huippuosaamista

Aurinkoa ja energiaa!

Älä vajoa kaamosmasennukseen – Suomessa osataan ottaa tehot irti vähästäkin valosta.

Jaa artikkeli

Täällä hämärän takamailla – tai tarkemmin Otaniemessä Aalto-yliopistossa – on kehitetty maailman paras nanokuvioitu piiaurinkokenno. Eihän se oikeastaan olekaan ihme, että juuri Suomessa on onnistuttu saamaan auringonvalosta mahdollisimman suuri hyöty irti. Totesihan Esko Ahokin pääministerinä ollessaan: ”Siperia opettaa”.

Mikro- ja nanoelektroniikan professori Hele Savinin vetämän tutkimusryhmän valmistamilla nanorakenteisilla aurinkokennoilla yllettiin aiemman maailmanennätyksen selvästi ylittävään 22,1 prosentin hyötysuhteeseen. Parannus on suuri ja esimerkiksi myynnissä olevien aurinkokennojen hyötysuhde on tyypillisesti lähellä 15 prosenttia.

Todellisuudessa parannus aiempaan on vielä suurempi. Aallossa kehitetty ratkaisu pystyy muista kennoista poiketen hyödyntämään hyvin myös vinosti tulevan valon. Tätä ei laboratoriossa tehdyissä mittauksissa ole huomioitu, vaikka todellisessa käytössä aurinko paistaa kennoja vastaan kohtisuoraan vain lyhyen aikaa vuorokaudessa – jos silloinkaan. Kehitystyön ansiosta aurinkokennojen hyödyntämisalue voi laajentua yhä pohjoisemmaksi ja niiden hyödyntämisaika kasvaa.

Miten ennätykseen sitten on päästy? Ensin lyhyt kertaus aurinkosähköstä. Aurinkokennot toimivat yksinkertaistaen niin, että auringosta lähtenyt valonsäde törmää kahdeksan minuutin ja kahdenkymmenen sekunnin kuluttua maankamaralla aurinkokennoon ja saa kennon rakennusaineena käytetyn piin elektronit liikkeelle. Elektronit pitää vielä saada kennolla kulkeviin johtimiin, jotta niistä saadaan sähkövirtaa.

Kennon hyötysuhteen parantamiseksi on tärkeää saada mahdollisimman paljon elektroneja valjastettua sähköntuotantoon. Aiemmin iso osa niistä oli lintsannut tehtävästään ja lähtenyt lipettiin teille tietämättömille.

Savinin tutkimusryhmä keksi, miten estää lusmuilu. Elektronit saadaan työnnettyä syvemmälle tuottamaan sähköä, kun piin päälle tehdään ohuttakin ohuempi sähköä johtamaton kalvo. Kalvon määritelmään voisi liioittelematta lisätä vielä useammankin ”ohut”-sanan, sillä sen paksuus on vain noin 10 nanometriä. Se tarkoittaa, että yhden hiuksen paksuuteen kalvoja mahtuu peräti 10 000 kerrosta.

Aurinkokennojen toisena keskeisenä ongelmana on ollut valon heijastuminen. Kennot ovat toimineet tehokkaasti vain, kun valo on osunut niihin riittävän kohtisuoraan. Muuten valonsäteet ovat kimmonneet pois ilman, että ne on saatu tuottamaan energiaa.

Aalto-yliopistolla keksittiin ratkaisu, jossa kennon pinta on täynnä pienen pieniä huippuja. Niiden välistä valonsäteet eivät kimpoile takaisin, ja myös vinosti tuleva valo saadaan valjastettua energiantuotantoon. Juuri sen takia, kun kenno ei heijasta valoa, se näyttää mustaakin mustemmalta.

Maailmanennätystehokkuuteen yltänyt kennoratkaisu on parhaillaan saksalaisen valmistajan pilottilinjastolla. Siellä testataan, soveltuuko se teolliseen tuotantoon.

Joka tapauksessa tutkimusryhmän vetäjä Hele Savin on vakuuttunut, että aurinkoenergian merkitys kasvaa. Auringon säteilystä jo pieni osa riittäisi ainoana energialähteenä kattamaan kaiken energian kulutuksen maailmalla. Potentiaalia sen lisähyödyntämiselle on ainakin seuraavan viiden miljardin vuoden ajan. Niin kauan aurinko vielä säteilee valoa.

Marraskuun kalseudessa on siis turha vajota kaamosmasennukseen, vähästäkin valosta voi saada energiaa.