Ero sivun ”Aurinkokenno” versioiden välillä

'''AurinkokennoAurinkopaneeli''' on laite, jolla [[auringon säteily]] muunnetaan [[sähkö]]energiaksi [[valosähköinen ilmiö|valosähköisen ilmiön]] avulla. Kennon toiminta perustuu kahteen pääperiaatteeseen: saapuva [[fotoni]] synnyttää [[Absorptio (sähkömagneettinen säteily)|absorboivaan]] [[puolijohde|puolijohteeseen]] varauksenkuljettajia, jotka kerätään kulutuslaitteeseen tai [[akku]]ihin. Aurinkosähköä voidaan tuottaa myös [[infrapuna]]valosta.<ref>[http://www.tekniikkatalous.fi/energia/article550997.ece, Aurinkosähköä pimeässä,] Tekniikka ja Talous</ref> Yleisimpiä aurinkokennojenaurinkopaneelien materiaaleja ovat [[piikiekko|yksikiteinen pii]], [[polypii|monikiteinen pii]], [[galliumarsenidi]] ja amorfinen [[pii (alkuaine)|pii]].

Yksittäinen aurinkokennoaurinkopaneeli tuottaa suhteellisen pienen jännitteen, joten yleensä aurinkokennotaurinkopaneelit kytketään sarjaan ja asennetaan kehikkoon niin kutsutuksi aurinkopaneeliksi. Valosähköisestä aurinkosähköstä puhuttaessa käytetäänkin yleensä termiä aurinkopaneeli kennon sijaan.

[[Albert Einstein]] selitti [[valosähköinen ilmiö|valosähköisen ilmiön]], johon [[Pii (alkuaine)|piipohjaiset]] aurinkokennotaurinkopaneelit perustuvat. Valosähköilmiö havaittiin ensimmäisen kerran 1830-luvulla, mutta vasta 1880-luvulla ilmiötä alettiin ymmärtää edes jollain tasolla. Tuolloin [[Heinrich Rudolf Hertz|Hertz]] havaitsi, että pinnan valaiseminen helpotti jonkin pakoa (vuonna 1887), tunnemme nämä hiukkaset elektroneina. Tämä ajatus ei ollut mitenkään vallankumouksellinen, sillä pinnan potentiaalienergiavyöhykkeen olemassaolo tiedettiin jo. [[Thomas Alva Edison|Edison]] havaitsi vuonna 1883, että materiaalin kuumentaminen erittäin korkeaan [[lämpötila]]an vapautti elektroneja (Edison ei tuntenut elektronia). Pienintä energiaa, jolla elektroni irtoaa kappaleen pinnasta kutsutaan [[irrotustyö]]ksi (f) ja se on materiaalivakio. Hertzin käyttämät kappaleet eivät olleet riittävän kuumia, jotta elektroni olisi irronnut lämpöenergialla.<ref name="physics">Young & Freedman, Sears and Zemansky's University Physics with Modern Physics 11th Edition, s. 1447-1450 {{en}}</ref>

AurinkokennojaAurinkopaneeleja käytetään esimerkiksi maata kiertävissä [[satelliitti|satelliiteissa]], [[avaruusluotain|avaruusluotaimissa]], kannettavissa laitteissa, kuten taskulaskimissa ja rannekelloissa ja sähköverkon ulottumattomissa olevilla alueilla esimerkiksi valaistukseen ja veden pumppaukseen. Vuoden 2008 asennuksista aurinkokennoillaaurinkopaneeleilla tuotetusta sähköstä liitettiin [[sähköverkko]]on 98,7 %, EU:ssa ja 3 % Suomessa.<ref name="BaroPhoto2009">[http://www.energies-renouvelables.org/observ-er/stat_baro/erec/baro190.asp Photovoltaic energy barometer 2008 - EurObserv’ER] Systèmes solaires Le journal des énergies renouvelables n° 184, s. 72-102, 3/2009</ref>

Helsingin ekologisen rakentamisen alueella [[Viikki|Viikissä]] on Suomen ensimmäinen aurinkosähköä käyttävä asuinkerrostalo. Viidennes kiinteistösähköstä tuotetaan aurinkokennoillaaurinkopaneelilla. Järjestelmä on liitetty [[Helsingin Energia]]n sähkönjakeluverkkoon, johon kesäaikana kerääntyvä ylimääräinen aurinkosähkö siirtyy. Talossa on 39 asuntoa. Sähköteho on 24 kW. AurinkokennotAurinkopaneelit ovat osa parvekejulkisivuja. Asukkaat voivat seurata tuotettua energiaa ja säteilytehoja reaaliaikaisesti internetistä. Projekti kuuluu EU:n PV-Nord –hankkeeseen.<ref>Aurinkosähköä asuinkerrostaloon. Kiinteistösähköstä viidennes paneeleilla. Envirotec 2004, s. 25, PubliCo Oy, Helsinki 2004</ref><ref>[http://www.pvnord.org/results/downloads/PVarchitects050121.pdf Photovoltaics in architecture - lessons learned in PV Nord] joulukuu 2004</ref><ref>[http://www.pvnord.org/buildings/ekoviikki/Brief_Building_Report_Ekoviikki_Salvia.pdf Brief Building Report, PV-Nord demobuilding C, As.Oy Salvia, Ekoviikki]</ref> Viikissä oli tarkoitus myydä sähkö Helsingin Energialle siten, että sama määrä sähköä olisi myöhemmin saatu tarvittaessa. [[Verovirasto]] ja [[tulli]] estivät sen. Koska määräykset tekivät sähkön myynnin mahdottomaksi, saa Helsingin energialaitos ylimääräisen sähkön toistaiseksi ilmaiseksi (vuonna 2007). Vuonna 2007 aurinkokennotaurinkopaneelit tuottivat 16 % tässä rakennuksessa käytetystä sähköstä.<ref>{{Verkkoviite|Osoite=http://hbl.fi/nyheter/2007-11-01/solpanelhuset-ger-gratis-el-energiverket|Nimeke=Solpanelhuset ger gratis el åt energiverket|Julkaisu=HBL.fi|Ajankohta=1.11.2007|Viitattu=20.10.2013}}</ref>

[[Google]] suunnitteli vuonna 2006 rakentavansa 1,6 MW:n järjestelmän pääkonttoriinsa. Kalifornian kuvernööri [[Arnold Schwarzenegger]]in tavoite on asentaa Kaliforniaan 3&nbsp;000 MW:n aurinkokennojaaurinkopaneeleja (2017).<ref name="IEA06">[http://www.iea-pvps.org/products/download/rep_ar06.pdf Photovoltaic power systems programme, Annual report 2006]</ref>

Perinteisesti aurinkokennoilleaurinkopaneelille suosittuja käyttökohteita ovat olleet [[Verkkovirta|verkkovirrasta]] irralliset pienkohteet, kuten vesipumput ja taskulaskimet. Kesämökkien, asuntovaunujen, veneiden ja autojen ilmastointilaitteiden käyttövoiman tuottajana ne ovat yleisiä. Jääkaapit, pakastimet, viestintälaitteet ja kannettavat tietokoneet saavat sähköä aurinkokennoistaaurinkopaneeleista myös erämaassa. Syrjäiset kohteet, kuten majakat tai tukiasemat, on järkevintä sähköistää aurinkoenergialla tai [[Hybridivoima|hybridijärjestelmällä]] liittämällä verkkoon.

Aurinkoenergian tärkeä tulevaisuuden sovellutus saattaa olla veden hajottaminen elektrolyyttisesti [[Vety|vedyksi]] ja [[Happi|hapeksi]] [[polttokenno]]ja varten.<ref name="us"/> ESA on kehittänyt aurinkoenergialla kulkevan auton ja Husqvarna [[ruohonleikkuri|ruohonleikkurin]]. Saksassa asennettiin vuonna 2006 3,5 MW autoihin, liikennevaloihin jms.<ref name="IEA06">[http://www.iea-pvps.org/products/download/rep_ar06.pdf Photovoltaic power systems programme, Annual report 2006]</ref> Etenkin Kiina, Saksa ja Japani tukevat aurinkokennojenaurinkopaneelien rakentamista.

==AurinkokennoAurinkopaneeli==

Kennojen tyypillinen käyttöikä on noin 30 vuotta. AurinkokennotAurinkopaneelitt voidaan jakaa tasapaksuihin levykennoihin (flat-plate PV), joissa auringonvalo tuottaa suoraan sähköä sekä [[Keskittävä aurinkovoima|keskittäviin aurinkokennoihinaurinkpaneeleihin]] (CPV), joissa auringonvalo keskitetään tai tiivistetään sähkön tuotantoa varten. Levykennojen huipputeho on yleensä 5–300 W. CPV-kennojen huipputeho vaihtelee 0,5–40 kilowattiin. CPV-markkinat kasvavat tällä hetkellä nopeimmin. Vuonna 2004 CPV:n osuus markkinoista oli prosentin luokkaa.<ref name="us.prog7-11"/>{{selvennä}}

AurinkokennojenAurinkopaneelien tehokkuus riippuu auringon säteilyenergian määrästä, eli se riippuu alueen leveysasteista, paikallisesta ilmastosta ja ilmansaasteiden määrästä. Parhaimmillaan aurinkoenergiajärjestelmät ovat aurinkoisissa maissa, jotka sijaitsevat päiväntasaajan molemmin puolin.<ref name="us" />{{selvennä}}. Useimpien aurinkokennojenaurinkopaneelien teho kuitenkin laskee lämpötilan noustessa ja pohjoisessa päivänvaloa saadaan kesäaikana ympäri vuorokauden, joten vuositasolla aurinkoenergiaa voidaan taloudellisesti hyödyntää pohjoisillakin leveysasteilla.<ref>Aurinko-opas. Aurinkoenergiaa rakennuksiin. Porvoo: Aurinkoteknillinen Yhdistys ry, 2008. s. 123.</ref> Toisaalta kesäauringon laajemmasta kaaresta [[ekliptika]]lla seuraa energian talteenoton vaikeutuminen, jota voi korjata esimerkiksi seurannalla, joka tosin monimutkaistaa laitteistoa ja nostaa sen hintaa.

==AurinkokennojenAurinkopaneelien tuotanto==

1990-luvulla PV (photovoltaic)-markkinat kasvoivat vuosittain 33 %: 60 MW (1994) 1 GW (2004). Vuonna 2004 kapasiteetti kasvoi 60 %. Uusista järjestelmistä 80 % kytkettiin verkkoon (2004). Kasvu on merkittävintä Saksassa, Japanissa ja joissakin Yhdysvaltojen osavaltioissa, kuten Kaliforniassa, New Jerseyssä ja Arizonassa. Kasvusta on aiheutunut hetkellinen piimateriaalien pula. Se on antanut hetkellisen markkinaedun ohutkalvomateriaaleille ja keskittäville aurinkokennoilleaurinkopaneelille.

Suurin aurinkokennojenaurinkopaneelien tuottaja vuonna 2010 oli Kiina (13 018,4 MWp – [[megawatt-peak]]). Euroopan suurin aurinkokennojenaurinkopaneelien tuottaja oli Saksa (2 656,2 MWp, 9,8 % osuudella koko maailman aurinkokennojenaurinkopaneelien tuotannosta)<ref>[http://www.eurobserv-er.org/pdf/baro202.pdf Photovoltaic Barometer by EurObserver]</ref>.

! colspan=9 align=center style="background: #FFDEAD" | AurinkokennojenAurinkopaneelien tuotanto<ref name="baro184">[http://www.energies-renouvelables.org/observ-er/stat_baro/erec/baro184.asp Photovoltaic energy barometer 2008 - EurObserv’ER] Systèmes solaires Le journal des énergies renouvelables n° 184, s. 49-68, 4/2008, tuotanto s. 56, alueet s. 59</ref>

AurinkokennojenAurinkopaneelien tuotantoalueet vuonna 2007 jakautuivat seuraavasti: Eurooppa 29 %, Japani 25 %, Kiina 22 %, Taiwan 10 %, USA 7 % ja muut 8 %.<ref name="baro184">[http://www.energies-renouvelables.org/observ-er/stat_baro/erec/baro184.asp Photovoltaic energy barometer 2008 - EurObserv’ER] Systèmes solaires Le journal des énergies renouvelables n° 184, s. 49-68, 4/2008, tuotanto s. 56, alueet s. 59</ref>

Jos yritysten laajennustiedotteet ja arviot toteutuvat, aurinkokennojenaurinkopaneelien tuotantokapasiteetti olisi 4,8 GW 2006/2007.<ref name="Waldau"/> Piin tuotantomäärät ovat olleet rajoittava tekijä. 2006–2008 vuosituotanto voi lisääntyä jopa 2 GW:lla. AurinkokennojenAurinkopaneelien tuotanto oli 1,7 GW vuonna 2005, 1,15 GW vuonna 2004 ja 0,56 GW vuonna 2002. Valoenergiamarkkinat kasvoivat 40 % vuonna 2001 ja 2002. Maittain tuottajat vuonna 2005 olivat: Japani 830 MW, Eurooppa 470 MW, Kiina 200 MW ja USA 150 MW. Markkinaosuudet maittain 2002 ja (1997): Japani 44 % (25 %), Eurooppa 25 % (23 %) ja USA 20 % (41 %). Vaikka hinta on yhä muita energiamuotoja korkeampi, aurinkoenergian mahdollisuudet edulliseksi energiaksi ovat suuret. Tuotannon lisäys laskee hintaa ja kehitys nostaa tehoa. Kokemuksen mukaan tuotannon kaksinkertaistaminen on laskenut hintaa 20 %. [[Sharp]] ennustaa hyötysuhteen nousevan 17 %:sta 23–24 %:iin 2010-luvulla.

Eurooppalainen [[Q-Cells]] kaksinkertaisti tuotantonsa 2005. Japanilaiset [[Sharp]] ja [[Kyocera]] lisäsivät tuotantoaan 30 % vuonna 2005. [[Sanyo]] kasvoi neljänneksi suurimmaksi japanilaisyritykseksi seitsemänneltä tilalta. Kiinan aurinkokennotuotantoaurinkopaneelituotanto kolminkertaistui 65 MW:sta 200 MW:iin vuonna 2005. Vuoden 2005 lopussa Kiinan tuotantokapasiteetti oli 300 MW. Kolme kiinalaista yritystä on ilmoittanut laajentavansa tuotantoaan 1500 MW:lla 2008–2010 mennessä (Nanjing CEEG PV Tech, Yingli Solar ja [[Suntech Power]]).<ref name="REN21"/>

Amerikkalaisten mukaan maailman ohutkalvo-pV-tuotanto oli 85 MW vuonna 2005 ja he ennakoivat vuoden 2008 kapasiteetiksi 500 MW, josta puolet USA:ssa. [[United Solar Ovonic]] tuotti amorfisen silikonin aurinkokennojaaurinkopaneeleja 22 MW (2005). [[First Solar]] tuotti kadmium-telluridi (CdTe) -ohutkalvokennoja 20 MW vuonna 2005. Yritys suunnittelee laajentavansa 100 MW:n (2007). [[Shell]] Solarin ohutkalvokennot perustuvat kupari-indium-diselenidiin (CIG), johon lisätään [[gallium]] Ga ja [[rikki]] S (CIGSS). Hyötysuhde on 11,7 % – tutkijat ovat saaneet hyötysuhteen 19 %:iin. Kennoja on myyty Euroopassa vuodesta 2006.<ref>[http://www1.eere.energy.gov/solar/pdfs/39081.pdf DOE Solar Energy Technologies Program Overview] US Department of Energy, Energy and Efficiency, 5/2006</ref> [[Öljyriippumaton Ruotsi|Ruotsalainen]] ohutkalvokennoja tutkiva Solibro AB ja [[Q-Cells]] muodostivat yhteisyrityksen tuotteiden kaupallistamiseksi marraskuussa 2006. Alustavan tehtaan kapasiteetti on 25-30 MW Thalheimissa.<ref name="IEA06">[http://www.iea-pvps.org/products/download/rep_ar06.pdf Photovoltaic power systems programme, Annual report 2006]</ref>

[[Syöttötariffi|Syöttötariffijärjestelmällä]] tuetaan uusiutuvan energian käyttöönottoa lähes kaikissa teollisuusmaissa. Kreikka sääti aurinkoenergialain helmikuussa 2007, Italia 25.8.2006 ja Espanja 26.3.2007. Kreikan takuutariffi on Saksaakin suurempi. Espanjan hintatuki on 44 eurosenttiä/kWh 25 vuoden ajan.<ref>[http://www.solarserver.de/solarmagazin/index-e.html Photovoltaic investments outside Germany? Looking into the southern EU states 23.4.2007]</ref> Ruotsi antaa toukokuusta 2006 julkisille rakennuksille 60 % tukea aurinkokennojenaurinkopaneelien asennukseen<ref>IEA June 2006 pvpower24</ref>. Suomessa yritykset ja yhteisöt voivat saada tukea maksimissaan 60 prosenttia kustannuksista.<ref>[http://www.tem.fi/index.phtml?s=3093 Työ- ja elinkeinoministeriön energiatuet (2011)].</ref>