Aurinkoenergia
Aurinko on tähti, joka tiivistyi noin viisi miljardia vuotta sitten tähtienvälisen aineen pilvistä. Auringon elinikää on jäljellä vielä toiset viisi miljardia vuotta. Aurinko on kaasupallo, jonka pintakerroksissa on vetyä (71 %), heliumia (27 %) ja muita aineita (2 %). Auringon kuoressa on lisäksi lukuisia muita alkuaineita ja erilaisia kemiallisia yhdisteitä.
Auringon energia tulee fuusiosta eli lämpöydinreaktiosta, kun neljästä vetyatomista muodostuu yksi heliumatomi. Fuusioista yli jäänyt massa muuttuu osittain energiaksi. 10 miljoonan asteen lämpötilassa tapahtuvat fuusiot tuottavat auringolle 3,8 x 1023 kW ominaistehon. Tästä säteilee maapallolle 1,7 x 1014 kW, joka on 20 000 kertaa enemmän kuin ihmiskunnan tämänhetkinen energiankulutus.
Auringon energia on säteilyn lämpö- ja valoenergiaa. Säteily sisältää koko sähkömagneettisen säteilyn spektrin. Energiasta noin 19 prosenttia imeytyy ilmakehään. Lisäksi pilvet estävät säteilyn pääsyä maahan. Suomessa maahan asti pääsee noin 200 W/m².
Aurinkoenergia on uusiutuvaa energiaa, eikä sitä rasita polttoainekustannukset. Sen käytöstä ei myöskään synny hiilidioksidia eikä jätteitä lukuun ottamatta käyttöön tarvittavien laitteiden valmistusta ja kierrätystä.
Aktiivinen aurinkoenergian hyödyntäminen
Aurinkokennot muuttavat auringonsäteilyn energiaksi (photovoltage, PV). Aurinkokennot voidaan liittää sähköverkkoon tai käyttää verkosta erillään. Vaihtosuuntaajaa käyttämällä on mahdollista tuottaa aurinkosähköjärjestelmän avulla omaa 230 V:n sähköä.
Joissakin maissa, kuten Saksassa, sähköyhtiöt ovat myös velvoitettuja ostamaan tiettyyn hintaan yksityisten aurinko- ja tuulivoimaloiden tuottamaa sähköä, ei kuitenkaan vielä Suomessa.
Aurinkosähköä voidaan myös hyödyntää rakennuksissa integroimalla aurinkopaneelit rakennuksen seinään, jolloin ne toimivat samalla myös julkisivuna. Tämä tekniikka kehittyy vauhdilla, ja on uumoiltu, että tulevaisuudessa kokonainen pilvenpiirtäjä voidaan päällystää kevyellä sähköä tuottavalla ja läpinäkyvällä paneelikerroksella.
Mökille valot (kuva: Motiva Oy / Antti Kähönen)
Paneeleihin saa ostaa myös kääntäjiä, joiden avulla paneeli on aina kohtisuorassa aurinkoon nähden. Akut otetaan käyttöön, kun aurinko ei paista.
Aurinkosähköä voidaan tuottaa myös peileillä tai linsseillä. Suurissa aurinkovoimaloissa paraboloidiset peilit keskittävät lämpöä. Keskittävä aurinkovoimala muuntaa auringon lämmön mekaaniseksi energiaksi ja tuottaa sillä sähköä.
Auringon lämpöä voi hyödyntää useilla eri tavoilla. Aurinkokerääjissä putkistossa kulkeva neste lämpiää auringon säteilyn johdosta. Lämpö voidaan johtaa joko suoraan lämmitettävään kohteeseen tai lämmönvaraajaan, esim. suureen vesisäiliöön.
Aurinkokeräin (kuva: Motiva Oy / Vesa Erkkilä)
Passiivinen aurinkoenergian hyödyntäminen
Passiivinen aurinkoenergian hyödyntäminen tarkoittaa aurinkoenergian hyödyntämistä ilman lisälaitteita. Rakennuksen ikkunoista voidaan tehdä suuret ja suunnata ne etelään. Lisäksi rakennus voidaan sijoittaa tuulelta suojassa olevaan paikkaan.
Niin kutsutut passiivitalot ovat hyvin eristettyjä ja tiiviitä, jotta lämpö ei karkaa ulos. Niissä käytettyjen rakennusmassojen pitää kyetä keräämään ja pitämään lämpöä sisällään riittävän kauan pakkasellakin. Ikkunoiden lähelle voidaan rakentaa betonista, tiilestä, kivestä tai muusta materiaalista hyvin lämpöä varaava rakennusmassa, esimerkiksi ylimääräinen seinä, joka jäähtyy hitaasti ja lämmittää pitkään rakennusta.
Passiivitalo on suunniteltava siten, että lämpimämpien osien ylimääräinen lämpö saadaan hyödynnettyä rakennuksen viileämmissä osissa. Toisaalta talossa täytyy olla hyvin toimiva tuuletus, jotta liika lämpö saadaan ulos tarvittaessa. Kesällä liialta kuumenemiseltä vältytään esimerkiksi siten, että taloon rakennetaan auringolta suojaava katos. Talvella aurinko paistaa matalammalta, ja valo pääsee katoksen alta sisään rakennukseen.
Passiivitalo lämpenee auringonvalon lisäksi ihmisistä, kodinkoneista ja lamppujen tyypistä riippuen myös valaistuksen hukkaenergiasta. Jos sähkö tuotetaan aurinkopaneeleilla, rakennus on energian suhteen omavarainen.
Passiivitaloja on Keski-Euroopassa jo tuhansia, esimerkiksi Saksassa yli 10 000. Myös Suomessa kiinnostus niitä kohtaan on herännyt energian hinnan noustessa.
Uusia aurinkoenergiateknologioita
Taipuisia ohutkalvo-aurinkopaneeleita voidaan käyttää joustavasti rakennusten erimuotoisten parvekkeiden, porraskäytävien tai katosten pinnoilla. Ohutkalvopaneeleita hyödynnetään nykyään myös esimerkiksi laukuissa ja vaatteissa.
Ikkunalasien paikalle sopivia läpikuultavia aurinkopaneeleja on niin ikään olemassa. Fraunhofer Institutissa Saksassa kehitetään kennojen raaka-aineita, joista tehdyt aurinkopaneelit ovat täysin läpinäkyviä.
Tekesin FinNano-ohjelman Orgaaninen valokenno -hankkeessa tutkitaan ja kehitetään koteloimattomia orgaanisesta aineesta koostuvia aurinkokennoja. Nämä täysin kiinteästä aineesta koostuvat aurinkopaneelit ovat hinnaltaan edullisia ja käyttömahdollisuuksiltaan monipuolisia.
Aurinkolämmön saralla on niin ikään viime vuosina nähty useita uusia innovaatioita. Yritys nimeltä Conserval Engineering on kehittänyt ”aurinkoseinä”-teknologian, jossa metallinen lämpöä keräävä levy asennetaan rakennuksen ulkoseinän päälle. Levyn lämmittämä ilma jää levyn ja seinän väliin, josta se puhalletaan normaaliin tuuletusjärjestelmän kautta sisälle rakennukseen.
Aurinkolämpöjärjestelmän voi myös yhdistää kalliolämpöjärjestelmään: Aurinkokeräimet lämmittävät vettä, joka johdetaan kalliossa kiertävään putkistoon. Kallio pitää veden lämpimänä ympäri vuoden, ja vettä voi käyttää talon lämmitykseen talvellakin.
Vastaava lämmön varastoinnin ideaa on hyödynnetty Australiassa sijaitsevassa keskittävässä aurinkovoimalassa. Tuhannet peilit heijastavat auringon säteilyn voimalan keskellä oleviin grafiittijärkäleisiin. Niiden läpi pumpataan vettä, joka höyrystyy huikeassa kuumuudessa. Höyry ohjataan turbiineihin, jotka tuottavat sähköä. Lämpöä varastoituu grafiittiin pitkäksi aikaa, joten voimala tuottaa sähköä myös öisin ja pilvisellä säällä.
