Aurinkosähkön tekninen potentiaali Jyväskylässä

Abstract

Tutkielman tavoitteena on selvittää Jyväskylän asuinrakennusten aurinkosähköistä potentiaalia simuloimalla katolle asennettavan aurinkosähköjärjestelmän tuottoja ja vertaamalla niitä rakennuksen sähkönkulutukseen. Tarkastelu tehtiin tätä tarkoitusta varten suunnitellun MATLAB-ohjelman avulla. Laskennan pohjana käytettiin Jyväskylän yliopiston kemian laitoksen sääasemalta saatuja säteily-, lämpötila- ja tuulennopeusaineistoja vuosilta 2010 ja 2011.

Tutkimuskohteina käytettiin viittä kerrostaloa, jotka sijaitsevat alle 1,5 kilometrin etäisyydellä sääasemasta. Tasakatolle sijoitettavat aurinkosähköpaneelit suunnattiin etelään 47 asteen kallistuskulmassa. Harjakatoille paneelit sijoitettiin lappeen suuntaisesti. Paneeliksi valittiin monikiteinen aurinkosähköpaneeli, jonka nimellisteho on 305 W. Kullekin kohteelle laskettiin kuukausi-, kausi- ja vuosikohtainen tuotto vuodelle 2010. Kunkin kohteen tuottoa verrattiin rakennuksen arvioituun laitesähkönkulutukseen, jonka oletettiin olevan 2400 kWh asuntoa kohti vuodessa. Lisäksi tarkasteltiin vuosien 2010 ja 2011 vuosituottojen välistä eroa sekä eri paneelityyppien vaikutusta saataviin tuottoihin.

Esimerkkitapauksissa katolle asennetulla aurinkosähköjärjestelmällä voidaan mallinnuksen tulosten perusteella parhaassa tapauksessa kattaa noin 35% rakennuksen laitesähkönkulutuksesta. Tämä 35 prosentin osuus voidaan saavuttaa korkeintaan neljä- tai viisikerroksisissa rakennuksissa, sillä tätä korkeammilla rakennuksilla aurinkopaneelien asennukseen käytettävän kattopinta-alan suhde asuntojen määrään on liian pieni. Neliömetrikohtaisia tuottoja voitaisiin parantaa tehokkaammalla 345 W:n yksikidepaneelilla noin 14%, mikä vastaa noin paria prosenttiyksikköä kulutuksesta. Vuosien 2010 ja 2011 vuosituottojen välillä ei havaittu merkittävää eroa vuosikulutuksen kannalta.

The aim of this thesis is to look into the photovoltaic potential of residental buildings in Jyväskylä by simulating the yield of a rooftop photovoltaic solar system and by comparing the yield with the electricity consumption of the building. A MATLAB program was developed for calculation purposes. Radiation, temperature and wind speed data for the years 2010 and 2011 were used for the calculations. The data were collected by the weather station of the Department of Chemistry of the University of Jyväskylä.

Five apartment buildings, situated within a 1.5 km radius from the weather station, were used as case study samples. PV panels placed on flat roofs were directed to the south with a tilt angle of 47 degrees. The panels placed on pitched roofs were positioned in the direction of and with the tilt angle of the rooftop. The PV panel used was a polycrystalline silicon solar panel with a nominal power of 305 W. Monthly, seasonal and annual yields for the year 2010 were calculated for each of the case study buildings. The yield of each building was compared with the building’s approximate annual energy consumption of household appliances, which was assumed to be 2400 kWh per household per year. Yield differences between the years 2010 and 2011 were also studied, as well as the effects of selecting a different type of solar panel.

Based on the calculations perfomed for the case study buildings, up to 35% of the annual energy consumption of household appliances could be covered with a rooftop PV system. This holds true for buildings up to 4 or 5 floors, since higher buildings have markedly less surface area for PV panels per household. If a monocrystalline solar panel with a nominal power rating of 345 W was used, yields per square meter could be increased by approximately 14%, which is equivalent to approximately two percentage points of the annual consumption. There was no significant difference between the annual yields of the years 2010 and 2011.