Aurinkokennot olivat alkuun tyyriitä ja tehottomia

8.11.2018

Aurinkokennojen matka 1 prosentin konversiotehosta nykyisiin yli 30 prosentin tehoihin on luonut edellytykset suurille aurinkovoimaloille ja älyvaatteille.


Vain 19-vuotias Edmond Becquerel havaitsi vuonna 1839, että jotkut materiaalit kehittivät valolle altistuessaan sähköä. Vuonna 1883 amerikkalainen Charles Smith peitti ohuen kultakalvon seleenillä. Tuloksena oli paneeli, jonka konversioteho oli 1 prosentti. Albert Einstein kuvasi valosähkön luonteen vuonna 1905, ja hän sai siitä Nobelin palkinnon 1923.

Emme silti saaneet heti halpaa aurinkoenergiaa. Hyötysuhteet olivat olemattomia, ja kennot kalliita. Hoffman Electrics esimerkiksi tuotti 1955 kennoja, joilla oli 2 prosentin hyötysuhde. Kennot maksoivat 25 dollaria kappale ja energian hinnaksi tuli 1 500 $/W. Amerikkalaisessa Bell Labsissa vuotta aikaisemmin kehitetty 4 prosentin (ja sittemmin 11 prosentin) kenno oli sekin kuluttajan tavoittamattomissa.


Tutkimus alensi hintaa

1970-luvun öljykriisin aikana Exxon rahoitti aurinkokennotutkimuksen, jossa käytettiin halpoja materiaaleja ja heikomman laatuista piitä. Idean takana oli japanilaisen Sharp Corporationin 1963 kehittämä piikenno.

Aurinkosähkön hinta putosi silloisesta 100 dollarista/watti 20-40 dollariin/watti. Arco Solar rakensi niiden avulla maailman silloin suurimman aurinkovoimapuiston Kaliforniaan 1982. Se tuotti 1 MW tunnissa. Yritys teki sen jälkeen vielä suuremman, 5,2 MW:n, puiston. Sitten öljykriisi laimeni, eikä uusia puistoja tehty.

Vaikka USA:n aurinkoisilla alueilla oli aloitettu kuuman käyttöveden lämmittäminen tasopaneeleilla jo 1920-luvun lopulla, aurinkosähkö jäi hintansa vuoksi avaruustutkimuksen asiaksi. New South Walesin yliopistolla 1980-luvulla kehitettyä 20 prosentin tehoista, mutta kallista aurinkokennoa käytettiin lähinnä avaruusaluksissa. Myös ensimmäinen miehitetty avaruusalus, neuvostoliittolainen Sojuz-1 sai virtansa aurinkokennoista.


Teho nousee, hinta laskee

1990-luvulla kuluttajamarkkinat avautuivat. USA:n National Renewable Energy Laboratory tuotti 1994 aurinkokennon, jossa käytettiin gallium-indium-fosfaattia ja galliumarsenidia. Teho oli jo 30 prosenttia. Sama laboratorio kehitti ohuen aurinkokennokalvon, jonka teho oli 32 prosenttia.

2000-luvulla itse asennettavat, pienimuotoiset aurinkokennot ja -paneelit saivat tuulta purjeisiin. Markkinoilla on paperinohuita, painettuja ja halpoja aurinkopaneeleja, joita voi asentaa myös kaareville pinnoille. Ne tuottavat 50 wattia neliömetriä kohden 20 prosentin teholla. Niiden avulla vaatteemme, laitteemme ja kotimme voivat saada sähkönsä auringosta.

Uusista läpimurroista kuullaan yhtenään. Kadmiumtelluridin esimerkiksi tiedettiin olevan valosähköinen, mutta sillä on 60 vuoden ajan ollut yhden watin tehoraja. Raja murrettiin National Renewable Energy Laboratoryssa 2016, jolloin konversiotehoksi saatiin 22 prosenttia. CdTe-kennojen valmistus on halpaa, ja kotitalouksien uusi aurinkovoimajärjestelmä voi hyvinkin rakentua niiden pohjalle.


Kennoja teissä ja slummeissa

Aurinkopaneeleja on ilmestynyt tehtaiden ja omakotitalojen katoille Suomessakin. Energiavirastossa on laskettu, että sähköverkkoon liitetyn aurinkosähkötuotannon kokonaiskapasiteetti oli vuoden 2017 lopussa noin 70 MW. Kapasiteetti kasvoi 2,5 -kertaiseksi vuoden 2017 aikana.

Aurinkosähkö on tuotu myös Afrikkaan, jossa ainakin puoli miljardia ihmistä on elänyt täysin sähköttä. Kiinassa aurinkovoima on nopeimmin kasvava energiatuotannon muoto: maa tuottaa aurinkoenergiaa jo yli 100 GWh vuodessa. Siellä aurinkokennoja on sijoitettu muun muassa läpinäkyvällä betonilla päällystetyille kevyen liikenteen teille. Kilometri tätä 400 e/m2 maksavaa tietä tuottaa miljoona kWh vuodessa.

Murheena niin kehitysmaissa kuin Kiinassakin ovat varkaudet. Paneelit on siksi usein sijoitettu kiinni hitsattuihin merikontteihin, jotka suljetaan myös ylhäältä yöksi, tai sitten niitä tuodaan paikalle kuorma-autolla antamaan virtaa kännyköihin ja vesipumppuihin. Kiinan yllä mainittua tietä on varastettu useita metrejä ilmeisesti teollisuusvakoilijoiden toimesta –tekniikka ei ole kaupallisessa myynnissä.


Lauri Dammert, teksti