Aurinkosähkön tuotanto kertoo miten pilvet käyttäytyvät

Sään vaihtelut vaikuttavat vahvasti tuuli- ja aurinkovoiman tuotantoon ja sitä kautta myös sähkön hintaan. Energiajärjestelmän sääriippuvuutta kuvataan usein haasteeksi, jonka ratkaisemiseksi tarvitaan esimerkiksi kysyntäjoustoa, energiavarastoja ja yhä parempia sääennusteita. Omista tutkimusprojekteistani iso osa ponnistavat tavalla tai toisella juuri tämänkaltaisesta asetelmasta.

Suomen Akatemian rahoittamassa Harvest-projektissa, joka toteutetaan Ilmatieteen laitoksen ja Itä-Suomen yliopiston yhteistyönä, olemme kääntäneet asetelman toisin päin: Miten meteorologia ja sääennusteet voisivat hyötyä energiajärjestelmästä?

Suomessa on Fingridin tietojen mukaan tällä hetkellä noin 1300 megawattia (MW) verkkoon kytkettyä aurinkosähkökapasiteettia. Jos oletetaan, että aurinkovoimalan keskimääräinen nimellisteho on 20 kilowattia (kW), saadaan tulokseksi, että Suomessa on noin kuusikymmentäviisituhatta verkkoon kytkettyä aurinkovoimalaa. Todellinen määrä varmasti poikkeaa tästä arviosta, mutta sen suuruusluokka lienee oikea.

Maassamme on siis kymmeniätuhansia aurinkovoimaloita! Kukin voimala reagoi pilvien aiheuttamiin vaihteluihin aurinkopaanelin pinnalle saapuvassa auringonsäteilyssä. Toisin sanoen kunkin voimalan sähköntuotanto kertoo jotain oleellista pilvien ja auringonsäteilyn käyttäytymisestä. Mikäli voisimme valjastaa edes murto-osan Suomen aurinkovoimaloista meteorologiseen käyttöön, saisimme pilvitietoa laajasti maan eri osista.

Vertailukohtana aurinkovoimaloiden tarjoamalle potentiaaliselle havaintoverkostolle voin kertoa, että Ilmatieteen laitoksen mittausverkostoon kuuluu noin kolmekymmentä auringonsäteilyn mittausasemaa ja noin sata pilvisyyttä mittaavaa asemaa.

Harvest-projektin tavoitteena on tutkia, millaista pilvitietoa voi ammentaa aurinkovoimaloiden sähköntuotantodatoihin pohjautuen. Käytimme aluksi Ilmatieteen laitoksen omien, Helsingissä ja Kuopiossa sijaitsevien aurinkovoimaloiden tuotantotietoja osoittaaksemme, että voimme aurinkosähkötuotannon perusteella päätellä, onko pilvistä vai ei. Tämä tutkimus julkaistiin viime vuonna Meteorological Applications -lehdessä.

Alla esitetty kuva kertoo, kuinka yhdistimme tutkimuksessa maailmanlaajuisia, valmiiksi laskettuja aineistoja ilman lämpötilasta, tuulesta ja pilvettömän tilanteen auringonsäteilystä aurinkosähkömalliin, jolla laskettiin kuinka paljon sähköntuotantoa on odotettavissa mikäli sää on pilvetön. Vertaamalla todellista aurinkosähkön tuotantoa pilvettömän tilanteen arvioon, tutkimuksessa esitetty menetelmä päättelee, onko taivas pilvetön vai pilvinen.

Tällä hetkellä jatkamme aiheen tutkimista kahdessa eri haarassa. Toisessa haarassa testaamme ja jatkokehitämme jo esitettyä menetelmää ranskalaisen aurinkoenergiayrityksen tarjoamilla teollisen mittakaavan aurinkovoimaloiden datoilla. Näistä suurin on jopa 150 MW nimellisteholtaan. Toisessa haarassa tutkimme, miten voisimme arvioida tarkempia pilviin liittyviä ominaisuuksia, kuten pilven optista paksuutta, silloin kun taivas on pilvinen.

Pilvien ymmärtäminen voi osaltaan vaikuttaa sääennusteiden paranemiseen, etenkin auringonsäteilyn osalta. Näin ollen pilviin liittyvä tutkimus tukee RealSolar-hankkeessa tehtävää työtä, jossa oman tiimini tehtävä on kehittää monipuolisempia ja parempia aurinkosähkötuotannon ennusteita.

Lue lisää Ilmatieteen laitoksen uutisesta:
Avoimen datan aurinkoennuste kertoo tulevien päivien aurinkosähkötuotannon.