Väitös teknillisen fysiikan alalta, FM Herman Böök

Aurinkosähkön (PV) tuotannon ajoittaisuus luo haasteita sähköjärjestelmille laaja-alaisen integroinnin osalta. Yksi ratkaisu ongelman lieventämiseksi on mallintaa tuotantoa. PV-tuotannon mallintamismenetelmät ovat saaneet paljon huomiota viime vuosina, mutta kokonaisvaltaisia ja vakiintuneita ratkaisuja ongelmaan ei ole vielä olemassa. Tässä väitöskirjassa kehitettiin ja validoitiin mallinnusmenetelmiä yksittäisten PV-järjestelmien tuotannon monitoroinnin ja ennustamisen tarpeita ajatellen. Samalla havainnollistettiin kyseisten menetelmien soveltuvuutta reaalimaailman sovelluksissa, ja arvioitiin aurinkosähkön yleistä soveltuvuutta pohjoismaisessa kontekstissa.

Tuotantomallin osoitettiin toimivan hyvin lumettomissa olosuhteissa, tarjoten lisäarvoa järjestelmähäviöiden havainnoinnin ja PV-järjestelmän monitoroinnin osalta. Tämän prosessin osana esitetty laadunvalvontamenetelmä lasketulle auringon suoralle säteilylle (DNI) osoittautui käyttökelpoiseksi menetelmäksi näiden käsittelyssä.

Jotta täsmällinen ja luotettava kuva yksittäisten PV-järjestelmien toiminnasta saataisiin muodostettua, on tutkituissa järjestelmissä esiintyvät ominaispiirteet otettava huomioon. Uutta lähestymistapaa tuotantoennustemallin perusversion tuottaman ennusteen säätämiseksi yksittäisiin kohteisiin arvioitiin kohteissa, joissa erillisiä ulkoisia mittauksia ei ollut saatavilla. Menetelmän osoitettiin huomioivan aikariippuvaiset järjestelmähäviöt ja soveltuvan yksittäisten kohteiden tuotannon ennustamiseen.

Mallinnustyökaluja hyödynnettiin kolmessa eri sovelluksessa, joista ensimmäinen kattoi käyttöveden lämmityskustannusten optimoinnin aurinkosähkön tuotantoennusteeseen perustuvalla kiinteistöohjausmenetelmällä. Sovelluksiin kuuluivat myös energian varastointiin ja optimointiin pohjautuva aurinkosähkön pientuotannon kannattavuuslaskelma Suomessa, sekä virtuaalivoimalaitoskokeilu, jonka avulla koordinoidaan ja aggregoidaan tulevaisuuden sähkömarkkinoiden aktiivikuluttajia. Kussakin tapauksessa voitiin osoittaa aurinkosähkön tuotannon mallintamisen tuoma selkeä lisäarvo kustannusten ja epätasapainon optimoinnin osalta.

Tämän väitöskirjan tulokset tarjoavat yleistä tietoa aurinkosähkön soveltuvuudesta ja hintakilpailukyvystä pohjoismaisissa olosuhteissa. Esitettyjä mallinnusmenetelmiä voidaan pitää tehokkaina työkaluina lieventämään joitain ajoittaisen PV-tuotannon aiheuttamista haasteista, niiden samalla tarjoten konkreettista lisäarvoa lukuisiin eri sovelluksiin.

Vastaväittäjä on tohtori Tomas Landelius, Swedish Meteorological and Hydrological Institute (SMHI), Ruotsi

Kustos on professori Peter Lund, Aalto-yliopiston perustieteiden korkeakoulu, teknillisen fysiikan laitos

Väittelijän yhteystiedot: [email protected], 0408383411

Väitöstilaisuus järjestetään ensisijaisesti etäyhteydellä Zoomissa. Linkki tilaisuuteen

Zoom pikaopas

Väitöskirja on julkisesti nähtävillä 10 päivää ennen väitöstä Aalto-yliopiston julkaisuarkiston verkkoriiputussivulla.

Elektroninen väitöskirja