Akku tuplaa aurinkopaneelit

with 19 kommenttia

kuva-philipp-reiner-unsplash

Viime viikolla yksi energiauutinen oli selvästi ylitse muiden. Teslan Powerwall räjäytti pankin mediassa, pörssissä ja mielikuvissa. Aurinkopaneelit latasivat akkuja, ja Teslan Elon Musk piti elämänsä shown.

Uusiutuvan energian tulevaisuuden suurimpana haasteena on pidetty sähkön varastointia. Akkuja on tähänkin saakka löytynyt pilvin pimein markkinoilta, mutta ne eivät ole olleet sopivan hintaisia tai, mikä on vielä tärkeämpää, ne eivät ole olleet kiinnostavia.

Koko akkukeskustelu on joko leimattu öljynhajuiseksi insinööripuuhasteluksi tai tuomittu utopiaksi. Muutama yleisin argumentti lienee, että energian varastointi akkuihin (tai mihinkään muuallekaan) on toivottoman kallista, suuressa mittakaavassa teknisesti erittäin vaikeaa tai globaalina ratkaisuna mahdoton, koska esim litiumin tuotanto maailmassa ei riitä vastaamaan globaaliin tarpeeseen.

Tesla taas väittää pystyvänsä kytkemään omia akkujaan loputtoman suuriksi energiavarastoiksi ja paljon edullisemmin kuin muut. En epäile etteikö akkuja voisi kytkeä toisiinsa. Aiemmin epäilin, että siitä kertovaa videota katsottaisiin kohta kaksi miljoonaa kertaa. Linkki videoon.

Ydinvoima on nyt lyöty

Media viilliintyi. Piilaaksosta noussut uuden energiatulevaisuuden johtotähti lanseerattiin suuren maailman tyyliin. Forbes kysyi jo “Löikö Tesla juuri viimeisen naulan ydinvoiman arkkuun?” Mutta onko ydinvoima lyöty? Jätetään tämä asia vielä hautumaan.

Tesla on aiemmin profiloitunut sähköisten urheiluautojen valmistajana. Miksi Tesla ylipäänsä lähtee akkumarkkinoille? Koska se on valtava bisnes. Katso punaisia ja kellertäviä alueita. Siellä on aurinkosähkön ja siten lyhytaikaisen sähkön varastoinnin suurin potentiaali. Siellä myös asuu valtava määrä ihmisiä, joille sähkö ei ole itsestään selvyys: moni elää kokonaan ilman sähköä. Markkinat ovat valtavat.

SolarGIS-Solar-map-World-map-en (1)

Kuva: SolarGIS © 2013 GeoModel Solar    Suurempi kuva nähtävissä täällä.

Silti Suomikaan ei suinkaan ole toivoton tapaus. Rannikolla ja Etelä-Suomessa saadaan suunnilleen Pohjois-Saksan verran säteilyä. Sahara - Suomi -ottelu päättyy kuitenkin selkeisiin lukemiin 3 - 1.

Koska aurinko ei paista yöllä

Hieman Elon Muskia mukaillen: Useimmat meistä ymmärtävät, että aurinko ei paista yöllä. Bonuksena meillä tiedetään, että Suomen talvi on kylmä ja pimeä. Pystyvätkö akut mihinkään meillä Suomessa?

Teslan uutuuden strategiset mitat ovat 10 kWh ja 3500 dollaria, eli noin 3128 EUR ilman asennusta. Tarjolla on myös pienempi 7 kWh paketti päivittäistä lataussykliä varten. Takuu on 10 vuotta, eli käytännössä päivittäin akun tyhjentämällä ja lataamalla lataussyklejä luvataan 3650 kpl / 10 vuotta.

Jotta saat sähkön akusta kodin pistorasiaan, tarvitset vielä invertterin tuohon lisäksi. Täten kokonaiskustannus yhden akun ostajalle kasvaa. Mitä suurempi järjestelmä, sitä vähemmän invertterin ja asennuksen hinta tuntuu kokonaislaskussa. Toisaalta jos jo omistat aurinkosähkölaitoksen, jossa on sopiva invertteri, voit kytkeä Teslan akun tuohon samaan invertteriin.

Osta monta

Iso juttu menevän muotoilun lisäksi on se, että näitä voi latoa päällekkäin ja vierekkäin loputtomasti. Tesla tarjoaa siis verkkoyhtiöille ja teollisuuteen ja kelle vain periaatteessa rajattomasti skaalattavaa energiavarastoa. Onhan näitä suuria varastoja muillakin valmistajilla, mutta Tesla näyttäisi olevan tällä hetkellä halvin. Markkinat kuitenkin elävät nopeasti.

Paljonko se maksaa?

Omien laskelmieni mukaan edellä mainituilla teknisillä tiedoilla hinta akun takuuaikana itse asennettuna tekee noin 9,3 eurosenttiä / kWh, häviö huomioituna. Sähkö maksaa verkosta hankittuna Suomessa kaikkinensa noin 15 snt / kWh.

Avaimet käteen toimitettuna 10 kWh akun hinnaksi tulee 6336 6363 euroa, eli 10 vuoden päivittäisellä syklillä noin 17,4 snt/kWh. Tesla myös itse myöntää, että kustannus on liian suuri. Lisäksi vain pienempiä paketteja myydään päivittäiseen käyttöön, kun taas suurempi on tarkoitettu satunnaiseksi varavoimaksi. Tilanne elää.

Teslan akkupaketti siis lisää itse tuotetun energian kustannuksia, mutta ei mitenkään moninkertaisesti verkosta ostettuun sähköön verrattuna, vaan suuruusluokka on jo oikea. Forbes muuten väittää samassa artikkelissaan Powerwallin varastoivan sähköä hintaan 2 dollarisenttiä per kWh. Minulla ei ole mitään käsitystä miten tähän lukuun voi päästä. Kenties laskemalla akulle messevät 10 000 lataussykliä? Arvostaisin että jätät kommentin, jos tiedät paremmin!

Toisaalta toinen, kriittisempi Forbesin sivuilla julkaistu teksti arvioi akkujen varastoiman sähkön hinnaksi 15 dollarisenttiä / kWh. Totuus seuraa perästä.

Teho riittää vedenkeittimeen

2 kW jatkuva teho tarkoittaa, että Teslan akun teholla voisi normaalilla vedenkeittimellä keittää vettä ilman taukoa viiden tunnin ajan. Sen jälkeen akussa ei palaisi enää edes led-valo. Keskimäärin kodin kulutus kuitenkin on noin 1,5 kW tuntumassa, eli tehon pitäisi riittää arjen askareisiin keskimäärin mainiosti vajaaksi seitsemäksi tunniksi.

Yksittäinen Powerwall sopii koti-, pari- ja rivitaloasujille, joilla on omaa sähköntuotantoa, esimerkiksi aurinkopaneeleita. Näiden asuintalojen sähkönkäyttö sähkölämmitteisissä kohteissa on luokkaa 24-30 kWh / päivä. Kun lämmitysjärjestelmä on muu, on sähkön kulutus luokkaa 15 kWh per päivä per asunto (kaksi henkeä omakotitalossa).

Paljonko akku lisää aurinkosähkön potentiaalia?

Otetaan esimerkki. Eletään yksi päivä arkea syksyisessä kotimaassamme: Keskimääräinen perhe Virtanen asuu eteläisessä Suomessa. Katolla kellottelee uudenkarhea mutta järkevän kokoinen 2 kW aurinkosähkölaitos. Pari vuotta sitten valmiina ostettu pakettitalo lämpiää viileinä öinä kaukolämmöllä, mutta asuminen kuluttaa silti näin syksyllä rapsakat 30 kWh per päivä. 

Aamu menee verkkosähkön varassa. 2 kW aurinkopaneelijärjestelmä alkaa pukata taloon energiaa noin 1 kW teholla, kun perhe on jo poistunut arjen rattaisiin. Klo 10 mennessä tuotanto on ylittänyt kodin sähkönkulutuksen. Varsinainen kulutushuippu on kuitenkin iltapäivällä ja illalla kun koko perhe on taas koolla. Esimerkiksi ruoanlaitto ja kodinkoneet nostavat tehon tarvetta.

Herra ja rouva Virtanen ovat kaukaa viisaita insinöörejä, joten sähköntuotanto on mitoitettu suunnilleen kulutuksen suuruiseksi. Heidän sähkön kulutuksensa ja tuotantonsa yhden vuorokauden aikana on suunnilleen alla näkyvän kuvan mukainen. Kesän parhaina hetkinä paneelisto on turhankin suuri (huipputeho lähes 2 kW) ja sähkö menee halvalla verkkoon. (Sähkön myyntihinta verkkoon on noin 1/3 kulutuksessa syrjäytetyn sähkön hinnasta.)

Aurinkoenergia-2kW-kotitalous-ei-sahkolammitysta

Insinööriperhe on kuitenkin päättänut harrastaa omaa energiantuotantoa jo melko tosissaan, joten paneelien määrä päätetään rennolla kädellä tuplata. Alla oleva kuva kertoo seurauksista. Kauniina kesäpäivänä 4 kWp tehokäyrä huitelisi vielä selvästi ylempänä ja reilusti suurempi osuus energiantuotannosta päätyisi sähköverkkoon jaettavaksi naapureiden kanssa.

Aurinkoenergia-kotitalous-ei-sahkolammitysta

Mutta kuten arvata saattaa, ei siinä vielä kaikki.

Koska herra ja rouva Virtanen ovat molemmat paatuneita insinöörejä, he päättävät ostaa vielä 10 kWh akkupaketin, joka ruuvataan omin pikku kätösin autotallin seinään kiinni. Se saa käyrät näyttämään täysin toisenlaisilta. Raidoituksella merkitty sininen alue kertoo energiamäärän, jonka voi kerätä talteen akkuihin. Se on karkeasti arvioiden luokkaa 7 kWh. Keskikesällä kun sähkön tuotantoteho on ehkä 40% suurempaa, tulee päivän aikana ylijäämää 4 kW laitoksella helposti 20 kWh. Siinä tarvitaan jo se toinen 10 kWh akkupaketti.

Aurinkoenergia+akusto-kotitalous-ei-sahkolammitysta

Tuotantodata: Puro Power Kuukankaari (15.9.2014); Keskimääräinen kulutuskäyrä: VTT.

 


Lähteet:

Teslan akkupaketin julkistus:
https://www.youtube.com/watch?v=yKORsrlN-2k

Tesla Powerwall:
http://www.teslamotors.com/powerwall

Forbes kysyy, onko ydinvoima nyt lyöty, väittää kritiikittömästi Teslan akun hinnaksi 2 dollarisenttiä per varastoitu kWh ja ilmoittaa muiden valmistajien tuotteiden olevan lähes kolme kertaa kalliimpia.
http://www.forbes.com/sites/jeffmcmahon/2015/

Toinen, astetta kriittisempi Forbes-artikkeli, jossa arvioidaan todellisia kustannuksia.
http://www.forbes.com/sites/christopherhelman/2015/

Teslan press kit, jossa yleistä tietoa:
http://www.teslamotors.com/presskit/teslaenergy

Empiirinen yhden kodin otos antaa kodin keskitehoksi (ei sähkölämmitystä) 1,5 kW:
https://www.facebook.com/groups/

Kahden hengen kaukolämmitteisen omakotitalon sähkönkulutus on noin 15 kWh / päivä.
https://www.tem.fi/files/35856/Kotitalouksien_sahkonkaytto_2011_raportti.pdf

Ei-sähkölämmitteisen asunnon sähkönkulutuksen kuormituskäyrä (s.11):
http://www.vtt.fi/inf/julkaisut/muut/2010/VTT-R-07496-10.pdF

Noin 2 kWp aurinkosähköjärjestelmän esimerkkituotantokäyrä syksyisessä Suomessa:
https://www.sunnyportal.com/Templates/PublicPageOverview

Lataa kirjoittamani ilmainen energiaopas tästä!

Saat sähköpostilistani kautta oppaan lisäksi uudet blogit sähköpostiisi. (Noin kerran kuussa)
Lataa opas tästä!
  • Jouni Valkonen

    ihan kiva artikkeli. Asiassa on kuitenkin pari muutakin dimensiota. Kun virtaset alkaa runsaimmin joukoin kokeilemaan sähkön itsetuotantoa ja varastointia, niin jokainen itsetuotettu kWh on suoraan pois keskitetyn energian ja sähköverkon ylläpidon kannattavuudesta. Jolloin käytännössä verkkosähkön hinta nousee, jolloin virtasten kannattaa kenties harkita 8 kW:n aurinkosähköjärjestelmän asentamista katolle.

    Erittäin pahaksi tilanne menee, jos Virtaset vielä hankkivat maalämpöpumpun ja tuhannen litran lämminvesivaraajan, jolloin myös paikallinen kaukolämpöfirma menee konkurssiin, koska jos kaukolämpöfirma alkaa nostamaan kaukolämmön hintoja, niin myös naapurin Niemiset alkavat miettimään maalämpöinvestointia. Moni ei sitä vielä ymmärrä muutta maalampö + lämminvesivaraaja on vielä Teslankin Powerwall -akkua edullisempi tapa kotitalouksille varastoida aurinkosähköä.

    Toinen asia mikä kannattaa ottaa huomioon, että kenties Virtasten ei kannata hankkia omaa 7 kWh:n Powerwall systeemiä, vaan Virtasen kannattaa mahdollisesti tilata yhdessä Niemisten ja Heikkisten kanssa Teslalta 100 kWh:n Powerpack ja perustaa koko naapuruston kanssa Microgrid, jossa on kenties maalämmönkin tuotanto on yhteinen. 100 kWh:n Powerpack tuo asennuksen suhteen hiukan skaalaetuja sekä tietenkin se maksaa vain 22 000 euroa, nyt yli-vahvalla dollarin kurssilla. Jos Virtaset ostavat 20 %:n osuuden Powerpackistä, niin tämä olisi ihan järkevä investointi.

    Jos Virtaset suunnittelisivat muuttamista Espanjaan eläkkeelle jäätyään, niin tällainen naapuruston yhdessä hankkima microgrid olisi jo houkutteleva vaihtoehto sähköverkkoliittymälle. Hinta ero ei ole enää oleellinen vaikka siihen huomioittaisiin Diesel-generaattori varavoimalana.

    • Kiitos Jouni kommentista. Olen samaa mieltä siinä, että mikäli sähkömarkkinat säilyy nykymuotoisina vuosikymmeniä eteenpäin, ja samalla kuluttajien oma tuotanto räjähdysmäisesti lisääntyy, on sillä vaikutusta erityisesti sähkön jakelun hintaan. Nyt pieni osa sähköverkkoyhtiön tulosta tulee kiinteästä maksusta ja suurempi osa siirretyn energian mukaan. Jos siirretyn energian osuus pienenee, niin tulot pienenevät, ja jostain se toiminnan kate on otettava.

      Sähkölaskun toinen osa eli varsinainen sähköenergian osuus taas on mutkikkaampi juttu. Keski-Euroopan sähkömarkkinoilla on Pohjoismaita huomattavasti enemmän tuuli- ja aurinkoenergiaa, kuten tiedetään, ja siellä uusiutuvan energian lisääntyminen on johtanut pörssihintojen laskuun, ei nousuun. Kuluttajan maksettavaksi tulevan energian hinta on noussut tukien vuoksi, se on totta. Kuitenkin, koska aurinkosähkön hinta on jo romahtanut, ei vastaavan kokoisia tukimekanismeja toivottavasti enää esim meillä tarvita. Näin näyttäisi uusiutuvien vaikutus sähkön hintaan olevan enemmänkin laskeva. Toki tämä pätee vain yleisesti eikä yksittäisten talvipakkastuntien osalta. Lähde (s.14): http://www.ise.fraunhofer.de/en/publications/veroeffentlichungen-pdf-dateien-en/studien-und-konzeptpapiere/recent-facts-about-photovoltaics-in-germany.pdf

      Tuo 100 kWh Powerpack + maalämpö on todella mielenkiintoinen aihe, josta oikeastaan pitäisi kirjoittaa oma blogi. Hieno nosto!

      Edit: tarkennus.

      • Jouni Valkonen

        Yksi kiinnostava vaihtoehto olisi, että nykyinen kaukolämpöverkko muutettaisiin hajautetun maalämmön jakeluverkoksi. Eli nykyisin kaukolämpöön kytketyt kerrostalot poraisivat maalämpökaivot ja syöttäisivät ylimääräistä aurinkopaneleilla/tuulimyllyillä tuotettua maalämpöä kaukolämpöverkkoon. Kenties koko lämpökattilan voisi siten korvata syvillä maalämpökaivoilla ja maalämpöpumpuilla tai ainakin polttaminen voitaisiin pudottaa murto-osaan kaukolämmön tuotannossa nykytasoon verrattuna.

        Tämä voisi olla hyvä kompromissiratkaisu, ettei meidän tarvitsisi kokonaan hylätä kallista kaukolämpöinfrastruuktuuria ja silti voitaisiin siirtyä puhtaaseen ja taloudelliseen kotimaisen lämpöenergian tuotantoon. Kaukolämpöverkkon hyödyntäminen näin mahdollistaisi myös tuulivoiman tuotannon tasauksen talvikuukausina, joten se ratkaisisi sen kuluneen argumentin, että tuulivoiman integrointikustannukset sähköverkkoon olisivat korkeammat kuin fossiilisen voiman integrointikustannukset, koska tuulivoima tarvitsee säätövoimaa tai sähkövarastoa.

        Turku Energia mm. sallii sen kaukolämpöasiakkaiden syöttää uusiutuvalla sähköllä tuotettua maalämpöä kaukolämpöverkkoon.

  • http://en.wikipedia.org/wiki/Drake_Landing_Solar_Community

    Tuon linkin high light: ”In 2012 the installation achieved a world record solar fraction of 97%; that is, providing that amount of the community’s heating requirements with solar energy over a one-year time span.”

    Siis Kanadassa!

    Kun otamme akun tarkasteluun vielä tähän settiin, huomataan kustannuksen todellakin olevan vain muutamia senttejä per puskuroitu kWh. Miten lukuun päästään?

    Teslan akun hinta ei ole halpa. Siinä on brändin preemiot päällä. :) Se, että moni konsultti on maksusta toitottanut akun hinnan kalleudesta ja verrataan $1000/kWh hintoihin, mitä Samsung tai Siemens ovat laskuttaneet kansallisilta koehankkeilta, ei ole missään suhteessa akun valmistuskustannukseen.

    Li-ion akun aktiivisten materiaalien nettohinta on tänä päivänä noin $35/kWh. Passiiviset materiaalit ja prosessikulut nostavat hinnan noin $100/kWh tuntumaan. Yksi kalleimmista osista on kuparifolio. Se myös painaa paljon akussa. Sen hinta ei tule enää alaspäin vaikka tilaisi kaiken maailman kuparin kerralla itselleen. Päinvastoin. Hinta nousisi pilviin. Siksi kehitin foliottoman akkuteknologian.

    Jos kansallisella investoinnilla elvyttelyn sijaan ostaisimme 750.000 kotitalouteen 20kWp aurinkopaneleita (yhteensä 15GW) ja niiden seuraksi akkupaketin 100kWh (yhteensä 75GWh), jäisi panelien ja akkujen hinnat melkoisen mataliksi. Yhteishankintahinta on alle 10 Mrd€ (2014 elvytysraha).

    Aurinkopaneleiden hinta loppukäyttäjälle on Shenzhenissä noin 10c/Wp, kun saa valtion tuet ja lupaa myydä halvalla ylimääräisen tuottamansa sähkön verkkoon. Kauppahinta noin 30c/Wp.

    Akun hinnaksi jää noin $150/kWh BMS:n ja invertterin (9kW) kanssa. Moni asia kotitaloudessa pyörii nyt jo matalalla jännitteellä. Laitteissa on hakkurit, jotka melkein kaikki toimivat n.90Vdc jännitteellä. LED-valolähdepohjaisten laitteiden virrankulutus on niin matalaa, että 3600W johdotuksella (2,5mm^2 MMJ) tehdyt talot ovat naurettavasti ylimitoitettuja. Miksi minulla on 7W LED valaisimelle 2100W kytkin ja johdot? Ja joiden asentaminen on maksanut kaikkine tarkastuspöytäkirjoineen merkittävästi enemmän, mitä olisi oikeasti tarvinut. Säästön paikka jatkossa!

    Teslan akut on NMC-kemialla, millä on 3,6v kennojännite ja mitoitustavasta riippuen 5000 sykliä 70% DOD (Depth of Discharge, purkusyvyys). Siksi tuo 10kWh akku taataan antamaan 3650 sykilä sen 7kWh ja 520 sykliä 10kWh.

    Kalenterielinikä vaikuttaa enemmän tehonantokykyyn kuin kapasiteettiin monissa li-ion kemioissa. Siksi syklejä voi saada lyhyessä ajassa melkoisesti. Teslan akusta voi saada vaikka 200.000 mikrosykliä.

    Jos akkua syklataan päivittäin ja akun olosuhteet voidaan optimoida (lämpö, purkuteho, purkusyvyys), voidaan akusta saada yli 20 vuoden elinikä irti. Läppäriakut tapetaan ihan tarkoituksella, koska niistä pitää saada paras mahdollinen käyttöaika irti. Mielummin halutaan nokitella 10h käyntiajalla, kuin 10 vuoden elinkaarella. EIhän se läppärikään kestä 10 vuotta!

    Otetaan tuo 100kWh akku tarkasteluun yhdellä kilowattitunnilla. 20 vuotta 7300 syklliä, joiden keskimäärinen purkusyvyys häviöineen on 70%. 1kWh siis puskuroi noin 5110kWh 20 vuoden aikana. Tarkastelujakso on pitkä, koska otin olettamaksi kansallisen investoinnin mahdollisuuden.

    150€ otetaan nyt vaikka kWh hinnaksi, koska ostimme noita 100kWh yksiköitä juuri 750.000 kappaletta.

    150€/5110kWh = 0,0294€/kWh = ~3snt/kWh.

    Akku ei ole kuollut tuolloin, vaan siitä saa enää 70% alkuperäisestä kapasiteetista ulos. Se jatkaa toimintaansa, kunnes jotain feilaa ja kenno kerrallaan järjestelmä rampautuu.

    Syklien syvyykiä ja hyötysuhteita voi aina optimoida. Meidän akkujen ja järjestelmien round trip AC/AC hyötysuhde oli 93% EPRI:n testeissä. LiFePO4 kemialla.

    Saimme viime vuonna ensimmäisen sähköautoakustonkin 10v ikään ja ajokki ostettiin asiakkaalta takaisin hyvällä hinnalla pois. Nyt akut menossa labroihin analysoitavaksi, miten 10v on kuluttanut akkujen rakennetta. Osa kennoista jatkaa testipenkissä, kunnes kuolevat. Nyt oli 67% alkuperäisestä kapasiteetista jäljellä ja järkevä tehonanatokyky noin 50% huipusta. Ajoneuvokäyttö on hyvin erilaista, mitä paikallisakku näkee. Uudistuksilla, mitä on tehty 10v aikana, on saatu materiaaleihin stabiiliutta ja prosessihin tarkkuutta. 2004 nuo protoakut tehtiin käsityönä.

    (Disclaimer: investoinnit maksaa korkoina ja muina kuluina. Niitä ei ole huomioitu laskelmassa. Asentamisen kustannukset riippuu kohteista ja paketoinneista. 70% aurinkojärjestelmän hankintakuluista on pehmeitä kuluja mm. asennus. Yleistäminen on varallista, mutta se helpottaa isojen kokonaisuuksien arvioimista. Kansallinen hankinta voi olla lain vastainen. Olen akkuhörhö ja hieman ignorantti kansantalouden makromekanismeista sosiaalisesta näkövinkkelistä. Saatan leipoa tässä alkua jollekin kamalalle kansantalouden syöksykuolemalle)

    • Jouni Valkonen

      Kuten huomasit, niin riittävän matalalla purkusyvyydellä litium-akut eivät käytännössä kulu lainkaan lataussyklien aikana. Mutta ongelmaksi muodostuu termodynamiikka, joka saa aikaa sen, että akut menettävät kapasiteettia ja hyötysuhdettaan noin 2-4 prosenttia vuodessa, vaikka akkuja ei edes käytettäisi ja varaustaso pidetään optimaalisessa 40 prosentissa. Jos akku ladataan täyteen ja varastoidaan, niin akku on kaput vuodessa. Ks. erit. Table 3 tuosta linkistä.

      http://batteryuniversity.com/learn/article/how_to_prolong_lithium_based_batteries

      Tämän vuoksi 20 vuoden käyttöikä on mahdoton litium-akuille, mutta toisaalta 10 vuotta saavutetaan lähes riippumatta kuinka akkua käytetään. Tämän vuoksi Tesla tarjoaakin 85 kWh:n sähköauton akulle kilometrirajattoman kahdeksan vuoden takuun. Tämä siitä huolimatta että Teslalla tiedetään, että ammattiautoilijat saattavat ehtiä 100 000 km vuodessa, eli kahdeksassa vuodessa ehtii hyvin ajamaan Kuuhun ja takaisin Teslan sähköautolla.

      • Battery university ei välttämättä ole ihan paras tapa kaivaa faktoja, koska yleistäminen on iso ogelma li-ion akkujen kanssa. Se, että LiPo-kennot happanee 20x nopeammin kuin moni muu ei ole mikään uutinen. It’s in the design.

        Kennokohtaisesti toki vaikuttaa lähes aina stressi. Stressitekijöitä on erilaisia ja ne riippuvat kennosta. Muuttujia on mm. elektrodit, erotin, elektrolyytti, kerrospaksuudet, puhtaudet, partikkelimekaniikka, paketointi, valmistusprosessi, formatointi. Ja kymmeniä muuttujia lisää, mitä noihin asioihin on upotettuna.

        Eli: li-ion akkuja on kirjaimellisesti *miljoonia* eri variaatioita ja jokaisella yksittäiselä kennolla on omat ominaisuutensa.

        Ne kennot, millä halutaan 500km ajomatka tai 10 tunnin käyttöaika ei välttämättä päästä yli 10 vuoden ikään saati edes unelmoida 20 vuodesta.

        Identifioimme jo joskus 2003 li-ion akuille stationäärisen käytön olevan naurettavan suuri markkina. Siksi keskityimme (tai ainakin minä) kehittämään pitkäikäisiä ja isoja li-ion kennoja, joiden valmistaminen on halpaa ja nopeaa. Jotkut vannoivat vain puhtauden nimiin ja toki sekin vaikuttaa omalla tavallaan.

        Ehdottomasti parhaimmat tulokset on kuitenkin saatu toistaiseksi isoilla prismaattisilla kennoilla. Tesla käyttää pieniä ”sormikennoja”. Me taas teemme jopa 10.000Ah yksittäisiä kennoja. Yksi kenno on noin pyykinpesukoneen kokoinen laitos, missä on yksi elektrolyyttitila. Seuraava sukupolvi on jo sellainen, että yksi kenno täyttää merikontin pohjan kokoisen alueen (2x6m), mutta on vain muutaman millimetrin paksuinen levy. Valmistaminen on merkittävästi nopeampaa, mitä koskaan aiemmin.

        Pitkän iän salaisuus on normaali paine kennon sisällä, jolla on tasausmekanismejä sekä tähän yhdistetty ”märkä” rakenne. Ylimääräisen elektrolyytin tarkoitus onkin turvata riittävä määrä aktiivista materiaalia komponenteiksi hajonneen ja passivoituneen elektrolyytin tilalle. Pussikennoissa tuo on hankalaa, koska paketti pysyy kahvipaketin tavoin nipussa alipaineella. Sormikennoihin voi jättää ylimääräistä helpommin ja uskoisin tuon olevan yksi tapa, millä Tesla hakee elinikää. Mekaanisen paineen menetelmä taas antaa valtavasti anteeksi oikosulkumekanismeille ja elektrodien mekaaniselle kulumiselle. Sillä on myös itsesäätyvä mekanismi sisäisen vastuksen suhteen, mikä on suorastaan nerokas.

        Eri kemioilla (LTO, NMC, LMP, LCO, LFP,..) on erilaiset käyttöjännitteet ja se vaikuttaa suuresti kalenterielinkään nykyisillä elektrolyyteillä. Sielläkin otetaan ihan hyviä kehitysaskeleita, mutta nyt tuotannossa oleville kennotyypeille voidaan käyttää vain hyvin testattuja komponentteja. Minä olen tosin toteuttanut sellaista accelerated implementation -menetelmää, missä ihan tavallisille asiakkaille on etukäteen kerrottu, että laitos on prototyyppi joltain osin ja sille annetaan 10v takuuaika. Asiakas maksaa markkinahinnan laitteestaan ja kaikki hyötyy. Tosin joskus on tullut haukattua liikaa kerralla ja vikatiheyden kasvaessa on joutunut tekemään kalliitakin muutoksia omaan piikkiin. No pain no gain.

        • Jouni Valkonen

          ei, se voi ehkä vaikuttaa intuition ja ennakko-odotusten vastaiselta, mutta tosiasiassa pienemmät kennot ovat paljon halvempia ja pitkäikäisempiää kuin suuret kennot. Tämä johtuu siitä, että yksittäisten kennojen varauksen säätely ja lämmön hallinta on paljon täsmällisempää, joten on helpompi optimoida kennojen käyttöikä. Lisäksi lainkaan triviaalia ei ole että pienillä kennoilla saavutetaan paljon korkeampi redundanssin taso, jolloin vaadittavaa redundanssia ei tarvitse kokonaan huomioida tuotannon aikana. Tämä pienten kennojen redundanssi yksistään saattaa säästää tuotannon kustannuksissa noin 30 % verrattuna prismaattisiin kennoihin. Näin siis lisääntynyt redundanssi ja hallittavuus yhdessä paljon paremman standardisoitavuuden ja saavutettujen skaalaetujen takia, kun siirrytään akkujen oikeaan massatuotantoon niin pienet kennot soveltuvat siihen paljon paremmin. Tämän vuoksi, Tesla, joka siis on maailman ylivoimainen markkinajohtaja partnereidensa kanssa akkuteknologiassa, ei ole koskaan edes harkinnut prismaattisia kennoja sähköautoissa tai stationaarisessa sähkön varastoinnissa. Ja minkä takia Teslan akkujen hinnat on noin 50-100 % halvemmat kuin kilpailijoilla.

          Ilmeisesti se missä muut ovat tehneet virheen, että he ovat katsoneet vain kennoja, mutta eivät ole ymmärtäneet sitä mikä on kennojen ympärillä olevan teknologian innovaatiopotentiaali. Ylipäänsä ihmiset ovat tavattoman kehnoja näkemään mikä on teknologian innovaatiopotentiaali ja näkemään niin sanotusti metsän puilta. Keskitytään liikaa yksittäisiin asioihin ja epäonnistutaan näkemään kokonaisuus. Kokonaisuutena kun huomioidaan koko tuotantoketju ja valmis tuote, niin pienet kennot ovat vain parempia kuin suuret kennot.

          • ”pienemmät kennot ovat paljon halvempia ja pitkäikäisempiää kuin suuret kennot”

            Tämä ei ole näin yksioikoista. Moni asia vaikuttaa hintaan ja elinikään.

            Pienten kennojen näennäinen halpuus johtuu vain siitä, että niitä tehdään tällä hetkellä isolla volyymillä ja prosessi on hiottu tästä johtuen nopeaksi ja luotettavaksi.

            Isojen kennojen tuotantonopeus taas voi olla merkittävästi suurempi (>10x), mitä pienten kennojen. Pullonkaulaksi usein muodostuu formatointi ja varastointi laatukontrollissa. Mutta myös prosessivaiheet ja niiden määrä tällä hetkellä.

            ”yksittäisten kennojen varauksen säätely ja lämmön hallinta on paljon täsmällisempää”

            Mihin perustat tämä väitteen?

            Kennojen varaustilaa yleensä seurataa karkeasti jännitteellä. LMO, LCO ja NMC ovat helpompia, koska jännitealue on laajempi (2,5-4,25). Rinnan kytkettynä kennot ovat lähes samassa jännitteessä (kuormituksesta riippuen) ja tämän katsotaan tasaavan varaustilaa kohtuullisella tarkkuudella. Mutta näin myös pyörrevirrat ovat aika hurjia hetkellisesti. Tässä on jouduttu menemään sille polulle, että tehotasapainon lisäämiseksi jokaisen kennon pitää pystyä antamaan merkittävän isoja tehoja. Isot tehot taas ovat suhteessa virrankuljettimien sähkönjohtokykyyn sekä elektrodien väliseen paineeseen (etäisyyteen). => lisää kuparia ja keraamisia erottimia jne.

            LTO on oma juttunsa, koska pystyy isoihin tehopurskeisiin jo kemian tasolla.

            LFP on taas aika omanlaisensa rinnankytkettävä, mutta sen tekeminen on halpaa ja kemian tasolla antaa anteeksi tosi hyvin vikatilanteita. Liiallinen teho purettaessa tai ladattaessa vaatii perusraaka-aineen käsittelyä ja ohuempia kerroksia virrankuljettimille. Tai sitten on toisiakin polkuja. ;) Virrankuljettimia voidaan pienentää suhteessa kerrospaksuuteen ja erotintakin voidaan lihavoittaa tehonantokyvyn kärsimättä. Myös tuotantonopeutta voidaan nostaa merkittävästi. Tällä yhtälöllä aktiivisten materiaalien suhteellinen määrä kennossa kasvaa ja kustannustehokkuuttaa on mahdollista entrata hyvään suuntaan. Elektrodipastat, elektrolyytti ja erotin ei maksa enempää kuin $50/kWh tänään. Se on hintatavoitteemme Suomessa valmistetulle akulle.

            Lämmön hallinta on paljon täsmällisempää, jos kaikki elektrodit on samassa laatikossa, lilluu samassa elektrolyytissä ja on samassa foliossa kiinni. Siis, jos kenno on suunniteltu ja mitoitettu siten, että siitä ei tarvtise ottaa 10C purskeita koskaan.

            Monessa laitteessa tavoite on kuitenkin pitkä käyttöaika ja -ikä. Onhan se 0-100km/h 3s ajassa kivaa, mutta ei se, mitä normaali kahden lapsen äiti tarvitsee kauppamatkalleen. Model S myi hyvin tuossa hintatasossa early adobtereille, mutta nyt on seinää vastassa. Ellei uutta ja parempaa saada aikaiseksi. Mutta luotan Eloniin, koska osasi pitää niin pitkään visusti salassa Model S:n nelivetoisuuden, vaikka se sellaiseksi alusta pitäen suunniteltiin. Model X 100kWh akulla on jo taas ihan kiva piristys myyntiin, mutta vasta Model 3:n kautta tuotanto kääntyy voitolliseksi. PowerWall oli edistyksellinen tuote, vaikka 100 muuta valmistajaa sitä jo tekee. Super Inflated markkina-arvokin on jotain, mistä moni hypettäjä-noviisi voi vain unelmoida. Elon on taituri tuossa työssään.

            ”Tesla, joka siis on maailman ylivoimainen markkinajohtaja partnereidensa kanssa akkuteknologiassa,”

            Tsot, tsot! :) Eipäs nyt liiotella. Ehkä markkinajohtaja segmentissään, eli wanabe-luksus sedan autojen segmentissä.

            Vuodesta 1998 on eräskin Kiinalainen tuottaja valmistanut ja myynyt li-ion akkuja (NMC, LMO, LFP) merkittävästi enemmän, mitä Panasonic ja Tesla. Protolinjoilta tulee ulos jo pelkästään 320MWh/a.

            Suurimman tuotantolaitoksen todellinen vuosikapasiteetti on yli 3GWh. Laitos maksoi hieman alle 1Mrd USD (2010) ja sijaitsee Novosibirskissä, Venäjällä. http://www.liotech.ru/newsen_1206_350

            Panasonic/Tesla tuotti ~2.8GWh vuonna 2014 (ulkopuolisten antama arvio tullauspäätöksistä).

            Liotechiä vastaavia, mutta pienempiä lisenssitehtaita on jo lähemmäs 20 kpl. Pääosin kaikki Kiinassa (Sinopoly, Liyuan, Calb, Ningbo..) ja toki osa spinneoffeista on lahjakkaasti tunaroitu, kuten mm. Varkauden akkutehdas. Nyt sinne tosin oli saatu Usa:ssa asuvien Venäläisten rahaa ja uudet omistajat. Toivottavasti löytävät nichensä markkinoilta.

            Miksi tilastoissa ei näy kaikkea? Koska jotkin toimijat valmistavat jo itse akkujensa raaka-aineet. Siksi ne volyymit eivät näy analyytikoiden markkina-arvioissa. Tätähän Teslakin jäljittelee GigaFactoryllään. Tietääkseni siinä laitoksessa ei ole varsinaisesti mitään uutta ja ihmeellistä.

            Veikkaan, että TeraFactoryn käynnistyessä monelta menee pasmat sekaisin. :)

            ”Ylipäänsä ihmiset ovat tavattoman kehnoja näkemään mikä on teknologian innovaatiopotentiaali ja näkemään niin sanotusti metsän puilta”

            Tämä on totta. Allekirjoitan. Siksi ihmettelenkin, miksi metsäjättimme eivät ole mukana akkuteollisuudessa vahvemmin. Siellä olisi nyt kasvun paikka tiedossa aikakauslehtipaperin myynnin vähetessä. Bio-polttoaineet ovat mielestäni harha-askel, mutta ymmärrän täysin, miksi se polku on valittu. Ovathan isot tulot tulleet aiemminkin energiasektorilta biojätteen poltolla.

            Moni asia tulee muuttumaan aurinkoenergian ja energiavarastojen myötä. Koko energiasektori muokkautuu uuteen muotoon ja seuraavat 50-100 vuotta ovat kuluttajan juhlaa. Pidemmälle ei uskalla arvioida.

          • Jouni Valkonen

            itse en osaa arvioida kuin noin 5-10 vuotta eteenpäin tarkasti ja noin 20 vuotta eteenpäin siten että jotain voi yrittää sanoa. Ja sinä aikana veikkaan että suurin osa fossiilisen perusvoiman tuottajista on ajettu konkurssiin. Saksassa on vasta 6 % aurinkovoimaa ja 13 % tuulivoimaa ja siellä energiayhtiöt ovat jo konkurssin partaalla.

            Sitä mukaan kun perusvoiman tuottajia tipahtaa konkurssiin, sitä enemmän pitää investoida uusiutuvaan energiaan. Tämä johtaa kierteeseen, jonka seurauksena meillä on sata prosenttia uusiutuvia jopa Suomessa noin vuoteen 2030 mennessä. Nykyisin hiilivoiman dominoimassa Australiassa romahdus on vieläkin nopeampi ja lienee valmis johonkin vuoteen 2022 mennessä.

            En tiedä pitäisikö naureskella niille eläkkeelle pääsyä odottaville, jotka ovat investoineet eläkesäästönsä perusvoimaan, koska ne säästöt on arvottomia hyvin nopeasti.

          • Todella hyvää keskustelua, kiitos siitä!

            Aika rohkeita arvioita heität Jouni energiayhtiöiden konkursseista. Totta on, että energiayhtiöt Saksassa heräsivät uusiutuvan energian buumiin hitaasti, mutta heräsivät kuitenkin. Voisiko kokonainen teollisuuden ala mennä päistikkaa pöpelikköön ilman, että ehtisivät tehdä korjausliikettä jos tai kun sen aika on esimerkiksi meillä Suomessa?

          • Jouni Valkonen

            Asiaa selittää, että ei suuryritykset ole kenenkään omistamia tai jos yritys menee konkurssiin niin veronmaksajat siivoaa sotkun ja toimitusjohtaja etsii uuden työn missä on vieläkin kovempi palkka.

            Tämän vuoksi suuryritykset ovat sokeita muutoksille ja esimerkiksi Toyota voi tehdä niin katastrofaalisia virheitä koska se on laiminlyönyt sähköautoinvestoinnit. Keskitytään vain siihen että seuraava kvartaali on voitollinen ilman edes yritystä tai halua ymmärtää muutosta.

            Saksassa vain yksi energiayhtiö neljästä suuresta on varautunut. E. On on päättänyt myydä kaikki fossiilisen voiman ja ydinvoiman omistuksensa vuoteen 2018 mennessä. Saattaa kuitenkin olla että jopa E. On myöhästyy eikä löydä omistuksilleen ostajaa.

            Noi Teslan akut ovat siis jo riittävän halpoja mahdollistaakseen 100% uusiutuvia. Ja akkuteknologian hinta vähintään puolittuu pelkästään skaalaetujen takia kun lähdetään sähköistämään maapallon parin miljardin ajoneuvon kantaa.

          • Kavartaaliajattelu kieltämättä hankaloittaa pitkän aikavälin ajattelua operatiivisella tasolla, mutta kyllä firman hallituksen tulisi pitää huolta siitä, että pitkässä juoksussa tehdän strategisesti järkeviä valintoja.

          • Jouni Valkonen

            ilman muuta pitäisi. Mutta harva ihminen oikeasti ymmärtää näitä asioita vaan suurin osa ihmisistä vain luottaa että hänen ympärillään on riittävästi ihmisiä, jotka tajuavat nämä asiat. Sitten uuden teknologian kanssa päästään helposti tilanteeseen, jossa sokea taluttaa sokeaa eikä riskejä uskalleta ottaa.

            Ehkä tärkein syy miksi vanhat dinosaurukset ovat epäonnistuneet, että ne ei kykene riskin ottamiseen. Tämän vuoksi markkinat suosivat uusia yrityksiä, jotka eivät pelkää riskejä ja joita johtaa visionäärit, jotka tulevat alan ulkopuolelta ja siten joutuvat päättelemään asiat ei siitä kuinka asiat on ennen tehty, vaan pitää perustella asioita alkaen perusteista.

            Paradigman muutoksen kourissa vanha pääoma ja tietotaito on vain taakka.

  • Pingback: Tunnustus World Energy Council Finlandilta - Tuomas Vanhanen()

  • Pingback: Uusi, tuore, parempi - Tuomas Vanhanen()

  • Pingback: Mitä meiltä voi vaatia? - Tuomas Vanhanen()

  • Pingback: Kysyntäjousto - tai mustaa joulua kaikille()

  • Pingback: Aurinkosähkö on (media)seksikästä - ja syystä! - Joutsentalo.fi()