun sitä tarvitaan, tai toisaalta, että akussa on tilaa, kun varastoinnille tulee tarve.

–Kuitenkin ilman älykästä ennusteisiin perustuvaa ohjausta hyöty voidaan menettää, kun erilaisia ansaintamahdollisuuksia yhdistetään, Koskela huomauttaa.

Aurinkosähköjärjestelmän oikea mitoitus kannattaa

Lisäksi Koskela kehitti aurinkosähköjärjestelmien mitoitusmenetelmän taloudellisesta näkökulmasta ja havaitsi, miten akku vaikuttaa mitoitukseen. Mitoitusmenetelmän avulla voidaan löytää se aurinkosähköjärjestelmän koko, jolla siitä saatavat hyödyt maksimoidaan suhteessa hankintakustannuksiin. Mitoitusmenetelmä huomioi erilaiset sähkön kustannuskomponentit ja mitoitettavan asuinkiinteistön kulutusprofiilin. Ottamalla akku mukaan mallinnukseen, voidaan sen vaikutus huomioida mitoituksessa.

–Usein akun kannattavuutta tarkastellaan erikseen mitoitetun aurinkosähköjärjestelmän rinnalla eikä huomioida sitä, että sähkön varastointikapasiteetti vaikuttaa suoraan aurinkosähköjärjestelmän mitoitukseen. Akkuja hyödyntämällä voidaan useissa tapauksissa kasvattaa kannattavan aurinkosähköjärjestelmän kokoa merkittävästi, Koskela toteaa.

Akkujen ja aurinkosähkön kannattavuuteen vaikuttaa myös muun muassa se, että sähkön mittauksessa ollaan siirtymässä tai on jo siirrytty tunnin jaksoista vartin jaksoihin. Tämä pienentää aurinkosähkön tuotannon osuvuutta kulutukseen mittausjakson aikana. Koskela totesi väitöstutkimuksessaan, että tämän muutoksen vaikutus on vähäinen aurinkosähkön kannattavuuteen asuinkiinteistöissä, mutta akun käytön kannattavuus aurinkosähkön rinnalla kasvaa suhteessa enemmän.

Väitöstilaisuus perjantaina 17. toukokuuta

Diplomi-insinööri Juha Koskelan sähkötekniikan kuuluva väitöskirja Utilization of Electrical Energy Storage in Residential Buildings with Small-Scale Photovoltaic Production: Techno-economic research perspective tarkastetaan Tampereen yliopiston Informaatioteknologian ja viestintätieteiden tiedekunnassa perjantaina 17. toukokuuta 2024 kello 12.00 alkaen Tietotalon salissa TB109 (osoite: Korkeakoulunkatu 1, Tampere).

Vastaväittäjänä toimii professori Jero Ahola LUT-yliopistosta. Kustoksena toimii professori Pertti Järventausta Tampereen yliopistosta.

Väitöstilaisuuden kieli on suomi.