Pilvien auringonsäteilyä vahvistava vaikutus on yleisesti tunnettu ilmiö, mutta sen vaikutusta aurinkosähkövoimalaitosten toimintaan ei ole tutkittu kattavasti. Pilvivahvistusilmiön vuoksi auringon säteilyn voimakkuus voi olla puolipilvisinä päivänä hetkittäin yli puolitoista kertainen pilvettömään taivaaseen verrattuna.
Aurinkosähkövoimalaitosten toimintaperiaatteen vuoksi muutokset säteilyn voimakkuudessa näkyvät välittömästi voimalaitosten toiminnassa. Toimintaolosuhteiden ymmärtäminen onkin edellytys suunniteltaessa aurinkosähköjärjestelmiä.
Pilvivahvistusilmiö vaikuttaa kaiken kokoisten voimalaitosten toimintaan
DI Markku Järvelä tutki väitöskirjassaan pilvivahvistusilmiön aiheuttamia säteilynvahvistustapahtumia erityisesti aurinkosähköjärjestelmien näkökulmasta. Koska aurinkosähkövoimalaitokset ovat hyvin skaalautuvia, niiden halkaisijat voivat olla muutamasta metristä useisiin satoihin metreihin.
Pilvivahvistusilmiön kannalta onkin kiinnostavaa tutkia, miten suuria säteilynvahvistusalueet voivat olla, miten usein niitä esiintyy ja mikä on säteilyn voimakkuus vahvistustapauksien aikana.
– Vahvistusalueiden halkaisijoiden havaittiin olevan tyypillisesti useita kymmeniä metrejä, mutta ne voivat olla jopa joitakin kilometrejä. Tämä tarkoittaa, että ilmiö vaikuttaa kaiken kokoisten voimalaitosten toimintaan, Järvelä toteaa.
Perinteisesti tutkittaessa pilvivahvistusilmiön vaikutusta aurinkosähkövoimalaitosten toimintaan, fokus on ollut energiantuotannon tarkastelussa. Käytännössä voimalaitokset kuitenkin toimivat vahvistustapahtumien aikana tehonrajoitustilassa, jolloin ylimääräistä tehoa ei voi hyödyntää.
Tehon rajoitus tehdään aurinkopaneelien toimintajännitettä nostamalla ja tämä vaikuttaa suoraan joidenkin tehokomponenttien häviöihin ja sitä kautta niiden toimintalämpötiloihin. Alimitoitetut komponentit lyhentävät voimalaitosten käyttöikää ja turha ylimitoitus kasvattaa kustannuksia.
– Keskityin tutkimaan erityisesti ilmiön vaikutusta komponenttien kuormitusprofiileihin. Väitöskirjassani esitettyjä tuloksia voidaankin hyödyntää arvioitaessa pilvivahvistusilmiön aiheuttamien ylitehotapahtumien vaikutusta voimalaitoksen komponenttien mitoituksiin, Järvelä kertoo.
Väitöstilaisuus perjantaina 1. syyskuuta
Diplomi-insinööri Markku Järvelän sähkötekniikan alaan kuuluva väitöskirja Cloud enhancement phenomenon – Characteristics of overirradiance events and their effect on photovoltaic power generation tarkastetaan julkisesti Tampereen yliopiston informaatioteknologian ja viestinnän tiedekunnassa perjantaina 1.9.2023 kello 12 Hervannan kampuksella Sähkötalon auditoriossa S2 (Korkeakoulunkatu 3, Tampere). Vastaväittäjänä toimii professori Samuli Honkapuro LUT yliopistosta. Kustoksena toimii professori Seppo Valkealahti informaatioteknologian ja viestinnän tiedekunnasta.
Tutustu väitöskirjaan verkossa.
Seuraa tilaisuutta etäyhteydellä.
Kuva: Markku Järvelä