Helsingissä vain puolet päiväntasaajan aurinkosähköstä, Nuorgamissa enää kolmannes

Suomalaiset tajuavat harvoin, kuinka pohjoisessa asumme. Kukaan suomalainen tuskin tyrkyttäisi Alaskaan aurinkopaneeleita. Alaskan pääkaupunki Anchorage on kuitenkin samalla korkeudella kuin Lahti. Miltei koko Suomi on pohjoisempana. Alaskan eteläisin osa on itse asiassa Tanskan ja Saksan rajan tasolla. Alaskaa lukuunottamatta koko USA on paljon Suomea etelämpänä. Sama pätee tietysti myös kaikkiin muihin Euroopan maihin (Islantia lukuunottamatta). Myös lähes koko Australia on lähempänä päiväntasaajaa kuin Välimeri, kylmin Tasmanian kärki on yhtä kaukana päiväntasaajasta kuin Ranskan Nizza.

Muista maista tuleviin energianeuvoihin tulisi suhtautua äärimmäisellä varauksella, koska ne tuskin soveltuvat pohjoiseen maahamme. Esimerkiksi sähkölamppudirektiiviä perusteltiin Australian esimerkillä.

Suomessa on lämpimämpää kuin Alaskassa Golfvirran ansiosta. Aurinkoa emme saa kuitenkaan tippaakaan enempää kuin alaskalaiset. Eikä aurinkoa lisää mahdollinen ilmaston lämpeneminenkään.

Tehdäänpä yksinkertainen peruskoulumatematiikalla tehty laskelma, kuinka paljon vähemmän Suomessa saadaan aurinkoenergiaa kuin muualla maailmassa. Helsingissä sama pinta-ala saa samasta auringonpaisteesta melko tarkkaan puolet energiaa verrattuna päiväntasaajaan. Ja Nuorgamissa enää kolmanneksen. Miksiköhän?

Auringonvalon määrä on cos(leveysaste)

Oheinen kuva esittää maapallolle tulevaa auringon säteilyä sekä päiväntasaajalle, että jollekin toiselle leveysasteelle, esim. Helsinkiin.

Aurinko on on kaksi kertaa vuodessa täsmälleen päiväntasaajan yläpuolella, kevätpäivän- ja syyspäiväntasauksissa. Se on siis aika hyvä keskiarvo vuodelle. Tarkemmassa laskelmassa tulisi ottaa paljon muitakin tekijöitä huomioon, mutta ne eivät paljoa muuttaisi lopputulosta.

Auringon valo tulee maapallolle niin kaukaa, että voimme pitää auringon valoa kuvaavia keltaisia viivoja samansuuntaisina.

Tutkimme auringonvalon määrää, joka tulee päiväntasaajalla yhden neliömetrin alueelle. Tätä kuvaavat vihreät janat.

Muualla maapallolla päiväntasaajalla yhdelle neliömetrille tuleva aurinkoenergia jakaantuu pinnan myötäiselle (tangentti) maakaistaleelle, jonka pituus on kuvassa merkitty sinisellä janalla.

Punainen kulma on leveysaste. Esimerkiksi, jos ylempi auringonsäde tulee Helsinkiin, punainen kulma on 60 astetta.

Sinisen ja vihreän janan välinen kulma on myös sama punainen kulma. Kaikki kuvan suoralta näyttävät kulmat ovat suoria 90 asteen kulmia, joten perusgeometrian sääntöjen mukaan punaiset kulmat ovat yhtä suuria.

Suorakulmaisessa pikkukolmiossa vihreä/sininen = cos punainen.

Punaisella leveysasteella, se aurinkoenergia, joka päiväntasaajalla tulee yhdelle neliömetrille, tuleekin maa-alueelle, jonka koko on vihreä kertaa sininen eli 1*1/cos(leveysaste) neliömetriä.

Aurinkoenergia/neliömetri on siis 1/1/cos(leveysaste) eli yksinkertaisesti cos(leveysaste).

Helsingissä aurinkoenergiaa saadaan cos(60) = 0,5 = 50% siitä aurinkoenergiasta, joka samalle alueelle tulisi päiväntasaajalla.

Aurinkoenergian määrä on karttapallolla paikan etäisyys pyörähdysakselista

Hieman yllättäen voidaan sanoa, että aurinkoenergia on suoraan verrannollinen havaintopaikan etäisyyteen maapallon pyörähdysakselista. Voimme siis ottaa karttapallon ja vertailla paikkojen aurinkoenergiaa vertailemalla paikkojen etäisyyttä pyörimisakselista.

Seuraavassa kartassa on asetettu muutamia kaupunkeja maapallon neljännekseen (Australia siirretty samalle pallonpuoliskolle). Auringon valon määrä eli leveysasteen kosini on suoraan pyörimisakselille kulkevan viivan pituus. Näemme, että päiväntasaajalta Miamiin asti (26 astetta) valovoima vähenee vain hyvin vähän. Noustaessa palloa pohjoisemmaksi, auringonvalo vähenee yhä nopeammin. Helsinki on 2/3 kulmasta ylös, mutta valoa on ”vielä” 50%. Nuorgamiin mennessä tuostakin valosta on jo iso osa kadonnut

Ilmakehän vaikutus ja sää

Voimme aina väittää, että koska aurinkopaneeli osoittaa suoraan aurinkoon, niin silloinhan saamme energian suoraan aurinkopaneelille. Edellä oleva laskelma osoittikin, että keskimäärin Helsingissä saadaan aurinkoa 50% päiväntasaajasta johtuen maapallon geometriasta. Sen sijaan toinen ilmiö koskee Helsingissä suoraan aurinkoa osoittavaa aurinkopaneliakin: auringon ja paneelin välissä on kaksi kertaa enemmän ilmaa kuin päiväntasaajalla.

Aurinko tekee sitä pidemmän matkan ilmakehässä, mitä pohjoisemmaksi mennään. Valon kulkema matka ilmakehässä on 1/cos(leveysaste). Helsingissä matka on kaksinkertainen päiväntasaajaan verrattuna ja Nuorgamissa jo kolminkertainen. Esimerkiksi Roomassa matka on vain 35% pidempi kuin päiväntasaajalla ja sitä etelämpänä ero on melko merkityksetön.

Seuraavassa vielä joukko kaupunkeja ja niiden saama vuosittainen aurinkomäärä (cos) ja auringon edessä oleva ilmakehä (1/cos), ja vertailut Helsingin aurinkomäärään ja ilmakehään.

kaupunki         leveyspiiri aurinko ilmakehä aurinko  ilmakehä
                                              vrt. Hki vrt. Hki
Nuorgam            70          0.34    2.92    -32%     +46%
Kittilä            67          0.39    2.56    -22%     +28%
Rovaniemi          66          0.41    2.46    -19%     +23%
Oulu               65          0.42    2.37    -15%     +18%
Jyväskylä          62          0.47    2.13     -6%      +7%
Anchorage, Alaska  61          0.48    2.06     -3%      +3%
Lahti              61          0.48    2.06     -3%      +3%
Helsinki           60          0.50    2.00      0%       0%
Berliini           52          0.62    1.62    +23%     -19%
Irkutsk            52          0.62    1.62    +23%     -19%
München            48          0.67    1.49    +34%     -26%
New York           44          0.72    1.39    +44%     -30%
Rooma              42          0.74    1.35    +49%     -33%
Los Angeles        34          0.83    1.21    +66%     -40%
Sydney             34          0.83    1.21    +66%     -40%
Houston            30          0.87    1.15    +73%     -42%
Kairo              30          0.87    1.15    +73%     -42%
Brisbane           28          0.88    1.13    +77%     -43%
Miami              26          0.90    1.11    +80%     -44%
Päiväntasaaja       0          1.00    1.00   +100%     -50%

Ja muista ”It never rains in Southern California”. Eikä talvisateiden ilmastossa kesällä. Mutta Suomessa sataa.

Yhteenveto: harkitse kahdesti

Aurinkoenergia on lupaava tapa saada puhdasta energiaa. Pohjoisessa sitä vain on vähemmän kuin muualla. Siksi laskelmat kannattaa tehdä itse – englanninkielisessä materiaalissa ei varmastikaan ole laskelmia, jotka toimisivat Suomessa. Useimmat englanninkieliset maat – Alaska mukaan lukien – ovat yllättävän etelässä.

Valtio vie suoraan 39% sähkön hinnasta

Sähköennustesivulla on uusi kuva, joka kertoo, kuka saa kuluttajan maksamasta kilowattitunnista eniten.

Tiedot on laskettu pörssihinnalle 2,6 c/kWh (heinäkuun ennuste), mikä vastaa kuluttajahintaa 8,3 c/kWh.

Valtio saa rahasta ylivoimaisesti eniten, 39%. Tässä on liikevaihtovero, sähkövero ja huoltovarmuusmaksu.

Toiseksi eniten saa tuottaja eli pörssihinnan. Tämä on 31% kuluttajan maksamasta hinnasta.

Paikallinen sähköyhtiö eli sähkön siirtäjä saa lähes yhtä paljon kuin tuottaja eli 27%.

Vähiten saa se yritys, joka välittää pörssisähkön eli hoitaa sen laskutuksen. Tyypillinen osuus on 2%.

Lämmitysvaihtehtojen suhteelliset hinnat

Sivun alalaidassa oleva lämmitysvaihtoehtojen vertailu on päivitetty. Suuria muutoksia ei ole tapahtunut, koska sekä sähkö, että lämmitysöljy ovat halvenneet suunnilleen samassa tahdissa. Muissa lämmitystavoissa ei ole tapahtunut muutoksia, joten niiden suhteellinen kilpailukyky on pudonnut muutaman prosenttiyksikön verrattuna sähköön ja öljyyn.

Kuva perustuu sähkön pörssihintaan 3,2 c/kWh ja öljyn hintaan 1,04 e/l.

Pistoolilämpömittari – joka kodin välttämätön peruslaite

Pistoolilämpömittari on melkoisen näppärä kapistus.

Minulla on ollut pistoolilämpömittari viitisen vuotta ja olen sen aikoinaan ostanut Clas Ohlssonilta noin viidellä kympillä. Oma laitteeni on hieman erilainen (tyylikkäämpi) kuin tällä hetkellä kaupasta saatavat laitteet, mutta kyseessä lienee aivan vertailukelpoinen laite. Pistoolilämpömittari on osoittautunut yllättävän hyödylliseksi laitteeksi.

Kyseessä on siis pistoolin näköinen laite, joka näyttää liipaisinta painamalla lämpötilan kohteessa. Esimerkiksi neljän metrin päästä se kertoo 50 sentin ympyrän kokoisen alan keskimääräisen lämpötilan. Laitteessa on lasertähtäin, joten mitattavaa kohtaa ei tarvitse arvuutella. Tarkkuuden luvataan olevan ±2 °C, mutta käytännössä se mielestäni on parempi eli näyttölukeman puolen asteen tarkkuuteen voi melko hyvin luottaa.

Ykköskäyttökohde on sisälämmön tarkastaminen. Vedon poiston kannalta on tärkeää, että jokaisessa huoneessa on täsmälleen sama lämpötila, ja että saman huoneen patterit ovat täsmälleen samassa lämmössä. Oikein säädetty patterihan tuntuu käteen aina kylmältä, joten ilman mittaria patterien säätöä ei kannata tehdä.

Toinen käyttötarkoitus on keittiössä. Milloin maito on 80 asteista? Milloin sokeri on 118 asteista? Milloin paistinpannu on täsmälleen oikean lämpöinen täydellisen pihvin tekemiseen? Näistä kaikista tehtävistä pistoolilämpömittari on selvinnyt täydellä kunnialla viimeisen viiden vuoden aikana tarvitsematta sotkea liuokseen upotettavien lämpömittarien kanssa.

On kuitenkin muutama tehtävä, mistä pistoolilämpömittari ei ole selvinnyt. Jos yrittää pakkasella ulkopuolelta mitata talon mahdollisia vuotokohtia, mittari on näyttänyt aivan satunnaisia lukemia. Mittari pystyy mittaamaan -20 asteeseen asti, mutta itse pistoolin pitää olla lämpimässä, jotta mittaustulokset ovat luotettavia. Toinen ongelma ovat jotkut materiaalit. Kiiltävä metalli saattaa antaa parilla asteella eroavia tuloksia kuin viereinen mattamaalattu seinä. Tästä varoitetaan käyttöohjeessa ja joillekin materiaaleille annetaan korjauskertoimia. Käytännössä tarkkuus näissäkin tapauksissa on ollut riittävä ilman käyttöohjeen plaraustakin. Ikkunan läpi mittausta ei voi tehdä, vaan tuloksena on ikkunan lämpötila.

Viidessä vuodessa laite on kuluttanut yhden yhdeksän voltin pariston.

Ohessa linkit Clas Ohlssonilta saataviin pariin malliin ja E-villestä Hong Kongista lähetettävään huomattavasti halvemmalla saatavaan malliin. En ole näistä mittareista mitään kokeillut, mutta uskoisin, että ne ovat melko identtisiä omaani verrattuna. E-Villeäkin olen käyttänyt ja tavara tullut aivan asiallisesti perille.

Clas Ohlsson: Infrapunalämpömittari 1
Clas Ohlsson: Infrapunalämpömittari 2
E-ville: Infrapunalämpömittari

RE85:n sekoittaminen 95E10 tai 98E5 bensiineihin

Turun Sanomat kertoo varsinaissuomalaisista innovaattoreista, jotka sekoittavat enemmän ja vähemmän etanolia sisältävää bensiiniä saadakseen halvemmalla autoon sopivaa bensiiniä.[1][7]

On helppo keksiä useita syitä, miksi näin ei kannata tehdä. Mutta voiko se teoriassa olla kannattavaa? Unohdamme nyt ongelmat ja hiilidioksidit, ja joudumme tekemään muutamia rankkoja oletuksia, mutta jonkinlainen laskelma asiasta voidaan tehdä.

Käytän laskelmassa seuraavia oletuksia bensiinilaatujen sisällölle:

       Etanoli Bensiini Eetteri
98E5     5%      90%       5%
95E10   10%      90%       0%
RE85    85%      15%       0%
energia  23       33       29   MJ/l

Tarkat koostumukset ovat salaisuuksia ja myös vaihtelevat villisti, mutta syyt eetterimäärien arvauksille löytyy vanhemmasta artikkelista [2]. Ainoat faktat, jotka löytyvät RE85-bensiinistä ovat, että se on yli 100 oktaanista ja se sisältää 80-85% etanolia.[5]  Haastattelussa toimitusjohtaja väittää lopun olevan bensiiniä, mutta on todennäköistä, että osa on pienempipolttoarvoista eetteriä.

Hinnat ovat polttoaine.net:stä paitsi kun siellä ei ole RE85 bensiinin hintaa, se on oletettu suuripiirteisesti euroksi litralta (*).

       eur/l   c/MJ
98E5   1,717    5,3
95E10  1,666    5,2
RE85   1,000    4,1

RE85 on siis parikymmentä prosenttia edullisempaa kuin bensiini. Bensiinit taas ovat hyvin lähellä toisiaan ja 98E5 on kalliimpaa kuin 95E10.

Kaikki oikeasti halvemmat sekoitukset ovat siis RE85 ja 95E10 bensiinien sekoituksia. Näissä kuitenkin bensiinin alkoholiprosentti on yli 10%. Tämä ei ole suositeltavaa.

Hyviä pelotteluja yli 10% alkoholia sisältävän bensiinin käytöstä löytyy lähteistä [3] ja [4].

Enpä siis lähde tarkemmin arvioimaan yli 10% alkoholia sisältävien seoksien hintoja. Halvempia ne eivät ole kuin RE85 eli säästö ei ole niin valtava pienillä sekoituksilla että se kannattaisi. Jos alkoholiprosentin uskaltaa päästää viiteentoista (93% 95E10 ja 7% RE85 – oltava täsmälleen!), samalla hinnalla sadalla kilometrillä pitäisi päästä puolitoista kilometriä pidemmälle. Tämä siis melko suurella mahdollisuudella rikkoa autonsa.

Onko 98E5 laimennettuna RE85:lla vastaavaksi 10% etanoliksi kuin 95E10 halvempaa kuin 95E10? Näillä lähtöoletuksilla valitettavasti ei.

Jos sekoitamme 6% RE85 bensiiniä 98E5-bensiinin sekaan, saamme bensiiniä, jossa on näillä oletuksilla 10% alkoholia, 85% bensiiniä ja 5% eetteriä. Tämän coktailin hinnaksi tulee 1,67 c/l ja polttoarvoksi 31,8 MJ/l. Tämän sekoituksen hinnaksi tulee sama 5,2 c/MJ kuin 95E10:llä, mutta tarkemmin katsoen sekä polttoarvo on hieman pienempi että hinta on hieman suurempi kuin 95E10:llä. Sekoittaminen siis ei ei näillä lähtöoletuksilla kannata.

       eur/l  MJ/l  c/MJ
98E5   1,717  32,3  5,3
mix    1,674  31,8  5,2  98+RE, 10% alkoholia
95E10  1,666  32,0  5,2
mix    1,619  31,5  5,1  95+RE, 15% alkoholia
RE85   1,000  24,5  4,1

Näissä laskelmissa RE85 bensiinin hinta ja koostumus on laskettu optimistisesti. Todennäköisesti flexifuel-autoja kohtaa yleistyessään samanlainen vero kuin ensi vuoden alusta on tulossa maakaasuautoille. Näissä laskelmissa on paljon epävarmuuksia, joten niitä tulee tulkita melkoisella varauksella.

Kokonaisuutena vaikuttaa siltä, ettei sekottaminen kannata. Käyttäkää vain 95E10:tä. Tai ostakaa saman tien flexifuel-auto, jos ette pelkää verottajaa.

(*) ST1 mainostaa RE85:n olevan yli 60 senttiä litra halvempaa kuin bensiini, netistä löytyy arvioita 0,90 -1,15 euroa litralta, ilmeisesti hinta vaihtelee paljon paikkakunnasta riippuen.

PS. Jos jollakulla on ehdottaa tarkempia lukuja, täytän ne mielelläni taulukkolaskimeeni ja lasken luvut tarkemmin.

[1] TS: E85-polttoaine riski bensiini-käyttöiselle autolle
[2] Sähkölamppu: 98E5 vai 95E10?
[3] IS: Väärä tankkaus voikin rikkoa auton polttoainejärjestelmän osia
[4] E15: MTBE Redux?
[5] http://www.re85.fi/
[6] AL: Mitä on uusi polttoneste E85?
[7] IS: Bensa-asemilla outo ilmiö – älä tee tällaista cocktailia!