Miten aurinkopaneeli toimii talvella Suomen oloissa

Talvella aurinkopaneeli toimii samalla periaatteella kuin muulloinkin: aurinkosähkö muuntaa säteilyn sähköksi, eikä kylmyys sinänsä estä tuotantoa. Itse asiassa paneelit tuottavat sähköä tehokkaammin viileässä, mutta Suomen talvessa ratkaisevaa on se, että aurinko käy matalalla ja valoa on vähän. Siksi aurinkopaneelin toiminta talvella herättää usein saman kysymyksen: kannattaako järjestelmä edelleen, vai jääkö hyöty lähes olemattomaksi pimeimpinä kuukausina?

Vastaus löytyy fysiikasta ja mitoituksesta, ei myyteistä. Motivan ja Oulun yliopistossa tehdyn tutkimuksen perusteella lumikuorma, asennuskulma ja ilmansuunta vaikuttavat tuotantoon, mutta paneeleita ei tarvitse ryhtyä puhdistamaan omin keinoin. Samalla on hyvä muistaa, että aurinkosähköjärjestelmä ei muutu turvalliseksi pääkytkimestä katkaisemalla. Lue siis rauhassa, mitä talvella oikeasti tapahtuu ja paljonko aurinkopaneelit tuottaa talvella Suomen oloissa.

Miten aurinkopaneeli toimii talvella Suomen oloissa

Fysiikka: Kylmyys tehostaa paneelia

Aurinkopaneelin toiminta perustuu siihen, että auringon säteilyn energia muutetaan sähköksi valosähköisessä ilmiössä. Siksi talvella tärkein kysymys ei ole, “toimiiko paneeli pakkasessa”, vaan kuinka paljon säteilyä paneeliin ylipäätään osuu. Tässä mielessä kylmyys on jopa eduksi: aurinkopaneelit tuottavat sähköä tehokkaammin alhaisissa lämpötiloissa. Eli jos paneeli saa valoa, se tekee sen viileässä hieman paremmin kuin kuumassa.

Talvessa on kuitenkin yksi iso rajoite, joka näkyy suoraan kuluttajalle: tuotantoa rajoittaa ennen kaikkea auringon matala asema horisontissa. Suomessa aurinko kulkee talvella hyvin matalalla pohjoisessa, joten säteily tulee paneeliin lyhyemmän ajan ja heikommasta kulmasta. Silloin järjestelmä ei saa samanlaista “annosta” energiaa kuin kesällä, vaikka itse paneeli toimisi teknisesti tehokkaasti. Käytännön seuraus on se, että aurinkosähköjärjestelmä tuottaa talvella, mutta tuotanto jää väistämättä pienemmäksi.

Valon määrä ja auringon asento

Valon määrän lisäksi tuotantoon vaikuttavat vuodenaika, sijainti, lämpötila ja lumitilanne. Talvella näistä juuri auringon korkeuden muutos selittää suurimman osan erosta kesään. Paneeli ei tarvitse suoraa auringonpaistetta siinä mielessä, että sähköä voi syntyä myös muista valonlähteistä, mutta talvinen luonnonvalo on Suomessa usein rajallinen. Siksi kysymys ei ole siitä, “toimiiko paneeli lainkaan”, vaan siitä, kuinka paljon valoa on tarjolla ja mihin kulmaan se osuu.

Oulun yliopistossa tehdyn tutkimuksen mukaan pohjoisissa oloissa paneelit kannattaa suunnata joko kaakkoon tai etelään. Seuraavaksi paras suunta on itä, sitten lounas. Tutkimuksissa on nähty myös, että kevättalvella pystysuora, etelään suunnattu seinäpaneeli voi pysyä lumettomana ja tuottaa hyvin silloin, kun aamu- ja keskipäivän valo osuu siihen. Erään tutkimustuloksen mukaan maaliskuussa lumisena keväänä tällainen paneeli voi tuottaa yhtä paljon energiaa kuin kesäkuussa.

Motivan mukaan aurinkosähköjärjestelmän paloturvallisuus kannattaa huomioida jo suunnittelu- ja käyttövaiheessa. Tämä on hyvä pitää mielessä myös talviaikaisessa käytössä, sillä Suomessa aurinkopaneeli ei ole “pois päältä” pelkällä pääkytkimellä katkaisemalla.

Tämä kertoo olennaisen: Suomen olosuhteissa talvituottoa ei ratkaise pelkkä paneelin olemassaolo, vaan miten hyvin se “näkee” matalan auringon. Kun ilmansuunta ja asennus on valittu fiksusti, aurinkopaneeli ei ole talvella poissa pelistä, vaan jatkaa tuotantoa sen verran kuin valo ja sää sallivat.

Paljonko aurinkopaneelit tuottaa talvella ja miten valo riittää

Talvella kysymys ei ole vain siitä, saako paneeli osumia auringosta, vaan myös siitä, miten vähän sitä valoa ylipäätään on tarjolla. Pohjoisessa aurinko pysyy talvella hyvin matalalla horisontissa, joten tuotanto jää väistämättä kesää pienemmäksi. Silti aurinkopaneeli toimii kylmässä yleensä tehokkaasti, koska kennon hyötysuhde paranee alhaisemmassa lämpötilassa. Käytännön kannalta tämä tarkoittaa, että pakkanen ei ole talvituoton suurin ongelma, vaan matala aurinko, lyhyet päivät ja lumi, jotka rajoittavat valon pääsyä paneeliin. Siksi kysymykseen paljonko aurinkopaneelit tuottaa talvella ei ole yhtä lukua, vaan vastaus riippuu ennen kaikkea valon määrästä ja kulmasta.

Tuotanto heijastuneesta valosta

Talvella ja erityisesti keväällä myös heijastunut valo voi auttaa tuotantoa. Tutkimuksissa on todettu, että keväisestä lumesta heijastuvassa auringonvalossa on energiapotentiaalia, jota kannattaa selvittää lisää. Tämä on tärkeää, koska lumi ei aina merkitse tuotannon loppumista, vaan joskus se voi myös lisätä paneelille päätyvän valon määrää. Oulun yliopistotutkimuksen perusteella pystysuoraan asennetut, etelään suunnatut seinäpaneelit pysyvät keväällä lumettomina ja voivat tuottaa parhaiten silloin, kun aamun ja keskipäivän valo osuu niihin. Tutkimuksen tähänastisten tulosten mukaan lumisena keväänä maaliskuussa tällainen pystyasennus voi tuottaa jopa yhtä paljon energiaa kuin kesäkuussa. Käyttäjän näkökulmasta tämä kertoo, että talvella tuotantoa ei kannata arvioida vain lumikerroksen perusteella, vaan myös sen mukaan, miten valo osuu paneeliin ja mitä lumi tekee ympäröivälle säteilylle.

Voiko paneeli tuottaa sähköä ilman suoraa auringonvaloa?

Kyllä voi. Sähköä syntyy myös ilman suoraa auringonpaistetta, koska tuotanto ei edellytä kirkasta suoraa säteilyä. Motivan mukaan aurinkopaneelit voivat jatkaa sähköntuotantoa esimerkiksi hätäajoneuvojen valoista tai tulen valosta. Tämä havainnollistaa olennaisen: paneeli reagoi valoon, ei vain aurinkoon. Myös pilvisenä talvipäivänä, hämärässä tai epäsuorassa valossa järjestelmä voi siis edelleen tuottaa sähköä. Lisätietoa paloturvallisuudesta ja järjestelmän turvallisesta käytöstä löytyy Motivalta.

Tämä ei silti tarkoita, että talvikuukausina tuotanto olisi runsasta. Suomessa aurinko on matalalla, päivänvalo on vähäistä ja sää vaikuttaa paljon. Siksi aurinkosähköjärjestelmä tuottaa talvella yleensä vain osan siitä, mitä se tuottaa valoisampina kuukausina. Jos järjestelmää suunnitellaan pohjoisiin oloihin, olennainen havainto on tämä: talvituotto syntyy, kun paneeli saa edes vähän valoa oikeasta suunnasta, ei vain suorasta keskipäivän auringosta.

Lumikuorma ja huoltotoimenpiteet: Tarvitseeko paneeleita puhdistaa?

Lumikuorma ja huoltotoimenpiteet: Tarvitseeko paneeleita puhdistaa?

Lumikuorman kestävyys

Aurinkopaneelit kestävät lumikuorman koko Pohjois-Suomeen asti, kun ne on asennettu oikein eli maahantuojan ohjeiden mukaan. Yleistyneissä paneeleissa ilmoitettu lumikuormankesto on 5400 Pa, ja valmistajien arvoja kannattaa tarkkailla jo hankintavaiheessa. Käytännön merkitys on selvä: oikein mitoitettu ja asennettu aurinkosähköjärjestelmä on tarkoitettu toimimaan myös silloin, kun katolla on talvella raskas lumikuorma.

Ennen asennusta pitää varmistaa, että katto tai muu asennuspaikka kestää laitteen ja siitä syntyvät lumi- ja tuulikuormat. Tämä on olennainen osa suunnittelua, koska aurinkopaneelit eivät ole vain sähkölaite vaan rakennukseen liittyvä ratkaisu. Jos rakenne on valittu ja toteutettu oikein, lumikuorma ei itsessään ole syy ryhtyä talvella toimenpiteisiin.

Lumikuormaa ei myöskään pidä ajatella ongelmana, joka ratkeaa käsin puhdistamalla. Kun paneeli on liukkaalla pinnalla ja auringon lämpö osuu siihen, lumi liukuu helposti pois. Siksi lumi ei yleensä jää pysyväksi kuormaksi paneelin päälle.

Puhdistus talvella: Tarpeetonta ja riski

Talvella paneeleita ei tarvitse puhdistaa. Etenkin joulu-tammikuussa valon määrä on niin vähäinen, ettei puhdistamisesta ole taloudellista hyötyä. Toisin sanoen puhdistaminen ei yleensä tuo sellaista lisätuottoa, että siihen kannattaisi käyttää aikaa tai ottaa riskiä katolla liikkumisesta.

Talvihuollossa olennaista on myös turvallisuus. Aurinkopaneeli ei muutu vaarattomaksi sillä, että rakennuksen pääkytkin kytketään pois päältä. Sähköiskun vaara voi silti olla olemassa, jos vesi tai työkalu osuu jännitteisiin osiin, kaapelieriste palaa tai paneelille astutaan. Siksi omatoiminen puhdistus tai lumen irrottaminen ei ole hyvä ajatus.

Jos paneeli rikkoutuu, lasinsiruja voi lentää. Pelastustilanteessa myös katolla oleva paneeli voi aiheuttaa vaaran, jos sen päällä liukastutaan tai se pääsee putoamaan. Siksi talvikäytön näkökulmasta järkevin toimintatapa on yksinkertainen: jos järjestelmä on asennettu oikein, sitä ei tarvitse puhdistaa lumesta, vaan sen annetaan toimia olosuhteiden mukaan.

Asennussuunta ja kulma: Näin optimoit tuoton ympäri vuoden

Optimaaliset ilmansuunnat

Suomessa aurinkopaneelien suunta ratkaisee paljon, koska talvella aurinko kulkee matalalla horisontissa. Motivan katselmusten mukaan paras ilmansuunta vuosituoton kannalta on etelä, ja toiseksi paras lounas. Pohjoisissa oloissa tutkimuksessa on kuitenkin korostettu myös kaakkoa ja etelää, ja katon paneeleissa seuraavina tulevat itä ja lounas. Käytännön merkitys on selvä: jos katto tarjoaa vain yhden järkevän suunnan, se kannattaa käyttää mieluummin hyvin kuin yrittää hajauttaa paneelit moniin ilmansuuntiin.

Oulun yliopistotutkimukseen viitaten etelään suunnattu paneeli hyötyy eniten siitä vähäisestäkin auringosta, jota talvikuukausina on tarjolla. Keväthangilla myös heijastunut valo voi lisätä tuotantopotentiaalia, ja tutkimusaiheena on juuri se, miten tämä lumiheijaste saataisiin paremmin hyödynnettyä. Tämä ei tarkoita, että lumi yksin tekisi järjestelmästä talvella tehokkaan, vaan sitä, että oikea suunta auttaa ottamaan talteen kaiken sen valon, jota Suomessa on ylipäätään saatavilla.

Motivan mukaan kattoihin tehtävissä asennuksissa eri suuntiin hajautettu hybridimalli ei ole kannattava. Siksi suuntavalinta tehdään yleensä yhden kokonaisuuden ehdoilla, ei niin, että osa paneeleista käännettäisiin joka ilmansuuntaan. Aurinkosähköjärjestelmää suunnittelevalle tämä tarkoittaa, että tuotannon kannalta tärkeintä on valita yksi toimivin suunta ja mitoittaa järjestelmä sen mukaan.

Asennuskulman merkitys eri vuodenaikoina

Kulma vaikuttaa siihen, kuinka kohtisuoraan auringonsäteet osuvat paneeliin. Motivan mukaan paras asennuskulma ympärivuotiseen käyttöön on 45°, ja kevät- sekä talvikauden kannalta 60°. Mitä matalammalla aurinko on, sitä enemmän paneelin jyrkempi asento auttaa ottamaan säteet vastaan. Siksi talvella liian loiva kulma ei ole yhtä edullinen kuin kesäaikaan.

Oulun yliopiston tutkimuksessa on todettu, että pohjoisissa oloissa matala 28 asteen kattokulma vähentää varjostusta, mutta samalla tutkimusasetelmissa on käytetty myös 40 asteen kulmaa ja pystyasennusta. Kevättalvella pystysuorat seinäpaneelit pysyvät lumesta vapaina ja tuottavat parhaiten silloin, kun aamu- ja keskipäivän valo osuu niihin. Tutkimustulosten perusteella maaliskuussa lumisena keväänä pystysuora, etelään suunnattu seinäpaneeli voi tuottaa yhtä paljon energiaa kuin kesäkuussa.

Tämä on hyvä esimerkki siitä, miten vuodenaika muuttaa optimaalista asennusta. Motivan mukaan keskimääräistä vuosituottoa ajatellen paneelit kannattaa silti kallistaa kesäauringon näkökulmasta parhaaseen suuntaan, koska suurin osa aurinkoenergiasta saadaan kesällä. Paneelien hyötysuhde on lisäksi parempi viileässä kuin kuumassa, joten kylmä ilma ei ole ongelma, vaan ennemminkin etu. Aurinkosähköjärjestelmän omistajalle olennaista on siis ymmärtää, että talvikauden haaste ei ole pakkasessa, vaan valon matalassa tulokulmassa.