Sähköenergian tuotanto on murroksessa ilmastonmuutoksen hillitsemiseksi. Tavoitteena on luopua fossiilisista polttoaineista ja vähentää hiilidioksidipäästöjä nopealla aikataululla. Tulevaisuuden sähköntuotanto perustuu pääasiassa uusiutuviin ja hiilineutraaleihin energialähteisiin. Uutta sähköntuotantoa pyritään rakentamaan ilmastoystävällisyyden lisäksi kustannustehokkaasti. Tässä työssä tutkitaan aurinkovoiman lisäämistä olemassa oleviin sähköverkkoihin, vaikka ne olisivat jo täyteen kuormitettuja tuulivoiman tehohuippujen aikana.

Tämä tutkimus on ajankohtainen, koska Elenian sähköverkon alueella on käynnistetty useita kehityshankkeita aurinkovoimaloiden rakentamiseksi. Tutkimuksessa hyödynnetään Elenian sähköverkon alueella sijaitsevien tuuli- ja aurinkovoimaloiden mittaustietoja. Aurinkovoiman mittaustietojen vähäisyyden vuoksi tutkimuksessa hyödynnetään myös Ilmatieteenlaitoksen havaintoasemien auringon säteilytehon mittauksia lisäämään tietoutta aurinkovoimaloiden tuottaman tehon käyttäytymisestä.

Tutkimuksessa analysoidaan tuuli- ja aurinkovoiman tuotannon vaihtelua eri ajankohtina. Tavoitteena on saada tietoa näiden kahden sähköntuotantomuodon tehohuippujen esiintymistiheydestä ja ajankohdista. Mittaustietojen perusteella voidaan havaita tuulivoiman tehohuippujen esiintyvän pääasiassa talvikuukausina ja yöaikana. Aurinkovoiman tehohuiput esiintyvät yksinomaan kesäkuukausina ja keskipäivällä. Tutkimustulosten perusteella voidaan havaita synergiaetuja näiden kahden eri tuotantomuodon välillä, koska tuuli- ja aurinkovoiman tehohuiput tapahtuvat pääsääntöisesti eri ajankohtina.

Tutkimuksen perusteella tuuli- ja aurinkovoimaa voidaan tietyin rajoituksin liittää samaan sähköverkkoon, vaikka sähköverkko olisi jo tuulivoiman tehohuippujen aikana täyteen kuormitettu. Tehohuippuja voi kuitenkin esiintyä samanaikaisesti, jolloin sähköverkko ylikuormittuu. Ensimmäinen ratkaisu samanaikaisten tehohuippujen aiheuttamaan sähköverkon ylikuormittumiseen on käyttää voimajohdon dynaamista kuormitettavuuden hallintaa. Toinen ratkaisu on rajoittaa tarvittaessa aurinkosähkön tehoa käytössä olevan invertterin avulla. Kolmas ratkaisu on tehon rajoittamisen sijaan syöttää ylimääräinen aurinkovoiman tuottama sähköenergia varastoon aurinkovoimalan alueelle asennettuun akustoon. Tämä varastoitu energia voidaan syöttää sähköverkkoon myöhemmin, kun on sopivampi ajankohta.

Tutkimuksessa ei löytynyt ratkaisua, joka olisi aina selvästi suositeltavin. Tehon rajoittaminen on investointikustannuksiltaan edullisin, mutta kaikkea saatavissa olevaa tehoa ei voida hyödyntää. Voimajohdon dynaaminen kuormitettavuuden hallinta ja akusto on todennäköisesti edullisempia ratkaisuja kuin uuden sähköverkkoinfrastruktuurin rakentaminen. Jokaisen aurinkovoimalan liittäminen sähköverkkoon on erillinen tapaus, joten taloudelliset laskelmat ja päätökset on aina tehtävä tapauskohtaisesti.