AURINKOENERGIAA

Fossiilistenpolttoaineiden (öljy, kivihiili, maakaasu ja turve) aikakausi on päättymässä, kun osa niistä loppuu kokonaan ja muiden ilmastokuormitus ylittää sietämättömän tason. Ihmiskunnan on aika etsiä itselleen uusia energialähteitä, joista yksi potentiaalisimmista on aurinko. Auringon energian valjastaminen ihmisen käyttöön ei suinkaan ole uusi ilmiö, vaan sen juuret yltävät 6000 vuoden päähän. Tuolloin muinaiset kivikauden kiinalaiset rakensivat talonsa niin, että auringosta saataisiin kaikki hyöty irti talven kylmimpinä hetkinä. Kuitenkin kesäisin talot olivat sopivan varjossa eikä niissä ollut liian tukalaa olla. Myös ikkunat oli aseteltu tätä tarkoitusta varten sopiville paikoille.

Aurinkoenergian historiaa

Jo kauan ennen sähköä auringon energiaa on valjastettu ihmisen tarpeisiin. Rooman valtakunnan arkkitehdit kirjoittivat opaskirjan, jossa neuvottiin korvaamaan niukasti saatavat polttopuut aurinkoenergialla. Renessanssin aikaan keksittiin käyttää aurinkoa ja peilejä tulen aikaansaamiseksi. Leonardo da Vinci haaveili 1500 – luvulla rikastuvansa rakentamalla valtavan peilin lämmittämään vettä teollisuuden tarpeisiin. Teollisen vallankumouksen aikaan yritettiin korvata hiiltä auringolla höyrykoneiden polttoaineena.

Aurinkoenergian syntymänä pidetään vuotta 1839, jolloin ranskalainen Becquerel ymmärsi, että elektrolyyttin upotettujen elektroidien välinen jännite liittyy valon määrästä. Vajaa 50 vuotta myöhemmin vuonna 1873 yhdysvaltalainen Fritts onnistui kehittämään ensimmäisen toimivan aurinkokennon. 1800-luvun lopulla ranskalainen Charles Tellier asensi katolleen aurinkosähköjärjestelmän, joka lämmitti käyttövettä talon omiin tarpeisiin. 1800 ja 1900-lukujen taitteessa perustettiin ensimmäinen aurinkosähköyritys ”the Solar Motor Co” Bostoniin. Modernien aurinkokennojen syntymänä voidaan pitää vuotta 1954, jolloin yhdysvaltalainen Bell Labs-keskuksessa havaittiin valosähköinen ilmiö pn-liitoksessa, joka oli valmistettu piistä.

Öljykriisi tuo uutta puhtia

1970-luvun öljykriisi herätti valtioita panostamaan uusiutuviin energiamuotoihin. Onneksi pii-pohjaisten aurinkopaneelien valmistustekniikka oli mennyt harppauksilla eteenpäin, ja enää varsinaisena esteenä oli niiden suhteellisen kallis hinta. 1990-luvulle tultaessa hintojen laskusta alettiin saamaan selviä merkkejä, ja valtiot suunnittelivat erilaisia tukimuotoja niiden avustamiseksi.

Aurinkoenergia nykypäivänä

Aurinkoenergiaan uskotaan nyt enemmän kuin koskaan, ja sen käyttöä kannustetaan monissa valtioissa. Esimerkiksi Ruotsin hallitus linjasi vuonna 2016, että yksityishenkilö voi saada avustusta aurinkosähköjärjestelmän hankinnan kustannuksista jopa 60%. San Franciscossa  täytyy jokaiseen uuteen pieneen tai keskisuureen asuin- ja liikerakennukseen asentaa aurinkopaneeleita vähintään 15% kattopintaalasta. Marraskuussa 2016 Intiaan valmistui maailman suurin 648 MW:n aurinkovoimala (Loviisan ydinvoimalan yhden yksikön teho 500 MW). Kamuthin voimalassa on 2,5 miljoonaa paneelia, joiden pintoja puhdistetaan aurinkoenergialla toimivien robottien avulla. Näin tuotanto pysyy jatkuvasti maksimi tasolla. Kamuthin voimala tuottaa sähköä 150 000 kotitalouden tarpeisiin. Lontoossa otettiin käyttöön maailman suurin kelluva aurinkovoimala, joiden paneelien pinta-ala vastaa 8 jalkapallokenttää. Tällä hetkellä maailman suurin aurinkoenergian tuottaja on Kiina, joka aurinkoenergia kapasiteetti on huimat 77 434 MW. Vertailun vuoksi esimerkiksi Intia maailman suurimmalla aurinkovoimalanaan tuottaa ”vain” 9 887 MW.

Mullistaako Suomalainen aurinkokenno aurinkovoiman?

Aalto-yliopiston mirko- ja nanotekniikan professori Hele Savin on kehittänyt nykyisiä kennoja tehokkaamman mustan aurinkokennon. Idea mustasta aurinkokennosta saatiin vuonna 2011, ja jo 2013 sen ensimmäiset tulokset rikkoivat maailmanennätyksen. Mustan aurinkokennon toimintaperiaate on yksinkertaistettuna seuraavanlainen. Nykyiset siniset aurinkokennot ottavat auringonsäteistä fotonien energiaa, joka irrottaa aurinkokennon puolijohdemateriaalin elektroneja, mikä muodostaa elektroniaukkopareja. Näihin vaikuttaa kennon P- ja N-kerrosten sisäinen sähkökenttä, jolloin elektronit kulkeutuvat kennon negatiiviselle elektrodilla ja aukot positiiviselle. Tämä kytketään johtimilla elektrodien välille, jolloin syntyy virtapiiri, jonka lävitse elektronit kulkevat. Siniset aurinkokennot kuitenkin heijastavat paljon auringon säteitä pois itsestään. Musta aurinkokenno on päällystetty erityisellä nanokalvolla, johon osuessaan auringonsäteet eivät kimpoa pois. Se myös ottaa vastaan paljon pienemmässä kulmassa tulevia valonsäteitä, mikä mahdollistaa keksinnön hyödyntämisen pohjoisella pallonpuoliskolla.