Arkistoitu

LUMA-viikon tietoisku: Aurinkokennot


Auringon valtavan energiamäärän tehokkaampi hyödyntäminen sähköntuotannossa on tulevaisuutta. LUMA-viikon seminaarissa Janne Halme Aalto-yliopiston teknillisen fysiikan laitokselta esitteli uusia ja vanhoja aurinkokennoja.

Syyskuisessa Millennium Youth Forumissa lukiolaiset pääsivät kokeilemaan kolmannen sukupolven aurinkokennojen valmistusta. Kuva: Tero Pajukallio.

Aurinkokennojen tuotanto kasvaa jopa 40 % vuosivauhtia. Tällä hetkellä olemassa olevista aurinkokennoista saadaan vuodessa muutaman ydinvoimalan verran sähköä ja energiaa.

Aurinkoenergian hyödyntäminen on ollut liian kallista laajempaan käyttöön. Vielä nykyäänkin se on auringonpaisteisimmassakin paikassa kalliimpaa kuin energian tuotanto perinteisillä menetelmillä, esimerkiksi hiilivoimalla. On kuitenkin arvioitu, että aurinkoenergian hyödyntäminen on jo vuonna 2015 taloudellisesti kannattavaa sähköntuotannossa.

Uudet keksinnöt saattavat mullistaa aurinkoenergian tulevaisuuden. Niillä on myös tiedeyhteisön tuki.

Michael Grätzel voitti tämänvuotisen Millennium-teknologiapalkinnon väriaineaurinkokennoillaan, joka muuttaa auringon säteilyn sähkövirraksi jäljitellen luonnon fotosynteesiä, eli kasvien yhteyttämistä. Miten nämä kennot eroavat markkinoilla olevista aurinkokennoista?


Väriaineaurinkokennon toiminta: 1. Valonsäteiden osuessa titaanioksidin pinnalla oleviin väriainemolekyyleihin ne virittyvät ja vaputtavat elektroneja. 2. Vapautuneet elektronit kulkeutuvat titaanioksidihiukkasia pitkin virtaa keräävälle anodille ja ulkoiseen virtapiiriin. 3. Väriainehiukkasten menettämät elektronit korvataan elektrolyyttiliuoksen jodiatomien luovuttamilla elektroneilla. 4. Jodiatomit saavat uusia elektroneja luovuttamiensa tilalle katodilta. Näin virtapiiri sulkeutuu.

Piistä nanotekniikkaan

Aurinkokennot keksittiin 60 vuotta sitten ja siitä saakka niiden toiminta on miltei yksinomaan perustunut piihin, joka on puolimetalli ja maankuoren toiseksi yleisin alkuaine.

Nykyisin on käytössä kahdenlaisia pii-aurinkokennoja; yksi- tai monikiteisiin piiytimiin perustuvia kennoja ja uudempaan ohutkalvotekniikka hyödyntäviä kennoja. Ohutkalvotekniikassa materiaalia kuluu vähemmän, koska se höyrystetään ohuelle alustalle, esimerkiksi lasilevylle.

Nykytekniikoiden ongelmana ovat niiden korkeat kustannukset. Kennoihin tarvittava pii ei ole halpaa, mutta vielä suurempi osa kustannuksista muodostuu kennojen valmistusmenetelmistä. Tähän ongelmaan Grätzelin kennot saattavat tuoda ratkaisun.

Grätzelin kennot edustavat aurinkokennojen 3. sukupolvea. Kennot valmistetaan silkkipainotekniikalla titaanikalvoille. Valo sitoutuu kalvon pinnalle painettuihin väriainemolekyyleihin. Toisin kuin fysiikkaan perustuvissa piikennoissa, väriainekennon toimintaperiaatteet ovat sähkökemiallisia.

Tulevaisuudessa aurinkopaneeleita saatetaan painaa kuin paperia, kennolta kennolle, isossa mittakaavassa, halvoille materiaaleille. Rullatavarana tuotettavalla taipuisa aurinkopaneelilla voisi päällystää elektroniikkaa tai vaikkapa rakennusten katot ja ikkunat. Käyttömahdollisuuksille vain mielikuvitus on rajana.

Väriaineaurinkokennoja voidaan valmistaa vaikka oppitunnilla. Ohjeita löytyy esimerkiksi Youtubesta.

Elisa Lautala pitää vesijuoksusta, kaikenlaisista kulttuuririennoista ja sunnuntaipäivistä.

Kommentoi

Textile ohje