Aurinkosähkö ja ledit lisäävät toimistojen energiatehokkuutta

22.10.2015

Aurinkopaneelit ja ledivalot vähentävät ostosähkön tarvetta toimistorakennuksissa, mutta aurinkosähkön talvi- ja kesätuotannon suuret erot rajoittavat siihen tukeutumista Suomessa.

Janne Viitanen. Kuva Juha Loikkanen

Sekä ostosähkön hinnan nousu että ympäristönäkökohdat puoltavat paikallisesti tuotetun aurinkosähkön käyttöönottoa rakennuksissa. Aalto-yliopistosta tekniikan tohtoriksi väitellyt Janne Viitanen selvitti keväällä 2015 valmistuneessa väitöstutkimuksessaan aurinkosähkön vaikutusta toimistorakennuksen energiatehokkuuteen ja ostoenergian tarpeeseen.

Nykyiset tietokannat aurinkosäteilystä perustuvat lähes poikkeuksetta satelliittimittauksiin, jotka kertovat maan pinnasta heijastuneen säteilyn määrän. Viitasen toimistorakennuksen katolle rakentama mittausjärjestely tuotti ainutlaatuista pitkän ajan tietoa aurinkopaneelien suorasta sähköntuotannosta ja sen vaihteluista asennuspaikalla.

Paneelit asennettiin Espooseen, jossa säteilymääriä ja sähköntuotantoa seurattiin taukoamatta neljän vuoden ajan (2010–2013). Yksikidepiipaneelit asennettiin neljään pääilmansuuntaan 90 asteen kulmaan. Tämän lisäksi yksi paneeli suunnattiin vuosituotannon optimikulmaan, mikä tällä asennuspaikalla on 48 astetta.

Vuosituotanto etelään suunnatuilla pystysuuntaisilla paneeleilla vaihteli välillä 92 - 101 kWh/m2. Vuosioptimikulmassa etelään suunnatut paneelit tuottivat 114 - 129 kWh/m2.

– Talven pimeimmän kuukauden eli joulukuun tuotanto oli alle seitsemän prosenttia heinäkuun tuotannosta etelän suuntaisilla pystysuorilla paneeleilla. Vuosioptimikulmassa vastaava ero oli vieläkin suurempi ja joulukuussa saatiin vain kolme prosenttia heinäkuun tuotannosta, Viitanen kertoo.

Tuottoisin asennussuunta oli oletetusti etelä. Idän ja lännen suuntaiset paneelit tuottivat 60 - 70 prosenttia ja pohjoiseen suunnatut 25 prosenttia sähköä etelän suuntaisiin paneeleihin verrattuna.

Sähköntuotanto pääosin auringolla ei realistista

Simulaatiossa 4 800 neliömetrin toimistorakennuksen aurinkosähköjärjestelmä mitoitettiin siten, että kesäajan valoisimpaan aikaan aurinkopaneelit tuottivat koko rakennuksen sähköntarpeen. Tällöin ostoenergian tarve oli vuositasolla 58 prosenttia pienempi kuin rakennuksessa, jossa ei ole aurinkosähköjärjestelmää.

– Todellisuudessa näin suurta paneelimäärää varten on toimistorakennuksissa harvoin käytettävissä pinta-alaa. Jos tarkastellun toimistorakennuksen koko katto katettaisiin aurinkopaneeleilla, voisi aurinkosähkö kattaa noin 10 - 20 prosenttia rakennuksen vuosienergian tarpeesta Etelä-Suomessa.

Aurinkosäteilyn suurista vuodenaikaisista vaihteluista johtuen ei toimistorakennuksen sähkön tuottaminen pääosin auringolla ole Suomessa ainakaan nykytilanteessa realistista. Aurinkosähkön rooli on Suomen leveysasteilla ennemmin rakennuksen energiatehokkuuden parantaminen ja sähkölaskun pienentäminen.

Valon laatu ratkaisee

Tutkimuksessa 40 käyttäjää arvioi toimistovalaistuksen laatua T5-loistelamppu- ja ledivalaistusasennuksissa. Identtisesti kalustetuissa toimistohuoneissa tehtävänä oli arvioida häikäisyä, lukemisen helppoutta, yksityiskohtien erottumista, valaistuksen yleistä miellyttävyyttä sekä varjonmuodostusta. Käyttäjät saivat säätää valaistusvoimakkuuden ja värilämpötilan itselleen sopiviksi.

– Loistelamppu- ja LED-valaistuksen välillä ei ollut merkittäviä eroja valaistuksen miellyttävyyden suhteen kun valaistustaso oli sama. Sopivimpana toimistotyöhön pidettiin noin 600 luksin valaistusvoimakkuutta ja 4 000 kelvinin värilämpötilaa.

Eri käyttäjien mieltymykset valaistuksen suhteen voivat kuitenkin vaihdella suuresti.

– Käyttäjien itse asettama toimistotyön optimivalaistustaso vaihteli välillä 84 -1142 luksia. Vaikka siis suositusten mukainen työalueen 500 luksin valaistusvoimakkuus vastaakin useimpien käyttäjien mieltymyksiä, voidaan valaistuksen säädöllä lisätä yksittäisten työntekijöiden tyytyväisyyttä valaistusympäristöönsä.

Ledeillä suuria energiansäästöjä

Valaistuksessa vertailtiin LED- ja T5-loistelamppuvalaisimia, joiden sähköiset arvot mitattiin laboratoriossa. Energiatehokkuusvertailussa ledit voittivat loistelamput selvästi. Kun työalueen valaistusvoimakkuus oli 600 luksia, kulutti LED-valaistus 38 prosenttia vähemmän sähköä loistelamppuihin verrattuna. Valaistusta säädettäessä energiatehokkuuserot lisääntyvät entisestään, sillä ledien ja loistelamppujen valotehokkuuserot kasvavat himmenninkäytössä.

– Ledit ovat jo energiatehokkaampia kuin loistelamput. Ledien valotehokkuus myös kasvaa edelleen, kun taas loistelamput ovat valmista teknologiaa. Ledeillä päästään myös vähintään yhtä hyvään värintoistoon kuin loistelampuilla, eikä häikäisykään ole enää nykyisin LED-valaisimien ongelma, tiivistää Janne Viitanen.

Myös hintaero perinteisten valaistusteknologioiden ja ledien välillä on kutistunut monessa tapauksessa pieneksi.

 

Artikkeli on julkaistu Sähköala Sähkö & Rakentaminen 2015 -lehdessä