Ikkunastasi voi tulla voimalaitos

Viime kesänä moni sai kokemusta auringon lämmittävästä voimasta. Päivä paahtoi sisätilatkin niin kuumaksi, että nukkuminen tuotti vaikeuksia. Jyväskylän yliopistossa kehitetään ikkunalasia, joka päästää valon sisälle, mutta ottaa auringon lämmön talteen.

Tohtori Jussi Toppari esittelee Jyväskylän Nanotiedekeskuksessa pieniä, läpinäkyviä lasinpaloja. Niiden pinnalla ei näy mitään, vaikka siinä on erikoinen päällyste.
- Näiden lasinpalojen pinnalla on nanopartikkeleita sisältävä kerros. Sen avulla erotellaan auringon lämpösäteily näkyvästä valosta, tutkija selittää.´

Keksintö perustuu valon ja lämmön erilaisille aaltopituuksille. Lämpösäteily voidaan ottaa talteen, mutta valo päästetään lasista läpi.

Lämpösäteily voidaan ottaa talteen, mutta valo päästetään lasista läpi.

Lasin pinnalta lämpösäteily johdetaan häviävän pieniä aaltoputkia pitkin ikkunan reunoille. Sieltä se kerätään talteen, kertoo Toppari.
- Sitä voi käyttää esimerkiksi käyttöveden lämmittämiseen. Nykyisin on olemassa myös lämpöpumppuja, joilla saadaan lämpöenergiasta sähköä.

Keksinnön nerokkuus piilee siinä, että se säästää energiaa kahta eri kautta. Talojen jäähdyttämiseen ei tarvitse käyttää energiaa, kun lämpösäteily ei pääse sisälle lämmittämään tiloja. Lisäksi lämpöenergia saadaan kerättyä talteen muuta käyttöä varten.

Läpinäkyvä aurinkokeräin

Jyväskyläläisten keksinnön nimi on ikkunalasiin integroitu aurinkokeräin, englanninkieliseltä lyhenteeltään WISC. Uutta siinä on se, että pinnoitteista huolimatta lasista yritetään saada läpinäkyvä.
- Siihen pyritään, että lasi on lähellä täysin läpinäkyvää. Nämä pinnoitteet ovat periaatteessa aktiivisia vain lämpösäteilyn aallonpituuksilla. Ne eivät vaikuta näkyviin aallonpituuksiin lainkaan.

Nykyisin ikkunoihin liitettävät aurinkosähkökennot hyödyntävät näkyvää valoa ja himmentävät lasin pintaa.

Tieteellistä kilpajuoksua

Topparin tutkimusryhmälle saattaa tulla ikkunansa kanssa kiire. Jonkin aikaa sitten julkistettiin yhdysvaltalaisen Michiganin yliopiston hanke, jossa myös kehitetään vastaavaa, lämpöenergiaa keräävää lasia. Apuna energian keräämisessä käytetään orgaanisia molekyylejä.

Suomalaisten keksintö on tekniikaltaan erilainen. Siinä lämpösäteilyn erottelemiseen käytetään nanotekniikkaa. Erottelun tekevät siis millimetrin miljoonasosan kokoiset hiukkaset, joiden materiaalina on tässä tapauksessa metalli, esimerkiksi kulta.

Suomalaistenkin keksintö vaatii vielä jatkokehittely, kertoo tohtori Jussi Toppari.
- Lämpösäteilyn keräämisessä hyötysuhdetta pitää kasvattaa. Toistaiseksi on saatu kerättyä hyvin pieniä prosentteja, ei läheskään niin paljon kuin haluttaisiin.

Kansainvälistä tutkimustyö

Aurinkokeräimen jatkokehittelylle on saatu rahaa Euroopan Unionin ja Intian tieteellistä yhteistyötä edistävän projektin puitteissa. Mukana hankkeessa ovat Jyväskylän yliopiston lisäksi tutkimuslaitokset New Delhistä Intiasta, Trondheimista Norjasta ja Jenasta Saksasta. Kukin maa maksaa oman osansa projektista. Rahoitusta on nyt kolmeksi vuodeksi. Siinä ajassa aurinkokeräimestä pitäisi syntyä prototyyppi, oikea ikkuna.

Intia on hankkeessa luonnollinen yhteistyökumppani, kertoo Jussi Toppari.
- Intia on tietenkin otollinen kohdemaa, koska siellä aurinko paistaa koko ajan! Siis toisin kuin Suomessa, jossa aurinkoa saattaa joutua odottelemaan päiväkausia… Kun saamme lopullisen tuotteen valmiiksi, sitä voidaan kokeilla Intiassa jossain talossa ja varmasti huomataan ero, Toppari nauraa.

Intia on otollinen kohdemaa, koska siellä aurinko paistaa koko ajan!

Tohtori Jussi Toppari uskoo vakaasti aurinkokeräimen tulevaisuuteen.
- Kun ajattelee nykyaikaista kaupunkia, niin siellä joka talossa on hirveästi ikkunoita. Varsinkin toimistotaloissa voi olla koko seinä pelkkää ikkunaa. Siinähän on valtava pinta-ala, mikä pystytään hyödyntämään! Nykyisin rakennetaan telineitä katot täyteen ja Keski-Euroopassa aurinkokennoja pistetään jopa pelloille. Jos ikkunat pannaan keräämään energiaa, ei tarvita mitään lisäpinta-alaa. Kun vielä ilmastoinnin kustannuksissa säästetään, hyöty on varsinkin lämpimissä maissa valtava.

Nanoteknologialla enemmän tehoja Suomessa

Yleensä aurinkokennojen teho ilmoitetaan sillä oletuksella, että aurinko paistaa kohtisuoraan. Näin Suomessa kuitenkin harvemmin tapahtuu. Aalto-yliopiston tutkimusryhmä on selvittänyt, miten tätä vaakatasosta paistavan auringon tehoa voitaisiin lisätä. Tutkimusryhmän johtaja professori Hele Savin kuvaa aurinkokennoihin käytettävää nanoteknologiaa oivallisella vertauksella.

- Auringonvalo on kuin aalto. Pienet nanopartikkelit muodostavat piipohjaisten aurinkokennojen pinnalle eräänlaisen loivan pinnan, jota pitkin vaakatasosta tuleva auringonvalo saadaan imeytymään kennoon. Perinteinen aurinkokenno muistuttaa tässä vertauksessa jyrkkää rantatörmää, johon vaakatasosta tuleva auringonvalo törmää ja heijastuu takaisin. Nanoteknologilla pystytään nostamaan perinteisen aurinkokennon tehoja noin 20 prosentilla.