Mikroverkot ja tasavirta energiapositiivisen asumisen mahdollistajana

Esimerkiksi aurinkopaneelien tuottamaa sähkö tulee siis ensin muuntaa normaaliin verkkoon sopivaksi, eli vaihtovirraksi. Muuntaminen puolestaan tarkoittaa vääjäämättä sähköhävikkiä. Miten siis optimoida uusiutuvista energialähteistä saatu hyöty? 

Kysymystä on pohdittu EU:n rahoittamassa RESPONSE-hankkeessa, jossa on rakennettu hiilineutraaleita ja ympäristöystävällisiä energiatuotannon, talotekniikan ja liikkumisen ratkaisuja kahdessa ”majakkakaupungissa”, Turussa ja Dijonissa, Ranskassa. Turussa ratkaisut keskittyvät Ylioppilaskylään, jossa eniten huomiota on herättänyt vuonna 2022 valmistunut Tyyssija- rakennus. Tyyssija on osa rakennusten ja energiaratkaisujen kokonaisuutta, jonka tarkoituksena on tuottaa enemmän energiaa kuin sen asukkaat kuluttavat, tehden siitä energiapositiivisen. 

Tyyssijan onkin varustettu innovatiivisella energiaratkaisulla, joka huolehtii kiinteistön lämmityksestä ja jäähdytyksestä hyödyntäen kaukojäähdytyksen paluulämpöä lämpöpumpun lämmönlähteenä. Tämän lisäksi rakennus tuottaa osan käyttämästään sähköstä itse kaksipuolisten aurinkopaneelien avulla, ja sitä voidaan varastoida akkuihin. Turun AMK on ollut mukana kehittämässä juuri aurinkopaneeli- ja sähköjärjestelmäratkaisuja. Aurinkopaneelien saavuttaman hyödyn optimointiin on kuitenkin tarvittu uudenlaista ajattelua.  

– Lähdimme miettimään aurinkopaneelien kytkemistä suoraan tasajänniteverkkoon mikroverkkoja apuna käyttäen. Mikroverkon asentamisella ja tasavirran käytöllä lisätään verkon kokonaistehokkuutta. Käytännössä esittämämme ratkaisu mahdollisti se, että voimme ajaa sähköä Tyyssijasta toiseen TYS:n rakennukseen ja tasoittaa siten energiakulutuksen huippuja, selventää Turun AMK:n energiatekniikan lehtori Tero Tuomarmäki.  

Mikroverkko on kantaverkkoa pienempi paikallinen sähköverkko. Se voi toimia kantaverkosta irrallaan, jolloin siihen liittyneet tahot ovat sähkön tuotannon ja siirron suhteen omavaraisia. TYS:n rakennusten kohdalla mikroverkon on tarkoitus toimia kantaverkon yhteydessä, jolloin sähköä voidaan siirtää takaisin kantaverkkoon ja toisin päin.  

Tasavirta toimii parhaiten lyhyillä matkoilla

Tasavirtalaitteiden suoraa kytkemistä mikroverkkojen kautta tutkittiin Tyyssijassa viime kesänä. Tuloksia esiteltiin konferenssissa aiemmin syksyllä . Tulosten mukaan energiahäviöt pienenevät hieman LVDC:n asennuksen myötä. Lisäksi tasajännitteen avulla on mahdollista ohjata sähköenergiaa esimerkiksi akkuihin ja ottaa taas käyttöön akuista. Akkujen hyödyntäminen puolestaan parantaa omavaraisuutta.  

– Käytännössä tutkimus kertoo sen, että meillä on työkalut energiapanoksen ja -tuotannon analysoimiseen ja verkon osan mallintamiseen. Mallilla voidaan vaikuttaa energiajakoon mikroverkon sisällä, mikä lisää tehokkuutta. LVCD on tehokkaampi, jos aurinkosähkötuotantoa on paljon ja muuntimet toimivat hyvin. Talvella puolestaan perinteinen vaihtovirtaverkko toimii paremmin, sillä aurinkosähköä ei tunnetusti juuri ole tarjolla talvella, sanoo Tuomarmäki.  

Tuomarmäki huomauttaa, että sähköautotkin voivat toimia akkuina. Tasavirta toimii parhaiten lyhyillä matkoilla, vaihtovirta taas on edukseen pitkillä matkoilla.  

– Teollisuudessa DC-verkkoja käytetään paljon laajemmin kuin kotitalouksissa. Lisäksi niitä on paljon Afrikassa, jossa on paljon paikallisia energiantuotantolähteitä. Mutta kyllä DC:n saa toimimaan täällä Suomessakin, tavallisessa asuinkiinteistössä. Periaatteessa mikroverkkoja käyttämällä tavallisen omakotitalon sähköntuotannosta voisi saada tehokkaampaa ja sähköhäviö pienentyisi, päättää Tuomarmäki.  

Turun AMK:n Uuden energian tutkimusryhmä tutkii DC-verkkojen mahdollisuuksia osana uusiutuvan energian järjestelmiä myös muissa hankkeissa, kuten TIGON, EVELIXIA ja RealSolar. DC-pohjaisten ratkaisujen odotetaan yleistyvän tulevaisuudessa myös asuinkiinteistöjen rakentamisessa yhdessä uusiutuvan energian tuotannon kanssa.