Aurinkoenergialla tarkoitetaan auringon säteilemän energian hyödyntämistä lämpö- tai sähköenergiana. Tavallisesti tätä säteilyenergiaa hyödynnetään joko aurinkokennon tai -keräimen avulla, mutta myös monia muita teknisiä sovelluksia aurinkoenergian hyödyntämiseksi on kehitteillä.
Aurinkohan on itsessään aivan valtava energiavaranto. Sen säteilemää sähkömagneettista säteilyä vapautuu fuusioreaktioissa, jotka tapahtuvat auringon ytimessä. Siihen, miten paljon säteilyä tietylle maanpinnan paikalle kohdistuu, riippuu sekä vuoden- että vuorokaudenajasta eli maan kallistuskulman asennosta aurinkoon nähden ja maan pyörimisestä auringon ympäri.
Myös sekä pilvisyys että ilmakehän sisältämät yhdisteet vaikuttavat säteilyn määriin. Tästä auringon maan pinnalle tietyssä ajassa säteilemästä energian määrästä käytetään myös termiä insolaatio ja sen yksikkönä on W/m².
Osa maahan tulevasta säteilystä heijastuu suoraan pois. Tämä osuus on keskimäärin 29 prosenttia, mutta esimerkiksi lumi heijastaa säteilyä pois poikkeuksellisen paljon. Kaiken kaikkiaan aurinkoenergian potentiaali on huikean suuri. Ihmiskunnan koko energiankulutus per vuosi on saman suuruinen kuin mitä auringon energiaa imeytyy ilmakehään ja maanpintaan yhdessä tunnissa.
Aurinkoenergiaa on hyödynnetty jo vuosituhansia
Aurinkoenergia on uusiutuvaa energiaa, eikä sen tuotannosta synny päästöjä tai jätettä – muuta kuin laitteiden valmistuksen ja kierrätyksen yhteydessä. Ei siis ole ihme, että sitä pyritään hyödyntämään. Eikä tämä ole todellakaan vain nykyajan ihmisen pyrkimyksiä ja keksintöä. Historiankirjat osaavat kertoa, että jopa 6 000 vuotta sitten kivikaudella eläneet kiinalaiset osasivat hyödyntää aurinkoenergiaa. He osasivat suunnitella asuinpaikkansa rakentamisen niin, että auringosta sai kaiken hyödyn irti talvisin, mutta kesällä asumukset eivät lämmenneet liikaa.
Myös antiikin Kreikassa lähes kaikki talot lämpenivät juuri aurinkoenergialla. Ensimmäisen toimivan aurinkokennon rakensi yhdysvaltalainen Fritts jo vuonna 1883, ja ensimmäinen aurinkopaneeli tuli suurelle yleisölle myyntiin vuonna 1956 – hinta oli tosin päätä huimaava.
1970-luvun öljykriisistä lähtien aurinkoenergian hyödyntämispyrkimyksiä on vauhdittanut tarve panostaa uusiutuviin energiamuotoihin. Aurinkoenergian hyödyntämistä on hidastanut lähinnä laitteiden korkea hinta. Ne ovat onneksi tulleet jatkuvasti alas, ja vuonna 2010 hintojen voidaan sanoa jopa romahtaneen. Aurinkoenergiaa tuotetaankin nykyään yhä enenevissä määrin.
Aurinkoenergian käyttö Suomessa
Aurinkoenergian tuotanto on riippuvaista valon määrästä, jonka vuodenajan mukainen vaihtelu on Suomessa, kuten tiedämme, suurta. Lisäksi erot Suomen alueiden välillä ovat isoja. Kesällä aurinkoenergian määrä on Suomessa jopa suurempi kuin esimerkiksi Keski-Euroopassa. Toisaalta talvea kohden sen saatavuus romahtaa.
Suomessa aurinkosähkön käyttäminen on alkanut erityisesti kesämökeiltä. Tähän on ajanut usein tietynlainen pakko: sähköverkkoon liittyminen on ollut mahdotonta joko tontin sijainnin tai hinnan vuoksi. Suomen suurin aurinkovoimala rakennettiin vuonna 2016 Helsingin Kivikkoon.
Aurinkoenergiaa hyödynnetään sekä aurinkosähkönä että aurinkolämpönä. Aurinkosähköä tuotetaan tavallisimmin aurinkokennoilla, mutta auringon säteilyä voidaan kerätä myös linsseillä tai peileillä. Kennot muuttavat auringon säteilyn sähköenergiaksi valosähköisen ilmiön avulla. Tiivistettynä tässä ilmiössä fotoni absorboituu atomiin ja irrottaa tästä elektronin. Fotoni katoaa siirtäen sen koko energian elektronille.
Yleisimmin aurinkokennojen materiaalina on galliumarsenidi, yksikiteinen pii, monikiteinen pii tai amorfinen pii. Koska yksittäinen aurinkokenno tuottaa vain suhteellisen pienen jännitteen, kytketään kennot yleensä sarjaan ja asennetaan kehikkoon.
Aurinkosähkö ja aurinkolämpö
Aurinkokennojen muodostamasta kokonaisuudesta käytetään nimitystä aurinkopaneeli. Aurinkokennoilla on monia erilaisia käyttökohteita, kuten verkkovirrasta irralliset pienkohteet, kesämökit, asuntovaunut, veneet, jääkaapit, kannettavat laitteet sekä satelliitit ja avaruusluotaimet.
Aurinkokennon tyypillinen käyttöikä on n. 30 vuotta. Niitä on sekä levykennoja että keskittäviä aurinkokennoja (CPV). Jälkimmäisten markkinat ovat kasvaneet jo pidempään nopeasti, ja kuluttajien onneksi tekniikka on kehittynyt jatkuvasti, samalla kun hinnat ovat tulleet alas. Aurinkoenergiaa voidaan hyödyntää Suomessa vuositasolla aivan pohjoisimpiakin leveysasteita myöten.
Toinen aurinkoenergian käyttömuoto on aurinkolämmitys, jossa energia käytetään lämpönä suoraan ilman, että sitä muutetaan sähköksi. Energian talteen ottamisessa käytetään erityistä aurinkokeräintä. Aurinkokeräimet muuntavat auringon säteilyä käyttökelpoiseksi lämmöksi ja niiden etuna on, että ne vastaanottavat myös hajasäteilyä. Näin ollen ne keräävät lämpöä myös sään ollessa pilvinen.
Aurinkolämmöllä voidaan lämmittää niin rakennuksia, käyttövettä kuin teollisuuden prosessivettäkin. Aurinkokeräimet jaetaan levy- ja vakuumikerääjiin. Suurin osa kerääjistä on levykeräimiä. Vakuumikerääjällä saavutetaan korkeampia lämpötiloja, mutta ne ovat hinnaltaan kalliimpia.
Aurinkolämmön varastointi
Yksi keskeinen osa aurinkolämmön käytössä on lämmönvarastointi. Omakotitaloissa lämpöä varastoidaan vesivaraajaan, joka löytyy monista asunnoista jo valmiina. Suurissa aurinkokeräinpuistoissa, jotka on liitetty kauko- tai aluelämpöverkkoon, varastoina ovat todella suuret, eristetyt vesisäiliöt tai kallioluolat.
Aurinkolämpöjärjestelmän etuna on paitsi se, että se ei aiheuta päästöjä, myös sen käyttökustannusten alhaisuus. Ongelmana Suomen oloissa on kuitenkin se, että myös muita lämmönlähteitä tarvitaan. Tyypillisillä järjestelmillä voidaan kuitenkin kattaa hyvin esimerkiksi käyttöveden lämmitys kesän kuukausina.
Aurinkoenergiaa – myös tulevaisuudessa!
Suomessa on useita suurempia aurinkovoimalaitoksia; esimerkiksi Rauman aurinkopuisto, Atrian aurinkosähköpuisto, Lemene eli Lempäälän energiayhteisö ja Helen Oy, Kivikon aurinkovoimala. On kuitenkin huomattava, että kansainväliseen mittakaavaan verrattuna Suomen suurimmatkin aurinkovoimalat ovat varsin pienehköjä. Aurinkoenergialla on kuitenkin todellakin lupaava tulevaisuus edessään. Erityisesti aurinkoenergiajärjestelmien hinnan laskemisen myötä aurinkoenergiasta on tullut myös taloudellisesti kannattavaa. Aurinkoenergia on uusiutuvaa energiaa, jonka käyttömahdollisuuksia on hyödynnetty jo vuosituhansien ajan. Tekniset sovellukset kehittyvät huimaa vauhtia ja jää vain nähtäväksi, millaisista keksinnöistä pääsemme tulevaisuudessa nauttimaan.