"Paperikone valjastetaan aurinkopaneelien tuotantoon
[Heikki Jaakkola, Energia-lehti 1.6.2007]
Tampereen teknillisessä yliopistossa on tutkittu orgaanisiin kerroksiin perustuvaa kennoteknologiaa aurinkopaneelien valmistuksessa.
Professori Helge Lemmetyisen mukaan perustava ajatus on yhdistää sähköisiltä ominaisuuksiltaan erilaisia materiaaleja, joiden välillä on luontainen ja valon ansiosta korostuva jännite. Kerrokset voidaan tehdä esimerkiksi polymeerien tapaisista aineista.
"Koko konstruktiossa ei tarvita mitään kalliita tai hankalasti työstettäviä luonnonyhdisteitä."
Tällaisia paneeleita voitaisiinkin valmistaa muovi- tai paperiteollisuudesta tutuilla menetelmillä. Kalvorakenne voitaisiin painaa matriisiin vain vähän muunnellulla paperikoneella.
Paneelin neliöhinta jäisi niin pieneksi, että valmistus kannattaisi, vaikka hyötysuhde olisi paljon piipaneeleita huonompi. Monissa kohteissa heikompi teho voitaisiin kompensoida pinta-alaa lisäämällä.
Suomalaisyritysten panokset pieniä
Käytännön valmistus edellyttää myös riittävän mekaanisen lujuuden saamista paneeliin. Rakenteessa on samalla huomioitava oikosulkujen mahdollisuus, mikä onkin ilmeinen vain mikrometrin paksuisessa laminaatissa.
Lemmetyinen uskoo, että joku tuo markkinoille käyttökelpoisen toisen sukupolven aurinkokennon viiden vuoden kuluessa.
"Orgaanisia kennoja on tutkittu tosissaan vasta kymmenisen vuotta. Ei ole mikään ihme tai umpikujan merkki, ettei osaaminen riitä vielä kaupalliseen valmistukseen."
Alan tutkimuksessa ovat vahvasti mukana ennen kaikkea suuret öljy-yhtiöt BP ja Shell. Pienemmistä pelureista Lemmetyinen nostaa esiin amerikkalaisen Konarkka-yhtiön, joka on ollut kiinnostunut Lemmetyisen ryhmän patentoimasta suuntausosaamisesta.
Suomessa alan tutkimusta on rahoittanut Tekes, jonka ohjelmissa on ollut mukana "kurkkausrahalla" ainakin UPM, Ruukki sekä Nesteestä irtaantunut, puolijohdemuoveja valmistava Panipol.
UPM:ää kiinnostaa mahdollisuus valmistaa paneeleita painamalla, Panipolia materiaalien valmistus. Ruukki puolestaan tutkii mahdollisuuksia integroida paneeleita suoraan kattopelteihin.
Kaiken kaikkiaan suomalaisen teollisuuden panostukset ovat olleet niin pieniä, että niillä lienee haettu enemmänkin seisomapaikkaa katsomosta kuin osallistumista pelin rakentamiseen.
Yksinkertainen periaate, hankala toteutus
Orgaanisen kennon lähtökohtana on hapettuva yhdiste, joka luovuttaa elektronin fotonin imeytyessä molekyyliin. Toinen yhdiste sieppaa vapaan elektronin ja lähettää sen kerrosten välisen jännitteen voimalla paneelin toisella puolella olevaan anodiin. Toisella puolella oleva katodi varautuu positiivisesti syöttäessään elektroneja niitä luovuttavaan kerrokseen.
Periaate kuulostaa yksinkertaiselta, mutta sen toteuttaminen käytännössä on erittäin haastavaa.
Lemmetyisen mukaan orgaanisilla kennoilla ei vielä päästä viiden prosentin hyötysuhteeseen riittävällä toimintavarmuudella. Liian moni elektroni kiinnittyy takaisin lähtöpaikkaansa tai jonnekin muualle matkan varrelle - kauan ennen ehtimistään anodille.
Ongelman ratkaisemista ei mitenkään helpota tapahtumien raivokas vauhti. Luonnossa elektronin irtoaminen tapahtuu kymmenissä femtosekunneissa* eli sekunnin tuhannesosan biljoonasosassa, takaisinkiinnittyminen parissa nanosekunnissa eli sekunnin miljardisosassa.
Kaikeksi onneksi hiukkasten vapaanaoloaikaa on mahdollista pidentää. Tämä onnistuu sopivasti järjestetyn siirtoketjun avulla.
Siirtoketju rakennetaan molekyyleistä, jotka pystyvät sieppaamaan ja luovuttamaan vapaita elektroneja. Kun tällaiset molekyylit muodostavat kiinteän kalvon riittävän lähelle toisiaan, elektroni jää pomppimaan kerrokseen kuin rulettipallo nopeasti pyörivän kiekon päällä.
"Parhaiden siirtoketjujen avulla elektronien vapaana oloaika on saatu pidennettyä parista nanosekunnista kymmeniin sekunteihin. Tämä tarjoaa jo mahdollisuuksia hiukkasten selviytymiselle anodille saakka etenkin, kun matka sinne kulkee energiapinnalla 'alamäkeen'."
Elektronit kohti anodia
Elektronien ohjailua haittaa, jos niitä luovuttavat molekyylit ovat suuntautuneet aineessa sattumanvaraisesti kaikkiin suuntiin. Vapautuvan hiukkasen pitkä ja vaarallinen matka voi näin käynnistyä heti alussa väärään suuntaan.
Lemmetyisen ryhmä onkin patentoinut menetelmän, jonka ansiosta elektroneja luovuttavat ja vastaanottavat molekyylit saadaan järjestäytymään elektronin toivotun liikkeen suuntaisesti. Tykinpiiput on näin onnistuttu kääntämään kohti maalia.
Lemmetyisen ryhmä on samalla ensimmäisenä soveltanut suuntaamista aurinkopaneeleissa.
"Vaikka matkat ovat lyhyitä, suuntaamisella on osoitettu olevan merkitystä."
Oikeaan suuntaan tapahtuneen lähtöspurtin jälkeen elektronin on kuitenkin ohitettava eri aineiden välisiä rajapintoja sekä saavutettava anodi. Jokainen tapahtuma voidaan nähdä prosessin vaiheena, joka syö jonkin verran hyötysuhdetta.
"Tapahtumien määrä paneelin sisällä onkin saatava mahdollisimman vähäiseksi. Jos ketjussa on vaikkapa neljä lenkkiä, joista jokainen toimii 50 prosentin hyötysuhteella, tehokkuus kalkkiviivalla on jo hyvin vähäinen.""
http://www.tekniikkatalous.fi/doc.te?f_id=1182919
[Heikki Jaakkola, Energia-lehti 1.6.2007]
Tampereen teknillisessä yliopistossa on tutkittu orgaanisiin kerroksiin perustuvaa kennoteknologiaa aurinkopaneelien valmistuksessa.
Professori Helge Lemmetyisen mukaan perustava ajatus on yhdistää sähköisiltä ominaisuuksiltaan erilaisia materiaaleja, joiden välillä on luontainen ja valon ansiosta korostuva jännite. Kerrokset voidaan tehdä esimerkiksi polymeerien tapaisista aineista.
"Koko konstruktiossa ei tarvita mitään kalliita tai hankalasti työstettäviä luonnonyhdisteitä."
Tällaisia paneeleita voitaisiinkin valmistaa muovi- tai paperiteollisuudesta tutuilla menetelmillä. Kalvorakenne voitaisiin painaa matriisiin vain vähän muunnellulla paperikoneella.
Paneelin neliöhinta jäisi niin pieneksi, että valmistus kannattaisi, vaikka hyötysuhde olisi paljon piipaneeleita huonompi. Monissa kohteissa heikompi teho voitaisiin kompensoida pinta-alaa lisäämällä.
Suomalaisyritysten panokset pieniä
Käytännön valmistus edellyttää myös riittävän mekaanisen lujuuden saamista paneeliin. Rakenteessa on samalla huomioitava oikosulkujen mahdollisuus, mikä onkin ilmeinen vain mikrometrin paksuisessa laminaatissa.
Lemmetyinen uskoo, että joku tuo markkinoille käyttökelpoisen toisen sukupolven aurinkokennon viiden vuoden kuluessa.
"Orgaanisia kennoja on tutkittu tosissaan vasta kymmenisen vuotta. Ei ole mikään ihme tai umpikujan merkki, ettei osaaminen riitä vielä kaupalliseen valmistukseen."
Alan tutkimuksessa ovat vahvasti mukana ennen kaikkea suuret öljy-yhtiöt BP ja Shell. Pienemmistä pelureista Lemmetyinen nostaa esiin amerikkalaisen Konarkka-yhtiön, joka on ollut kiinnostunut Lemmetyisen ryhmän patentoimasta suuntausosaamisesta.
Suomessa alan tutkimusta on rahoittanut Tekes, jonka ohjelmissa on ollut mukana "kurkkausrahalla" ainakin UPM, Ruukki sekä Nesteestä irtaantunut, puolijohdemuoveja valmistava Panipol.
UPM:ää kiinnostaa mahdollisuus valmistaa paneeleita painamalla, Panipolia materiaalien valmistus. Ruukki puolestaan tutkii mahdollisuuksia integroida paneeleita suoraan kattopelteihin.
Kaiken kaikkiaan suomalaisen teollisuuden panostukset ovat olleet niin pieniä, että niillä lienee haettu enemmänkin seisomapaikkaa katsomosta kuin osallistumista pelin rakentamiseen.
Yksinkertainen periaate, hankala toteutus
Orgaanisen kennon lähtökohtana on hapettuva yhdiste, joka luovuttaa elektronin fotonin imeytyessä molekyyliin. Toinen yhdiste sieppaa vapaan elektronin ja lähettää sen kerrosten välisen jännitteen voimalla paneelin toisella puolella olevaan anodiin. Toisella puolella oleva katodi varautuu positiivisesti syöttäessään elektroneja niitä luovuttavaan kerrokseen.
Periaate kuulostaa yksinkertaiselta, mutta sen toteuttaminen käytännössä on erittäin haastavaa.
Lemmetyisen mukaan orgaanisilla kennoilla ei vielä päästä viiden prosentin hyötysuhteeseen riittävällä toimintavarmuudella. Liian moni elektroni kiinnittyy takaisin lähtöpaikkaansa tai jonnekin muualle matkan varrelle - kauan ennen ehtimistään anodille.
Ongelman ratkaisemista ei mitenkään helpota tapahtumien raivokas vauhti. Luonnossa elektronin irtoaminen tapahtuu kymmenissä femtosekunneissa* eli sekunnin tuhannesosan biljoonasosassa, takaisinkiinnittyminen parissa nanosekunnissa eli sekunnin miljardisosassa.
Kaikeksi onneksi hiukkasten vapaanaoloaikaa on mahdollista pidentää. Tämä onnistuu sopivasti järjestetyn siirtoketjun avulla.
Siirtoketju rakennetaan molekyyleistä, jotka pystyvät sieppaamaan ja luovuttamaan vapaita elektroneja. Kun tällaiset molekyylit muodostavat kiinteän kalvon riittävän lähelle toisiaan, elektroni jää pomppimaan kerrokseen kuin rulettipallo nopeasti pyörivän kiekon päällä.
"Parhaiden siirtoketjujen avulla elektronien vapaana oloaika on saatu pidennettyä parista nanosekunnista kymmeniin sekunteihin. Tämä tarjoaa jo mahdollisuuksia hiukkasten selviytymiselle anodille saakka etenkin, kun matka sinne kulkee energiapinnalla 'alamäkeen'."
Elektronit kohti anodia
Elektronien ohjailua haittaa, jos niitä luovuttavat molekyylit ovat suuntautuneet aineessa sattumanvaraisesti kaikkiin suuntiin. Vapautuvan hiukkasen pitkä ja vaarallinen matka voi näin käynnistyä heti alussa väärään suuntaan.
Lemmetyisen ryhmä onkin patentoinut menetelmän, jonka ansiosta elektroneja luovuttavat ja vastaanottavat molekyylit saadaan järjestäytymään elektronin toivotun liikkeen suuntaisesti. Tykinpiiput on näin onnistuttu kääntämään kohti maalia.
Lemmetyisen ryhmä on samalla ensimmäisenä soveltanut suuntaamista aurinkopaneeleissa.
"Vaikka matkat ovat lyhyitä, suuntaamisella on osoitettu olevan merkitystä."
Oikeaan suuntaan tapahtuneen lähtöspurtin jälkeen elektronin on kuitenkin ohitettava eri aineiden välisiä rajapintoja sekä saavutettava anodi. Jokainen tapahtuma voidaan nähdä prosessin vaiheena, joka syö jonkin verran hyötysuhdetta.
"Tapahtumien määrä paneelin sisällä onkin saatava mahdollisimman vähäiseksi. Jos ketjussa on vaikkapa neljä lenkkiä, joista jokainen toimii 50 prosentin hyötysuhteella, tehokkuus kalkkiviivalla on jo hyvin vähäinen.""
http://www.tekniikkatalous.fi/doc.te?f_id=1182919
Vastaukset 6
Vanhimmat
Niin, miten otsikko liittyy viestiin?
Jos lähdetään vaikka siitä, että auringon säteilyteho on jotain 1kW/neliömetri. Yhdellä aurinkopaneelilla saa sähköä ehkä muutamaan hehkulamppuun.
Ja aurinko ei ikävä kyllä tuppaa pahemmin paistamaan talvella, jolloin energiantarve on suurin, eikä suurten energiamäärien varastointiin ole järkevää tapaa.
Eikä aurinkopaneelit yksistään paljon hyödytä yöllä. Silloin kun on tunnetusti aika vähän auringonvaloa tarjolla. Vähintäänkin tarvitaan jonkinlainen akkusysteemi, jotta päivällä kerätty auringon energia olisi käytössä myös yöaikaan. Tai sitten pimeällähän ei tarvita energiaa, kun kaikki kiltit vihreät nukkuvat silloin.
ja luonnonmukaisinta on siirtyä VETYTEKNOLOGIAAN ja sille on käyttöä mm. liikenteessä ihan sellaisenaan.
Aurinkokennot sijoitetaan maapallolla sinne missä on aurinkoa ja useimmiten siellä ei muuta olekaan.
http://fi.wikipedia.org/wiki/Sahara
Vedyn käytön laajamittaisesti estääkin vain neljä pientä ongelmakohtaa.
1. Tuotanto. Kyllä vetyä voi tehdä koeputki mittakaavassa elektrolyysillä. Maailman mittakaavassa tilanne onkin sitten ihan eri juttu.
2. Varastointi. Vetyatomit ovat pieniä ja jopa paksujen terässäiliöiden seinien läpi suotuu runsaasti vetyä Suljetussa tilassa tämä aiheuttaa välittömän räjähdysvaaran. Puhumattakaan varastoinnin aiheuttamista häviöistä. Vedyn varastointi kiinteään aineeseen taas on säännöllisesti kompastunut varastojen kokoon ja painoon.
3. Kuljetus vety kaasumaisena vie runsaasti tilaa suhteessa sisältämäänsä energiaan. Joten se vaatisi ainakin kertaluokkaa tehokkaammat kuljetujärjestelmät kuin nyt öljylle ja kaasulle. Nestemäisenä vedyn käsittelyyn antaa omat haasteensa nestevedyn vaatima kylmyys.
4. Käyttö toimii kalliissa erikoissovelluksissa kuten avaruusalusten polttokennoissa. Mutta siitä on vielä todella pitkä matka kuluttajatuotteisiin kuten autoihin. Joissa vety vaatii puuttuvan käyttötekniikan lisäksi toimivan, kevyen, pienen ja turvallisen varastoinitimenetelmän jota ei ole onnistuttu kehittämään.
Lisäksi on huomattava, että vety ei ole energianlähde vaan pelkään menetelmä energian kuljetukseen ja varastoinitiin. Fuusiotekniikassa sitten vetyä käytetään oikeasti energianlähteenä.
"Lisäksi on huomattava, että vety ei ole energianlähde vaan pelkään menetelmä energian kuljetukseen ja varastoinitiin. "
.. huomioon.
Tekniikka varastointiin on jo olemassa - tanskalaisilla vissiin tehokkain metodi?
Alku onkin ollut näpertelyä.
Joka tapauksessa liikenne tulee järjesteltyä toisin abt. sadan vuoden sisällä ja joko AKKUTEKNIIKALLA tai POLTTOKENNOT VETY.
Saatte valita?
"Polttokenno sopii jo moottoripyörän voimanpesäksi
[Marko Laitala 5.6.2007]
Pienet polttokennot mullistavat moottoripyörät lähitulevaisuudessa, uskoo brittiläinen Intelligent Energy. Ensimmäiset yhtiön polttokennolla toimivat ENV-moottoripyörät tulevat myyntiin syksyllä 2008, jos kaikki menee suunnitelmien mukaan.
Pyörä muistuttaa lähinnä ultramodernisti muotoiltua enduropyörää tai crossimopoa. Vaihteita pyörässä ei ole.
Vetyä käyttävä polttokenno tuottaa kilowatin energiaa ja mahdollistaa pyörän sähkömoottorille kuuden kilowatin huipputehon. Polttokennon tuottama energia varastoidaan neljään 12 voltin lyijyakkuun, jotka on kytketty sarjaan.
Pyörän huippunopeus on 80 kilometriä tunnissa ja paino 80 kiloa. Yhdellä kennon tankkauksella matka jatkuu nelisen tuntia tai 160 kilometriä.
Tankkaus kestää viisi minuuttia. Suorituskyky jää toki katuraasereille: pyörä kiihtyy nollasta 80 kilometriin tunnissa 12,1 sekunnissa. Kulkupeliä ajaneiden mukaan sen äänettömyys hämmästyttää, kun vertailukohtana on polttomoottoripyörä.
Polttokenno on PEM-tyyppinen (proton exchange membrane) eli protoninvaihtokalvokenno ja jäähdytyksenä käytetään ilmaa. Kennon käyttämä vety varastoidaan hiilikuidusta valmistettuun paineistettuun säiliöön.
Intelligent Energyn salkkumaiset polttokennot voi siirtää laitteesta toiseen: moottoripyörän kennon voi napata irti ja siirtää vaikkapa sähköisen perämoottorin voimanlähteeksi. Sitä voi käyttää myös lämmittimenä tai dieselgeneraattorin korvikkeena.
Intelligent Energy on mukana myös Boeingin lentokoneprojektissa, jossa testataan polttokennolla toimivaa potkurikonetta. Testit tehdään Espanjassa."
http://www.tekniikkatalous.fi/doc.te?f_id=1184429