Aurinkotekniikka.fi logo

AURINGOSTA ENEMMÄN ENERGIAA NANORAKENTEEN AVULLA

Paljas piiaurinkokennon pinta heijastaa yli 30 % sille saapuvasta valosta. Saatavilla olevasta aurinkoenergiasta hukataan siis noin kolmasosa jo heti kennon etupinnalla, jos heijastushäviöitä ei saada pienennettyä. Ongelmaa on pyritty ratkaisemaan perinteisissä aurinkokennoissa niiden pinnalle laitettavalla ohuella kalvolla, joka saa paneelit näyttämään sinertäviltä. Kalvosta huolimatta osa säteilystä kuitenkin kimpoaa takaisin kennon etupinnalta, eikä auringon koko energiapotentiaalia saada hyödynnettyä.

Aalto-yliopistossa on kehitetty uudentyyppisiä täysin mustia aurinkokennoja,
jotka kykenevät hyödyntämään auringon säteilyä tehokkaammin kuin perinteiset aurinkokennot.


Pikimusta pinta nanorakenteen avulla

Aalto-yliopiston professori Hele Savinin johtama tutkimusryhmä keksi peittää piiaurinkokennon pinnan nanorakenteella, joka ei heijasta lainkaan valoa. Nanorakenne muodostaa ikään kuin pienenpienten piipiikkien metsän, johon auringonsäteet eksyvät. Piikit ovat niin pieniä, että niitä mahtuisi noin tuhat kappaletta yhden hiuksen paksuuteen. Teknologian ansiosta aurinkokenno imee kaiken valon, eikä kärsi lainkaan heijastushäviöistä, ja sen pinta näyttää pikimustalta. Siksi nanorakennetta kutsutaankin usein mustaksi piiksi. 


Laboratoriosta teollisiksi prototyypeiksi

Vuonna 2015 tutkimusryhmä rikkoi mustien aurinkokennojen hyötysuhde-ennätyksen laboratoriossa tekemillään kennoilla. Sittemmin ryhmä on tutkinut nanorakenteiden soveltuvuutta teolliseen tuotantoon ja valmistanut prototyyppipaneeleita yhteistyökumppaniensa valmistuslinjastoilla. Tutkimuksessa selvisi, että mustia aurinkokennoja voidaan valmistaa olemassa olevilla tuotantolinjoilla ilman suurempia muutoksia. Vaikka testien tulokset ovat olleet lupaavia, Savinin ryhmän kehittämä teknologia ei kuitenkaan vielä ole päässyt markkinoille asti. Teknologian hinta ja kilpailukyky ovat nyt alan yritysten selvitettävinä.

Nanorakenteesta apua pohjolan pimeisiin iltoihin

Aurinkokennoja vertailtaessa tarkastellaan usein hyötysuhdetta. Mustan piin tapauksessa tämä yksittäinen parametri ei kuitenkaan kerro koko totuutta. Nanorakenteet pystyvät vangitsemaan auringon säteilyä tehokkaasti myös matalista tulokulmista, mitä ei oteta huomioon virallista hyötysuhdetta määritettäessä. Käytännössä tämä tarkoittaa, että kennot tuottavat sähköä pidemmän aikaa päivästä ja myös pimeinä vuodenaikoina. Nanorakenteista on siten hyötyä etenkin pohjoisilla leveyspiireillä, jossa aurinko paistaa suuren osan vuodesta matalalta. 


Suorituskyky todellisessa käyttöympäristössä

Aalto-yliopiston tutkimusryhmä on hiljattain asentanut valmistamiaan prototyyppipaneeleita laboratorionsa katolla olevalle testiasemalle. Tarkoituksena on tutkia, kuinka paljon enemmän sähköä mustat paneelit todellisuudessa tuottavat Suomen olosuhteissa perinteisiin paneeleihin verrattuna. Dataa aiotaan kerätä vuoden ympäri, jotta nanorakenteen vaikutus tuotetun sähköenergian määrään saadaan selvitettyä eri vuorokauden- ja vuodenaikoina. Viimeistään todellisessa käyttöympäristössä toteutetun testin pitäisi vakuuttaa viimeisetkin alan toimijat uuden tekniikan eduista.

Kirjoittaja: Tutkijatohtori Toni Pasanen,Aalto-yliopisto
Luitko jo nämä?