Aurinko lähettää Maahan sähkömagneettista säteilyä, jonka energia koostuu fotoneista. Aurinkopaneelien kennoissa muutetaan fotonien energian sähkövirraksi sähkökemiallisen reaktion avulla. Energian tuotto riippuu valon määrästä ja tehosta: mitä enemmän säteilyä osuu kennoihin oikeassa kulmassa, sitä enemmän elektroneja vapautuu ja sitä enemmän sähköä syntyy.

Aurinkoenergia on Suomessa kannattavaa maaliskuusta lokakuuhun. Talvikuukausina (marras-tammikuu) tuotanto on vähäistä.

kuva: Simon 70 MWp:n aurinkovoimala kytketty verkkoon – Suomen Lapin ensimmäinen aurinkopuisto – Solarigo Systems Oy 2015

Tuuli syntyy, kun Auringon lämpö lämmittää Maan pintoja epätasaisesti, jolloin syntyy ilmanpaine-eroja, jotka pyrkivät tasoittumaan, mikä saa aikaan ilman liikettä eli tuulia. Tuulivoimalassa tuulen liike-energia työntää ja pyörittää lapoja tuulen synnyttämän nostovoiman avulla (aerodynamiikkaa, toimii kuten lentokoneen siivet). Lavat kääntävät liikkeen voimalan sisällä olevan generaattorin pyörimisenergiaksi, jolloin generaattori tuottaa sähköä.

Tuulivoimala voi toimia, kun tuulen nopeus on 3-25 m/s. Maksimiteho energiantuotannossa saavutetaan tuulen nopeudella 13-15 m/s.

Lisätietoa pientuulivoimaloista: Pientuulivoima Suomessa – Motiva.

Tuulivoimalan mallikuva, kuvan lähde: Tuulivoimala – Herrfors.

Vesivoima perustuu veden putoamiskorkeuteen, eli kahden vedenpinnan väliseen energiatasoeroon. Kun vesi virtaa ylemmältä tasolta turbiinin läpi alemmalle, niin veden potentiaalienergia muuttuu liike-energiaksi. Turbiini pyörittää generaattoria, joka muuttaa liikkeen sähköenergiaksi. Veden virtaaman määrää voidaan säädellä keräämällä vettä varastoon patoaltaisiin tai voimalaitoksen ylävirran puolelle.

Vesivoimaa tuotetaan eniten kevättulvien aikaan, toinen korkean tuotannon aika on syyssateiden aikaan. Vesivoiman tuotantoa säädellään sähkön kulutushuippujen tasaamiseen.

kuvan lähde: Kemijoki Oy:n pumppuvoimalan malli ja vesivoimalaitokset Lapissa.

kuvan lähde: Pohjolan Voiman voimalaitosmalli ja vesivoimalaitokset Pohjois-Suomessa.

Bioenergia syntyy eloperäisestä aineksesta eli biomassasta: puusta, kasveista, biojätteestä tai lannasta.
Auringon energia varastoituu kasveihin fotosynteesissä. Kun tätä kasvibiomassaa poltetaan, niin kemiallista energiaa vapautuu. Bioenergiaa voidaan käyttää lämmöksi, sähköksi tai biopolttoaineiksi.

Kuvan lähde: Vihreä lanka, 07/2014.

Ydinvoimalassa energia vapautuu fissiossa, jossa raskaan atomin (yleensä uraanin) ydin halkaistaan neutronilla. Halkeamisesta vapautuu valtavasti lämpöenergiaa, joka kuumentaa vettä höyryksi. Höyry pyörittää turbiinia, jolloin generaattori tuottaa sähköä. Ydinvoima ei tuota hiilidioksidipäästöjä, mutta vaatii toiminnassaaan suurta turvallisuutta ja ydinjätteen turvallista ja riskitöntä loppusijoitusta.

Mallikuva Olkiluoto 3 Ydinvoimalasta. lähde: tvo_tekninen esite_ydinvoimalaitosyksikko_olkiluoto3.pdf

Fossiiliset polttoaineet ovat syntyneet miljoonien tai tuhansien vuosien aikana muinaisten eliöiden jäännöksistä (esim. planktonit ja levät –> öljy ja maakaasu, saniaiset –> kivihiili), jotka ovat puristuneet ja kuumentuneet Maan kerrosten alla tai maatuneet esim. suolla. Eliöiden sisältämä kemiallinen energia on varastoitunut hiilivetyihin, joita polttamalla vapautuu lämpöä.  Vapautuva lämpö kuumentaa vettä, joka höyrystyy. Höyry pyörittää turbiinia, jolloin syntyy sähköä.

Fossiiliset polttoaineet ovat uusiutumattomia ja aiheuttavat suurimmat ilmastopäästöt mm. hiilidioksidia ja metaania, mikä voimistaa ilmastonmuutosta. Vuonna 2025 Suomen sähköntuotannosta fossiilisten polttoaineiden osuus oli 4%. Fossiiliset päästöt energiatuotannossa ovat laskeneet 88 % vuodesta 2010.

Alla olevassa videossa (suomenkieliset tekstit) on selitetty fossiilisten polttoaineiden toimintaperiaate polttomoottoreissa tai polttokennomoottoreissa (erityisesti kohta 5:30 – 6:30).

Maankuoren alla on jatkuvasti lämpöä, joka syntyy mm. maan sisäkerrosten aineiden radioaktiivisesta hajoamisesta, Maan sisäisestä lämmöntuotosta mm. mannerlaattojen liikkeiden seurauksena tai auringon lämmittäessä maa- ja kallioperää. Joissakin paikoissa (esim. Islannissa) hyödynnetään myös kuumia lähteitä ja geotermisiä höyrypurkauksia sähkön tuotantoon.

Maalämpöä siirretään maalämpöpumpun avulla, joka siirtää lämpöä maaperästä tai kallion porakaivosta talojen lämmitykseen veden avulla. Rakennuksen sisälle lämpö jaetaan vesikiertoisten patterien tai lattialämmityksen avulla. Maalämmöllä lämpenee myös talon käyttövesi.

Maalämmön toimintaperiatteen löydät tältä videolta:

Vety ei ole varsinainen energialähde vaan energian kantaja ja varastoija. Vetyenergiaa tuotetaan käyttämällä apuna muuta energiaa esim. tuuli- tai aurinkoenergiaa.

Vedyn energiantuotanto perustuu vetyatomin korkean kemiallisen energian vapauttamiseen joko polttamalla tai sähkökemiallisesti polttokennossa.Vetyä tuotetaan yleisimmin elektrolyysillä, jossa sähköenergia hajottaa puhtaan veden (H₂O) vedyksi (H₂) ja hapeksi (O₂). Kun vetyä käytetään polttokennossa, se reagoi hapen kanssa, jolloin syntyy sähköä, lämpöä ja sivutuotteena vettä.

Jos vetyenergian tuotantoprosessin käyttöenergia on fossiilitonta, niin prosessissa ei synny lainkaan hiilidioksidia, mikä tekee prosessista ympäristöystävällisen ja täysin uusiutuvan. Tätä kutsutaan vihreäksi vetyenergiaksi. Jos prosessissa käytetään esim. maakaasua, kutsutaan sitä harmaaksi vetyenergiaksi. Muita vetyenergian tuotantomuotoja prosessin käyttöenergian mukaan ovat sininen (metaanikaasu + hiilidioksidin talteenotto), turkoosi (metaanin palamisreaktio + kiinteää hiiltä), pinkki (ydinvoima), ruskea (kivihiili) ja valkoinen (luonnonvedyn talteenotto maaperästä) vetyenergian tuotanto.

kuvan lähde: Vihreän vedyn mahdollisuus uusiutuvan energian varastoimiseen, vertaaensin.fi, 2024.